半自动变量施肥控制器的研究与开发

针对当前国内农业生产的发展情况,介绍了一种适合国内粮食产区推广使用的变量施肥控制器.该变量施肥控制器结合我国目前国产的施肥设备均采用普通外槽轮作为施肥机肥料计量装置的特点,控制系统通过调整外槽轮的转动速度达到调整肥料量的目的.利用该控制系统可以在土壤肥力不一致的情况下,用预先划分地块不同施肥量的方法,通过驾驶员在行驶过程中自动调整施肥量指示按钮,达到精准变量施肥的目的.同时,对控制器电子结构及软件设计进行了详细的介绍,对系统使用不同肥料进行了控制性能试验和检测.     

玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统设计与试验

针对玉米中耕追肥时肥料利用率低、液压驱动变量施肥转速控制效果差,以及电机驱动力不足等问题,设计了大垄双行玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统。系统主要包括光谱传感器、车载计算机、控制系统及液压系统。电控液压系统主要由液压泵站、电磁比例阀、液压马达、编码器及移动控制器等组成。移动控制器以微控制单元为核心,通过PID控制算法输出PWM信号,驱动电磁比例阀,达到稳定控制液压马达转速目的。搭建室内台架试验台,采用MatLab对电控驱动系统PID控制进行仿真测试,以减少整定PID系数次数,提高整定效率,初步确定PID参数分别为K_P=4.59、K_I=0.469、K_D=0.117。室内台架试验结果表明:确定PID控制参数分别为0.73、0.47、0.40,设定转速指令为100r/min时,电控液压驱动系统的超调量为13%、响应时间为0.85s,系统等幅振荡稳定后平均转速为99.8r/min,转速偏差为0.2%,转速控制精度高。田间试验表明:电控液压驱动系统控制精度高,在不同转速下转速控制精度可达98%,均可达到稳定控制的效果,可满足玉米中耕变量施肥精准控制的要求。     

变量施肥技术体系的研究进展

传统的施肥方式存在着结构不合理、肥料利用率低、环境污染等问题.为了解决这些问题,必须进行因土、因时、因作物全面平衡施肥,即变量施肥.变量施肥技术是精准农业的重要内容之一.为此,综述了变量施肥的基本概念、研究现状以及技术体系,并对变量施肥技术体系的发展趋势进行了分析与展望.     

变量施肥自动控制系统的研制

以Mc68HC908GP32单片机为核心,开发了变量施肥的电液比例控制驱动系统.施肥机根据已知施肥处方图以及GPS的位置信号计算出流量信息并传送至嵌入式系统,由单片机实时控制液压执行机构,变量输出田间不同位置的施肥量.通过对施肥机的静止和地块工作试验验证,变量控制可靠,作业效果良好.     

基于CAN总线的电动汽车仪表设计

设计了基于NECμPD78F0822单片机的电动汽车CAN总线仪表系统,该系统遵循SAE J1939协议。为提高系统的可靠性,硬件电路设计时采用了多种抗干扰的措施。给出了车载仪表系统的硬件设计方案及相关软件的设计及实现过程。试验结果表明,本文所提出的设计方案具有较高的可靠性,该系统能够满足电动汽车对车载仪表的要求。     

基于CAN总线的种子加工成套设备的网络控制系统设计

种子加工设备的出现是我国现代农业发展和改革的必然,种子加工成套设备现场总线控制更是一种趋势。本文将基于CAN总线的分布式网络引入到种子处理成套设备的控制中,设计了种子加工成套设备的整个控制方案。全套设备以1台工控机为核心,种子处理成套设备的各机种采用单片机进行控制,工控机和下位机采用CAN通信网络和相应软件技术实现对设备的远程控制、监视、报警和智能化控制,节省了人力物力,提高了农业生产的自动化程度。     

基于CAN总线的汽车数字仪表设计

设计了一款基于CAN总线的汽车仪表。仪表系统控制器选用了NEC公司的μPD78F0822单片机,CAN通信应用层完全遵循SAEJ1939协议,给出了系统软硬件设计方案,并利用CANoe模拟车况发送节点进行了系统测试。试验结果表明,该系统设计方案具有较高的可靠性,基本上能够满足现代汽车对仪表系统指示精度及稳定性的要求。     

