应用于精确农业变量施肥地理信息系统的开发研究

利用GIS软件MapInfo及其二次开发语言MapBasic6.0开发了一套专门用于实施精确农业变量施肥作业的田间地理信息系统。该系统通过MapInfo的内置关系性数据库建立了一个包括土壤营养成分、作物历年产量、肥料使用情况等相关数据库,可进行数据的输入与输出、更新与查询及统计等功能,且根据不同地块诸影响因素给出施肥决策。决策结果可显示查询,还可通过RS-232C串行接口,将施肥指令传输到单片机去控制施肥机动作     

一种精确农业自动变量施肥技术及其实施

该文介绍一种自制的实现精确农业自动变量施肥作业的变量施肥系统。该系统基于DGPS卫星定位原理，将GPS、GIS与DDS相结合，进行施肥作业决策，决策的施肥数据写在IC卡上。当施肥机在田间工作时，通过装备在施肥机上的GPS接收的位置数据触发存储在IC卡的施肥决策指令，用该指令通过单片机去控制施肥机上的排肥轴的转速，实现精确农业自动变量施肥作业。田间试验表明，该系统能够实现精确农业意义上的变量施肥作业。     

车载式变量施药机控制系统设计与试验

施药控制是提高作业质量、减少化学污染、降低生产成本的关键技术。该文基于单片机AT89C52,采用滞环控制法,设计了一种车载式变量施药机控制系统。该系统能够根据施药机行走速度自动变更喷药量,实现施药量不变。试验表明：加速度小于0.4 m/s2时,实际施药量与设定施药量之间的误差不超过8%,且雾化效果良好、生产效率高,还可以减少农药的残留和对环境的污染,能够满足农业生产的需要。     

稻田气力式变量施肥机关键部件的设计与试验

目前在水稻的机械追肥作业中以离心圆盘式撒肥机为主,该方式在作业幅宽方向上的撒施均匀性不稳定,且难以实现作业幅宽方向上的变量施肥。为了满足水稻变量追肥作业的需要,达到化肥减施增收的目的,设计了一种外槽轮式排肥、以空气流为肥料输送和撒播动力的稻田气力式变量施肥机。文章对该机器的关键部件进行了仿真和测试试验,研究了排肥轮转速与排肥量之间的相关关系,并对排肥管道长度对排肥出口风速与排肥滞后时间的影响、排肥管出口相对高差对排肥滞后时间的影响进行了试验。试验结果表明:排肥轮转速与排肥量之间存在极显著的线性相关关系,相关系数R2=0.998,调节排肥轮转速可以较精确的调节施肥量的大小,在变量作业时,结合施肥量的需求及施肥机具的前进速度,对排肥轮的转速进行实时调节,从而达到变量施肥的目的。当机具前进速度为1 m/s,排肥轮转速在10~40 r/min之间变化时,单凭转速调节可实现每公顷施肥量在40~200 kg范围内的变量调节,此外,各排肥口的排肥量误差小于±5%,基本上达到了施肥均匀性的要求。文章还研究了排肥管道长度及安装高差对排肥滞后时间的影响,结果表明:排肥管道长度对排肥出口风速有显著影响,排肥管长度和出口安装的高差对排肥滞后性亦有显著的影响,因此,为了尽可能减小因排肥滞后对排肥均匀性的影响,应避免排肥管过长,并尽量使排肥管出口不高于入口。该研究为进一步的样机制造和优化提供了依据。     

基于CPLD的变量施肥控制系统开发与应用

为提高变量施肥系统的工作稳定性,开发了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的变量施肥控制系统。自动模式下,系统接收GPS信号确定施肥机位置和行进速度;手动模式下,系统通过速度传感器获取速度信号。系统将施肥机的行进速度与施肥处方信息相结合,控制排肥轴转速实现变量施肥。应用该系统进行变量施肥田间作业,累计作业面积达72 hm2。应用结果表明,该系统以150～600 kg/hm2实施变量施肥作业时,其排肥量误差小于6%。     

变量施肥电液比例控制系统的设计与实现

为了提高肥料的利用率,同时减少肥料浪费以及多余肥料对环境的不良影响,该文设计开发了一套以MC68HC908GP32单片机为中心的自动变量施肥控制系统。该系统通过RS-485总线接收上位机根据GPS、GIS 数据对应的流量信息,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。通过对施肥机实验室静止试验和田间动态试验验证,变量控制可靠,作业效果良好,施肥控制精度小于4%。     

