基于GPS的变量施肥播种机的试验研究

变量施肥播种机是根据精准农业的技术要求实施变量投放的关键设备。为此,在消化吸收国外先进的变量施肥自动控制技术的基础上,成功研制了国产变量施肥播种机。该播种机由变量控制器控制机械式无级变速器,根据GPS的位置信号,完成处方图设计的播种施肥作业。通过对播种机的静止和地块工作试验可知,施肥变量控制可靠,数据记录正常,变量施肥播种作业效果良好。     

基于PWM控制的变量喷药技术体系及流量控制试验研究

以精准农业技术理论和研究为基础,讨论了我国喷药实施现状,分析了传统喷药技术的弊端,并提出了基于国产变量喷药机的PWM变量控制技术.变量控制系统包括脉宽调制(PWM)电磁阀、变量控制器及以地理信息系统为核心的变量实施上位计算机.通过试验证明,采用PWM方法实现变量喷药,流量控制范围可达到4:1,基于PWM的变量喷药控制方法符合变量喷药机对流量控制要求.     

智能有机肥施肥机设计及验证

针对有机肥施肥存在智能化程度低等问题,研发设计一种智能施肥机。整机动力部分采用液压系统和机械系统结合方式,控制系统采用FPGA技术,利用前期的数据处理得到施肥量、施肥幅宽与输肥机构挡位、控肥闸门开度和肥料落点控制罩角度关系式及施肥量和幅宽的相关性,实现施肥量、施肥幅宽的变量调节及可视控制,并可根据施肥量预测幅宽的大小。验证结果表明：该施肥机控制系统程序稳定可靠,施肥量误差为2.58%,施肥幅宽误差为3.53%,作业效果良好,各项技术指标满足农艺要求。     

基于CAN总线的变量施肥控制器设计

阐述了基于CAN总线的变量施肥作业系统的组成及电液比例阀控液压马达排肥驱动系统,设计了变量施肥控制器和基于电液比例阀的闭环PID控制算法.利用阶跃响应对PID参数进行整定并分析了闭环控制系统的性能,同时制定了基于CAN总线的通讯协议;推导了施肥量控制公式,并对尿素、磷酸二铵和复合肥3种常用颗粒肥料的控制曲线进行了标定,田间常量和变量施肥试验表明,所设计的变量施肥控制器能满足变量作业的要求.     

电控机械无级变速器式变量控制系统设计

变量施肥技术是精准农业的重要组成部分,本文进行了变量施肥播种机变量控制系统的硬件结构设计。使用U34-0.75型脉动式机械无级变速器作为变量系统的主工作部件,并将其改装成电控无级变速器。对变量控制器进行了设计,采用了闭环控制方案和双路H桥直流电机驱动模块,使用AT89C52单片机为主控芯片。对研制的变量控制器和改装的两个电控无级变速器进行了测试。经田间试验表明此系统具有结构简单、工作可靠、成本低、易使用的特点。     

自平衡精量施药施肥植保机的设计与试验

针对施药施肥植保机喷杆不平衡、施肥幅宽小及施肥量不均等问题,设计了一种自平衡精量施药施肥植保机。通过折叠机构、伸缩机构、平衡机构的设计,提高了植保机施肥幅宽;通过GPS定位,对行作业,实现不重施或漏施药肥;根据采集的机具速度,系统自动计算施药施肥量,通过控制药液的流量阀控制施药量,通过气力输送系统和送料量调节机构中容留槽的容留量来控制施肥量,使其与车速波动相匹配以达到精确施药施肥的目的。对植保机进行场地试验和田间试验,结果显示:施肥幅宽达16m,喷嘴排量一致性变异系数10.47%,施药施肥均匀性变异系数23.9%,均优于农业标准,作业效率4~5hm^2/h。     

基于GPS和GIS的变量喷药技术研究

精准农业变量喷药技术的核心是实时获取地块中每个小区农作物病虫草害发生情况,诊断作物长势,并按每小区具体情况做出合理决策,准确地在每一个小区上进行喷洒农药,以求最大限度地提高杀虫剂或除草剂的利用效率,减少过量使用化学农药对环境造成的污染,降低农产品中农药残留量.为此,以精准农业技术理论和研究为基础,在GPS和GIS等技术支持下,重点阐述3种变量控制系统的工作原理及优缺点,并对精准农业变量喷药控制现状和存在的问题进行了相关讨论.     