基于模糊PID的变量液体施肥控制系统

变量液体施肥控制系统具有大惯性、非线性和参数时变的特点,采用传统的PID控制方法很难实现准确的控制。为此,在建立电动执行器的数学模型的基础上,采用自适应模糊PID对液体肥流量进行自动控制,并利用Mat Lab对变量液体施肥控制系统进行建模和仿真及实验验证。仿真与实验结果表明:变量液体施肥控制系统采仿真时,自适应模糊PID控制系统的动态静态指标明显高于常规PID控制;系统超调量、调整时间明显改善,即超调量为1.5%,系统进入稳态所需时间为0.86s。变量液体施肥控制系统实验时,PID控制变量液体施肥系统的响应时间为1.6s,超调量为7.8%。模糊PID控制变量液体施肥系统的响应时间为0.8s,超调量为0,使施肥量更有效地保持在给定范围。该方法可为变量液体施肥控制提供一种有效的控制方法。     

变量施肥装备的研究现状及展望

介绍了精准农业背景下的变量施肥及其实现流程,阐述了目前国内外变量施肥机的研究现状,对国内外典型变量施肥机的结构、特点及控制系统进行了比较,并对其性能、适应性等进行了分析。总结了我国变量施肥机械存在的问题和不足,提出了应在我国规模化、机械化水平较高的新疆棉区大力发展变量施肥机械的建议。探讨了变量施肥机械的发展趋势。     

基于单片机的电动变量施肥装置控制系统设计

随着我国农业的不断发展,传统的施肥装置已不能满足生产需求,而近几年推出的变量施肥装置因操作复杂和价格昂贵等原因不适宜大面积推广。为此,设计一款操作简便、造价低和适用于大多数用户的新型电动变量施肥装置。该装置采用单片机作为控制核心,运用自动控制算法,根据需要调节施肥量,实现变量施肥,有效提高化肥的利用率,减少因化肥使用不当而造成的环境污染和食品安全问题。该装置采用汽车蓄电池供电和全电动的施肥过程,简化了复杂的机械传动机构,可完全取代传统纯机械式驱动的施肥装置。经实际应用证明,该电动变量施肥装置性能稳定可靠。     

ArcView平台下变量施肥系统的设计

通过ESRI软件ArcView建立一套适合于AgGPS170田间计算机的精确农业的变量施肥系统。将地块的土壤养分信息和决策内容输入该系统,得到各种专题图和施肥处方图,以指导变量作业。     

基于嵌入式通信系统的变量施肥虚拟样机优化设计

为了达到液态施肥机高速作业的目标,提出了一种新的施肥机施肥变量控制的方法,该方法主要采用Pro/E和ADMAS联合仿真的方式对机构的机械运动轨迹进行验证,采用模糊控制和二阶差分算法降低施肥量的误差,使用PLC实现施肥数据的处理和通信。为了验证该方法的有效性和可靠性,应用三维造型设计软件Pro/E,绘制机构各零部件模型并装配,通过改变保存文件的类型实现Pro/E与ADAMS数据交换,在ADAMS中建立机构虚拟样机和运动学仿真,得到了施肥机虚拟样机的运动轨迹。最后,通过PLC嵌入式通信系统的优化,得到了虚拟样机施肥量随速度变化曲线,并将优化前后的施肥准确度和效率进行了对比。通过对比发现:使用PLC嵌入式系统优化后的施肥机,施肥的精确性得到了明显的改善,且施肥效率较高,为变量施肥控制的研究提供了理论参考。     

PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试

为实现基于脉宽调制(PWM)间歇喷雾的流量调节式变量喷施控制,以DSP56F805数字信号控制器为核心,设计了一种PWM间歇喷雾式变量喷施控制器.控制器有单机和联机两种工作模式,可输出12路独立调节的PWM信号,实时检测喷雾机组前进速度、隔膜泵输入轴转速、喷杆压力和喷施流量,并采用预测比例控制方法,通过比例溢流阀在线调节喷杆压力.将控制器安装到一台经过改装的商购喷杆式喷雾机上,构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统,并进行了系统测试.测试结果表明:PWM信号有效频率小于等于5 Hz、流量调节范围大于10,喷雾机组前进速度检测误差在±0.1 km/h范围内、隔膜泵输入轴转速检测误差在±1.5 r/min范围内、喷杆压力检测误差在±0.01 MPa范围内、喷施流量检测误差在±0.05 L/min范围内,经2 s调节后喷杆压力调节误差在±0.01 MPa范围内.     