基于模糊系统的开度转速双变量施肥控制序列生成方法

为协调双变量施肥机车载电脑有限的运算能力与施肥精度和均匀性之间的矛盾,该文提出了一种基于模糊系统的开度转速双变量施肥播种控制序列生成方法。该方法综合考虑前、中、后连续3次施肥播种量的相互影响,实现了实时计算近优的施肥播种控制序列,避免了小施肥量下的大开度小转速现象,减小了外槽轮脉动性的影响。室内试验结果表明,该方法有效地协调了车载电脑运算能力不足和施肥精度等之间的矛盾,平均施肥误差比常用方法减小了4%,同时避免了极端情况下的电机无法驱动排料转轴的情况。田间作业试验证明,使用该方法的施肥机指令响应及时,播撒均匀、准确。     

基于μC/OSII的种子成套处理设备控制系统设计

为促进国内种子加工处理事业的发展,提高设备的自动化程度,提出了一套基于单片机系统的通用控制平台。该平台采用模块化思想设计,分为以C8051F020单片机为核心的主控制电路和外围控制电路,应用时可按实际需要组成控制系统。主控制电路移植了轻量嵌入式实时操作系统μC/OSII,在此内核的管理下,设备控制程序的编写变为任务的规划,可靠性提高的同时开发周期可大为缩短。该平台已成功的应用于种子烘干处理机。实践表明,该控制系统功能完善,性能可靠,成本低廉,满足种子成套处理设备的控制需要。     

农机具自动调平控制系统设计与试验

为了使农机具在田间作业时保持水平,该文设计了一种农机具自动调平控制系统。采用拖拉机横向倾角卡尔曼滤波算法融合加速度计和陀螺仪2个传感器数据获得拖拉机实时倾斜角度,直线位移传感器测量调平液压油缸伸长量并建立农机具和拖拉机的相对倾斜角度转换函数,通过控制电磁换向阀实现农机具水平控制。在三轴多功能转台上对拖拉机倾角实时测量算法进行了测试,并在田间对农机具自动调平系统进行了试验,结果表明,拖拉机横滚角传感系统能在动态条件下准确地测量拖拉机实时倾角,在转台上测量角度平均绝对误差≤0.15°,均方根误差≤0.18°,在水田激光平地机作业时测量角度平均绝对误差0.40°;自动调平控制系统能较好地实现平地铲调平控制,平地铲倾斜角度平均绝对误差0.52°,均方根误差0.24°,最大误差1.15°,相对于原水田激光平地机水平控制系统控制精度提高了0.5°。该研究为农机具水平自动调平提供了方法,能够提升农机具作业质量。     

水田高地隙自走式变量撒肥机设计与试验

为解决现有水田撒肥机械地隙低、撒肥量调节技术落后、工作效率低等问题,设计了一种水田高地隙自走式变量撒肥机,介绍了整机结构与工作原理,研究设计了高地隙专用底盘、撒肥盘及排肥口调节装置,并确定了关键结构和参数,对以AT89C51单片机为核心的控制系统进行软硬件设计与系统集成。场地和水稻田间撒肥试验结果显示,推肥板推肥角度-20°～40°可调,机器最小转弯半径1.8m,撒肥盘离地高度可达1100mm,撒肥幅宽达14m,作业效率达到6hm2/h,试验结果表明撒肥机适合在水田里自主行走,整机与控制系统设计满足水田宽幅高效变量撒肥工作要求。     

精准变量施肥机的研制与试验

该文针对传统均匀施肥，没有考虑土壤肥力不一致的特点，介绍了一种可与国产拖拉机配套实现变量施肥的施肥机，该施肥机在GPS导航系统的帮助下可以按照预先设计的处方图实现变量施肥。机械采用国产的普通外槽轮作为变量施肥机的肥料计量装置，通过调整外槽轮的转动速度达到调整肥料量的目的。对变量施肥机械在田间的作业原理和机械的基本结构进行了详尽的介绍。针对变量施肥机施用肥料的种类不同，试验了在不同槽轮转速情况下，使用不同肥料排肥数量的变化情况。试验证明在施用尿素时要增加槽轮的排肥槽长度，在施用磷酸二铵等不规则的肥料时，应力求减少排肥槽轮的长度，通过增加槽轮转速达到提高排肥计量系统的精度。     

