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。     

一种电学控制特性下的变量施肥装置研究

以单片机为基础，设计一种电学控制的变量施肥控制系统装置。工作时，通过系统通信总线接收上位机指令信息和地理环境数据，单片机生成实时指令，对变量施肥装置电液比例系统执行机构进行控制，并对农田中不同位置进行变量施肥控制。系统试验表明：装置进行变量施肥过程中，能够对施肥量进行精准可靠控制，施肥作业过程具有较高的可靠性，施肥控制精度误差小于4%。     

液态变量施肥机两种不同变量机构的研究

精细农业对于促进我国农业的飞速发展,具有极其深远的现实意义与历史意义.液态变量施肥机是实现精细农业作业的一种智能化农业机械,具有施肥方便、简捷、保护环境、减少污染、化肥利用率高等特点.为此,针对液态变量施肥机的关键执行部件-变量施肥机构,设计了两种不同结构的液态变量施肥机构.同时,阐述了两种机构系统的组成、原理及其工作过程,并对各自的结构特点进行了比较分析,其结果为加快液态变量施肥机的改进设计提供重要的参考.     

变量施肥液压驱动系统设计及试验研究

针对变量施肥液压驱动系统转速控制精度不高、存在小范围转速波动及无法实现系统的无差控制等问题,设计开发了变量施肥驱动系统,并采用阀控马达的驱动方式。本文以国内外变量施肥驱动装置研究现状及发展趋势为指导,全球定位技术、地理信息技术和软件工程作为基础,设计了变量施肥驱动系统,利用液压马达排量大、转速低的特点,通过控制进油回路中的比例型流量控制插装阀的开度来实现液压马达的无级调速,进而达成变量施肥中对排肥轴速度控制的要求来实现变量施肥。室内试验结果表明:作业质量符合农艺要求;变量施肥驱动系统设计合理,为变量施肥的试验提供了技术支持。     

一种智能控制变量施肥机构的试验设计

我国农业正由传统农业向现代农业发展,农业新技术研究已经开始起步。在施肥方面,配方施肥、复混肥技术和多元素平衡施肥等一些先进技术和措施已在一些发达地区得以应用。为提高肥料利用率,尽可能地消除化肥对农业环境造成的污染,设计研制了一种变量施肥设备。该设备主要由信息采集系统、单片机控制电路、步进电机驱动装置和排肥机构组成。试验结果表明,该机构对尿素和碳铵的排肥误差率在10%以内,施肥精度较高,可基本实现变量施肥,并为下一步的改进和提高精度奠定了基础。     

具有电动变量施肥功能的马铃薯中耕机设计与试验

随着马铃薯种植农艺的变化，农户在中耕过程中需中耕施肥、铺设滴灌带及垄间打坑，且对定量施肥要求严格。设计了一种具有电动变量施肥功能的马铃薯中耕机，该机不仅设有打坑及滴管带铺设机构，而且还可通过变量施肥驱动机构，实现不同中耕速度下单位面积等量施肥，便于用户管理定量施肥。      

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。     

2F-12型变量施肥试验台试验

为了提高化肥的利用率,达到提高产量减少污染的目的,以黑龙江垦区施肥机械为基础,设计了一台2F-1 2型变量施肥试验台。变量施肥试验台的目的是研究降低施肥成本的方法和途径,提高农业生产的经济效益和环境效益,简化施肥操作步骤,降低劳动强度,在提高变量施肥控制系统的开发设计能力的同时,为田间变量施肥机具的大面积推广提供技术储备。2F-12型变量施肥试验台可以完成变量施肥软件的测试和变量施肥的监测工作,主要由箱体、排肥装置、液压系统、电控系统、车载计算机,以及施肥监测系统组成。测试试验结果表明:变量施肥软件无误,施肥口输出肥料正常,机具设计结构合理,可为黑龙江垦区变量施肥作业提供技术支持。     

精准变量施肥控制软件设计研究

精准农业是现代农业发展的重要方向,应用领域非常广阔,而变量施肥技术是精准农业技术领域的重要组成部分之一。因此,变量施肥控制软件成为了目前农业生产研究的重点之一。因此,以MapObject2.2和GPS技术、Visual Basic语言、CAN总线为基础,开发了精准变量施肥控制软件,以实现精准变量施肥控制软件操控变量试验台进行变量施肥试验。结果表明:精准变量施肥控制软件性能和功能稳定,满足设计要求。     