基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机作业效果评价

为了进一步提高肥料利用率,解决黑龙江垦区垄作玉米施肥作业过程中由于颗粒肥密度不同而造成的肥料分层问题,基于沃尔2BJM施肥机,设计了一套适合垄作玉米四要素变量施肥的控制系统。系统集成了亚米级差分GNSS装置,采用电液比例控制技术分别控制4路排肥轴转速。系统根据用户设置的目标施肥量,实时计算液压马达的目标转速,并同步向肥料控制器发送转速指令。控制器通过光电编码器反馈的马达转速信号,调节比例阀开度,一次完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种单质肥同步变量施用。田间试验结果表明,各路施肥管误差均小于3.00%,变异系数均小于0.05;与传统施肥机同期作业效果对比表明,玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD值与传统施肥区并无明显差异,但变量施肥减小了田块中玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD的空间差异性。尿素施用量由217kg/hm2减少到了150kg/hm2,减少了30.88%;二胺由232kg/hm2减少到了200kg/hm2,减少了13.79%;钾肥由原来的79kg/hm2增加到了108kg/hm2,增加了36.70%。肥料的投入成本减少了160元/hm2,变量施肥测产数据为12200kg/hm2,产量增加了217kg/hm2,较传统施肥区增产1.78%,收入增加508元/hm2。综合考虑系统误差、玉米生长指标和最终产量数据,基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机满足黑龙江垦区玉米施肥作业实际要求,有效解决了肥料分层问题,显著提高了肥料利用率。     

基于PWM的远程控制新型变量喷雾系统设计

针对目前地面植保喷雾机械的局限性,开发了一种新型的变量喷雾系统。该系统在保持电动离心喷头压力和流量不变的前提下,采用离心雾化方式,雾化盘由三相无感无刷直流电机带动,利用ARM控制器输出频率固定占空比不同PWM信号作为无刷直流电机电子调速器的油门转速信号,改变雾化盘的转速,从而改变雾滴的粒径大小及覆盖率等参数。该系统采用了一个功率较大的无线收发模块SI4432,最大距离达到2km范围(这也是和其他远程喷雾系统相比根本的优势),用单片机和上位机远程实时地控制雾化盘的转速,同时在上位机和液晶屏幕上显示占空比。最后,利用设计的变量喷雾平台,在喷头压力为0.5MPa、流量为2L/min、雾化盘直径为5 8 mm的条件下,获得了离心雾化喷头在不同的占空比对应的雾滴中值直径和覆盖率大小,通过上位机就可以实现电动离心喷头转速的较大范围的调整,可以在不同喷雾环境下针对不同的农作物使用这套系统。     

一种变量施肥技术的实现及其台架试验

采用单片机作为CPU,结合压力传感器、AD采集卡以及伺服电动机,设计了变量配肥施肥控制系统,同时设计了与硬件配套的上位机软件,用来采集数据与发送命令,台架试验表明,该系统能实现变量配肥施肥,且结构简单,施肥精度达到95%.     

基于RBF的电液变量施肥控制系统PID参数整定

电液变量施肥控制系统的非线性和PID算法的局限性,导致常规PID控制已不能满足控制系统性能要求。为此,提出了基于RBF神经网络整定PID参数的方法,利用自适应RBF神经网络辨识被控对象Jacobian信息,采用梯度下降法计算PID参数Δk_p、Δk_i、Δk_d,对系统进行增量式PID控制。与采用增量式PID的系统阶跃响应曲线对比可知,利用RBF-PID算法的系统具有良好的动态性能及较强的自适应性。     

数据分析技术在变量施肥系统设计中的应用

以作物生长施肥过程为研究对象,对不同土壤条件中的作物生长信息进行数据分析,建立一种智能化变量施肥决策控制系统.以作物叶绿素和作物生长信息之间的相互关系为依据,对有限空间范围内的相关环境参数数据进行处理,结合农田试验数据,形成基于土壤肥力和作物叶绿素的两种施肥模型.使用系统开发工具,建立基于数据分析技术的变量施肥决策控制...     

基于CAN总线的无线数据采集模块设计

采用Freescale自带CAN总线控制器的MC9S12DG128,设计出基于CAN总线的无线数据采集系统,实现对CAN总线信息进行采集,并通过GPRS模块无线传输,以TXT文本形式存储于本地SD卡上。试验证明,该系统能出色地完成各项功能。