精准变量施肥技术研究与应用

精准施肥技术作为精准农业的一个重要组成部分,是减少农业投入,提高农产品质量,减少环境污染的有效途径。变量施肥机作为精确施肥的实施机具,在整个变量施肥过程中起着关键作用。本文以圆盘式施肥机数学模型理论为指导,对影响试验效果的主要参数进行了理论分析,并结合研制的双圆盘式施肥机的田间变量施肥试验,以实现精准农业变量施肥作业。     

多回流式变量喷药控制系统设计与试验

针对目前大型宽幅喷药机在喷药过程中施药方式不合理、控制方式单一等问题,在3WP-1200型喷杆式宽幅(22 m)喷药机基础上,设计了一种多回流式变量喷药控制系统。该控制系统可根据喷药机行驶速度来调节比例控制阀,通过改变回流口的开口度来改变喷药流量,实现变量喷药。该控制系统分5路控制所有喷头,每一路可单独控制开断,一路或几路断开的同时可打开相对应的回流口,使系统在不改变流量的情况下,其余喷头喷药量不变;多回流式的控制方法使系统压力更稳定,控制精度更高。同时设计了该系统的硬件和软件,并对该控制系统进行了液位标定与喷药精度试验。液位标定试验中,对不同液位对应的药液容积进行了标定,其标定模型决定系数R2为0. 994;流量控制精度试验中,单个喷头的目标流量与实际流量相差不大,其相对误差不大于4. 1%;喷药量控制试验中,喷药流量可随速度变化而变化,但其设定喷药量与实际喷药量相差不大,相对误差在6%以内,实现了变量喷药,且控制精度较高。     

基于嵌入式的喷药控制系统的设计

本文以精准农业研究中的变量喷药分支为基础,提出了一种依据处方图自动调节喷药量的控制方案,该系统以ARM9作为核心控制元器件,通过GPS定位获取当前喷药机的位置,借助压力传感器、流量传感器给出的压力及流量信息与处方图中理想的喷药量进行比对,有效的调节电动阀、电磁阀做出开关的动作,进而控制实际喷药量。系统嵌入Linux操作系统,实时快速的控制各个部件协作运转。该系统的设计对提升农业科技自主创新,提升农业资源利用率,保护生态环境具有一定的参考价值。     

高地隙植保机喷杆自动控制装置研制

高地隙植保机作为一类面向田间管理的农业机械,具有较大的离地间隙和作业幅宽,用以完成施肥施药等作业任务。由于喷药过程中存在雾滴漂移现象,操作人员必须穿戴防护装备以降低作业安全风险。针对这一问题,远程遥控和自动导航等智能控制技术越来越多地应用于高地隙植保机,而喷杆自动控制是实现高地隙植保机智能控制的前提。为此,以雷沃ARBOS高地隙植保机为试验平台,研制了具备串口通信功能的喷杆自动控制装置,主要由自动控制单元、数据处理单元、继电器模组、遥控器与接收机组成。数据处理单元用以接收遥控器发出的操作信号,通过串口将控制指令发送至自动控制单元;自动控制单元接收和解析控制指令,向继电器模组发送控制信号以实现喷杆的伸展和高度调节及液泵的起停。试验结果表明:喷杆自动控制装置能够按照遥控器操作指令完成喷杆和液泵的控制,其控制稳定性和可靠性能够满足高地隙植保机智能控制的基本要求。     

变量施肥机下位机控制系统的设计

为实现变量施肥机氮磷钾(N/P/K)配比施肥,本文设计基于下位单片机的电控液压传动闭环变量施肥控制系统,该系统与上位控制系统共同组成变量施肥机施肥控制系统,下位控制器完成对上位机控制系统施肥信息数据帧解析并实现对3组液压马达与电磁比例调速阀的控制,同时将采集到施肥机状态数据信息发送给上位机系统,确保变量施肥控制系统实现施肥机N/P/K按需配比施肥功能,对我国变量施肥技术的发展具有重要意义。     

自动驾驶系统在尖山农场的应用

GPS是全球定位系统的简称,GPS卫星导航是近年来迅速兴起的高新技术,具有广阔的发展前景。2010年,尖山农场由精准农业向数字农业转变,引进拖拉机GPS卫星导航自动驾驶系统技术,安装GPS的拖拉机不需要驾驶员再操作方向盘,通过卫星和信号基站定位就可以实现农作物播种、喷药、整地等机械化精准作业,作业精度1 km误差不差3 cm,结合线误差±3 cm,极大地提高了机车作业效率,减少了土地资源的浪费。GPS全球卫星定位信息系统用于各种农机化作业,每台自动导航系统国家财政补贴3万元。该项技术已经广泛应用于播种、施肥、起垄和整地等示范范基地作业,通过示范取得了很好的效果,现已全面积普及,截至到目前尖山农场已安装各类型卫星导航系统70套。     