冬小麦变量施肥机控制系统的设计与试验

为了实现冬小麦生长过程中的实时变量精准追肥,使用近地光谱探测技术,结合模糊PID(proportion integration differentiation,比例-积分-微分)控制技术,研究设计了适合中国大田作业的实时变量追肥机控制系统。追肥机采用轴分段式设计,开度和转速双变量调节,通过光谱传感器获取作物冠层归一化植被指数,结合追肥算法计算出当前的目标施肥量,采用测速和测距法反馈肥料流量信息,并根据追肥机实际行进速度,实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,模糊PID控制具有良好的动态稳定性和跟踪性能,大田试验的结果表明,追肥机控制精度均达到90%以上,测速系统的检测绝对误差小于0.25 km/h,可以实现精准施肥的目标。该研究为变量施肥机的在线变量施肥控制提供了参考。     

基于GPRS的变量施肥机系统研究

研制了一种基于GPRS的变量施肥机系统。介绍了系统的组成结构和工作原理,探讨了远程通讯控制器的软硬件设计,并在此基础上,研究了远程处方下载的工作过程,引入机群监控的概念,阐述了监控端软件的实现。田间试验结果表明,研制的变量施肥机能够满足精准农业意义上的变量施肥作业要求。     

2F-6-BP1型变量配肥施肥机的研制与试验

针对国内与大马力拖拉机配套应用施肥机型缺乏的问题,该文应用变量配肥施肥技术,设计了2F-6-BP1型变量配肥施肥机。施肥机通过GPS系统获取车辆在田间的位置信息,通过预先加载的施肥处方图,获取当前位置的目标施肥量,采用称重法反馈肥料流量信息,并按照当前车辆行进速度,实时调整施肥量,进行变量配肥施肥作业,达到精准施肥目的。对2F-6-BP1型变量施肥机系统设计、工作原理及试验情况进行了介绍。室内外试验结果表明,该变量配肥施肥机称重系统的最大称量误差为0.65%,施肥精度可达到95%以上,可实现精准施肥作业,具有良好的经济性和实用性。     

精准农业农田地理信息系统设计

提出了适合精准农业的农田地理信息系统概念,对FGIS进行了总体设计与功能模块划分,定义了各功能模块应具备的功能,并得出精准施肥作业处方图。     

集成GPS和GIS技术的变量灌溉控制系统(英)

结合中国现实国情，应用先进的单片机、GIS、GPS以及变量控制技术，设计了一种经济实用、先进的变量灌溉控制系统。系统设计采用AT89C51单片机作为系统微处理器， Jupiter GPS OEM二次开发作为GPS接收机，IC卡作为GIS数据传递媒体 ,并根据矢量法提出一种简单快速的田间定位和数据查询算法。灌溉机在田间工作时，系统可从GPS OEM得到位置信息，进行地块识别和位置判断;然后根据位置信息从IC卡的GIS信息中查询土壤属性数据或处方数据，结合机械行走速度、施水幅宽等进行运算，得出某一时刻的灌水量; 最后向控制器发出指令，实现变量节水灌溉。田间和实验室模拟试验结果表明，自行研制的低成本GPS OEM接收机，可获得与Ag GPS132相当的定位精度，控制系统能根据处方图的不同需水量, 通过电磁阀驱动电路得到变化的输出，实现自动变量施水,系统也能根据需水量进行手动灌溉。     

基于香蕉根系分布特征的变量施肥机研制

针对香蕉施肥作业中肥量分布不合理和施肥效率低等问题,对香蕉根系的分布特征进行统计分析,获得基于根系分布特征的施肥决策,并以此为基础,设计了香蕉变量施肥机,进行了样机试验。结果表明:香蕉幼苗期的施肥长度≤0.22 m,主次施肥区的施肥量比例为8:5,施肥长度比例为2:1;营养体生长期的施肥长度≤0.42 m,主次施肥区施肥量比例为2:1,施肥长度比例为5:1;生殖体发育期的施肥长度≤0.84m,主次施肥区施肥量比例为11:5,施肥长度比例为3:1。田间试验结果表明,机具前进速度0.38m/s、排肥盘转速22r/min、漏肥孔圆心角120°时,排肥量理论值与实际值平均相对误差为5.74%,施肥合格率为93%,满足香蕉施肥作业要求;采用变量施肥机施肥的香蕉植株长势优于常规人工穴施肥。该研究为香蕉变量施肥机的研究提供了基础数据和设计新思路。