四要素变量施肥机肥箱施肥量控制算法设计与试验

针对黑龙江农垦地区垄作玉米施肥过程中遇到的肥料分层问题,设计了一种四要素变量施肥控制系统。系统采用电液比例控制技术,主要由液晶显示终端、变量施肥控制器、4路液压马达和编码器、4路排肥机构（排肥轴和外槽轮）和GNSS模块组成。为了实现氮肥、磷肥、钾肥和微肥的一次性及时、准确施用,提出了一种基于复合交叉原则的各路施肥量确定策略,基于PID技术设计了液压马达控制算法。根据用户在变量施肥控制软件中设置的目标施肥量,系统自动确定各肥箱精确施肥量,基于PID液压马达控制算法,实时计算4路液压马达的目标转速,同步向控制器发送4路转速指令,一次性完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种肥料的同步变量施用。为了验证各路施肥量控制算法的效果,分别进行了PID算法响应时间和精度试验、变量施肥系统单质肥排肥性能验证试验和作业条件下各肥箱施肥量控制算法验证试验。试验结果表明,基于PID技术的排肥轴转速控制算法响应时间不大于0.5s;变量施肥系统单质肥排肥性能误差绝对值不大于3%;作业条件下各路施肥量控制算法显著减少了氮素的施用量,实现了氮肥、磷肥、钾肥的精确投入。四要素变量施肥机各路施肥量控制算法完全满足了垦区玉米施肥精确、均匀施用的要求。     

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.     

深施型液态肥变量施肥控制系统

以深施型液态施肥机为依托,采用单片机作为核心处理器,以电磁比例调节阀为执行部件,设计了深施型液态变量施肥控制系统.设计了与硬件配套的上位机软件,用于采集数据与发送命令.喷肥针施肥量控制误差台架试验结果表明,该系统可实现深施型液态变量施肥,施肥误差不超过0.5 mL/次,满足液态变量施肥作业要求.     

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.     

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     

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%.     

嵌入式变量施肥控制软件的设计——基于eSuperMap控件

针对国内变量施肥技术落后、肥料使用效率较低及严重污染环境等问题,设计了一款使用嵌入式地理信息系统控件—eSuperMap和C#编程语言开发的嵌入式变量施肥控制软件。该软件读取变量施肥处方图,生成变量施肥指令,由车载计算机通过RS232串口将指令发送到变量施肥控制设备,控制排肥器轴的转速,完成变量施肥控制功能。试验结果表明:该软件在车载计算机中运行稳定,控制精度良好,工作稳定可靠。     

SYJ-2型液肥变量施肥机设计与试验

变量施肥技术是精准农业的重要组成部分,依据农业生产要求设计了与轮式拖拉机配套的SYJ-2型三点悬挂式液肥变量施肥机。以单片机作为核心处理器,以电磁比例调节阀为执行部件,设计编写了液肥变量控制系统以及与硬件配套的上位机软件,用于采集数据与发送命令;关键部件内腔式旋转扎穴机构采用5个全等椭圆齿轮传动,液肥在内腔流动,在减少外部连接软管的同时,防止了管路缠绕;液肥分配器的功能是适时开启和关闭,实现液肥的不连续射出,进而完成穴施作业;同时对内腔式旋转扎穴机构和液肥分配器进行了结构设计。田间试验结果表明,施肥深度为地表12~15 cm,施肥精度为99.1%,满足液态变量施肥作业要求。     

支持故障报警的果园对靶变量排肥系统

针对果园条开沟连续施肥造成肥料浪费,而挖穴施肥作业过程繁琐的问题,基于普通条开沟施肥机具设计了果园对靶变量排肥系统,该系统主要包括果园穴施肥精量排肥器和对靶变量施肥控制器。利用高速摄影技术获得了不同排肥口截面积排肥下落时间,使用间歇旋转机构实现定量穴排肥,提出了扇叶旋转落肥感知方法并设计了排肥故障监测装置,进而设计了果园穴施肥精量排肥器。使用光电传感器实时感知果树树干以获得排肥位置,利用接近开关感知地轮转速计算行进速度,以STC12C5A60S2单片机为核心设计了对靶变量施肥控制器。搭建了试验平台,进行了实验室试验,结果表明,1~5排肥量挡位下,平均排肥量与理论排肥量最大误差为10 g,最大变异系数为4.6%;平均排肥长度为20.2~40.9 cm;偏移距离绝对值最大为5.5 cm,最小为0.6 cm,偏移距离标准差平均值为4.26 cm;单次排肥故障监测装置最少感知落肥通断信号次数为2次,故障监测准确率达到100%。果园试验表明,针对100棵枸杞树进行对靶施肥,其排肥准确率为97%。该系统实现了果园靶标实时探测、对靶精量排肥控制和排肥故障报警功能,达到了条开沟对靶穴施肥的果园作业要求。     

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。     

变量施肥处方图识别与位置滞后修正方法

处方图变量施肥作业系统的技术关键在于根据处方图精确一致地“按图作业”.基于面向对象方法,设计并实现了变量施肥作业系统控制软件,提出基于作业机械位置的实时处方图识别算法,测试结果表明,单位处方识别时间不超过100 ms,能够满足实际系统作业的需要.在分析位置滞后原因的基础上,建立了变量施肥作业系统的位置滞后模型,通过田间实测试验,施肥时间延迟为1.84s.