小麦种行肥行精准拟合变量施肥控制系统研究

针对黄淮海地区化肥施用过量和肥料利用率低的问题,基于GNSS拖拉机自动导航技术和液压控制技术,提出一种小麦种行、肥行精准拟合的新模式,设计了一种小麦种肥精准拟合变量施肥控制系统。通过安装在拖拉机上的自动导航系统进行施肥作业,记录导航线和施肥作业轨迹,根据机具幅宽和肥(种)管位置分布,对施肥导航线进行平移,从而完成导航播种作业,同时记录播种导航线和播种作业轨迹,实现种行、肥行精准对行作业。小麦种行、肥行精准拟合变量施肥控制系统可以根据用户设置的目标施肥量,实时计算液压电动机目标转速,同步将目标转速指令发送给施肥控制器,控制器根据光电编码器反馈的电动机转速信号,调节电液比例阀开度,进而驱动液压电动机带动排肥执行机构进行排肥,实现液压电动机转速的闭环控制,一次完成带施、旋耕、深层条施的同步变量施用。田间试验结果表明,种、肥精准对行误差最大为6 cm,误差在3 cm以内占90%以上,完全满足黄淮海地区宽窄行种植模式下的作业需求;浅层排肥量最大误差为2. 70%,变异系数最大为0. 05;深层排肥量最大误差为7. 95%,变异系数最大为0. 08,完全满足田间试验需要。田间试验设置常规施量、减量12%施肥二水平三重复,测产结果表明,与常规施肥3 900 kg/hm~2的产量相比,减量12%施肥的产量达到3 945 kg/hm~2。     

2BFJ-6型变量施肥精密播种机的研制

变量施肥精密播种机是精准农业实施的一个重要机械设备.本文针对吉林省中部地区的玉米种植模式,设计了2BFJ-6型变量施肥播种精密播种机.该机一次可完成开沟、变量施肥、精量播种、覆土、镇压等作业.该机变量施肥装置采用GPS实时定位,根据各个地块的测土配方施肥结果,由田间计算机控制液压马达的转速实现实时变量施肥.该机采用勺式精密排种器和单体仿形机构确保了播量的精确和稳定的耕深.实验证实可有效保证变量施肥系统的稳定性和快速响应性及精密播种准确性.     

喷头流量控制试验台的设计与试验

针对喷药作业中对幅宽调节的要求,采用对所有喷头实行独立控制的方法,设计可以控制多路高压喷药电磁阀的喷头流量控制试验台,试验台可以灵活调整喷药幅宽。平台采用脉宽控制技术(PWM)实现对电磁阀的独立控制,通过改变驱动模块的频率与占空比来调节单个喷头的流量,从而实现变量喷药。利用平台做喷头变量试验,结果表明,在恒压条件下,喷头流量与频率(1~10Hz)和占空比(0.2~1)均呈正相关关系,其中,流量与占空比之间呈现良好的线性关系。     

基于多传感器的精准变量施肥控制系统

为实现田间精准变量施肥,设计基于多传感器的变量施肥控制系统。该系统以STM32F103ZET6微处理器为核心,搭配GPS定位模块、作物生理信息监测模块、温湿度与光照度监测以及施肥机构监测模块,可实现水稻田间精准变量施肥作业环境参数、地理位置信息、作物生长信息以及施肥机构的执行状态实时监测,系统根据内置施肥算法,结合采集的多源传感信息,实现实时变量施肥控制。系统测试结果表明,调速测试试验最大控制误差为6.25%,开度测试试验最大控制误差为11.1%,系统的控制精度达到88%以上,性能稳定,满足精准作业的要求。     

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。     

智能变量施肥技术初步试验研究

结合承担的精确农业变量施肥技术研究项目，提出了智能变量施肥技术体系和实现方法。利用美国MAPINFO公司MapInfo Proression 6．0地理系信息系统，采用MapBasic语言编程，建立了施肥地理信息与决策系统；利用89C52单片机实现智能变量施肥机控制系统。试验表明。研制的智能变量施肥机能够实现精确农业信息控制自动变量施肥作业，为精确农业的进一步试验研究提供技术依据。     

基于神经网络控制算法的液肥变量控制系统研究

为了提高液肥变量控制系统的精度和稳定性,使控制系统具备较好的抗干扰及自适应能力,以液肥变量控制系统为研究对象,建立液肥变量控制系统的数学模型,分别采用常规、模糊自适应及BP神经网络3种控制算法,使用MatLab对3种控制算法进行系统仿真,由仿真结果分析系统质量性能参数,控制系统采用BP神经网络控制器后进行系统实际数据采集,验证系统实际作业效果。各算法质量指标对比表明:BP神经网络的上升时间、过渡时间、静差、超调量优于常规PID和模糊自适应PID算法,以液肥变量控制系统为控制对象,仿真和实际作业效果表现出良好的鲁棒性,响应速度且作业精度达到5%以内,可实现变量作业。