支持种肥监测的变量施肥系统设计与试验

目前国内变量施肥控制系统与排肥监测系统集成化程度低,电动机驱动变量施肥系统动态响应研究不够深入。为此设计了基于电动机驱动、支持多路播种施肥监测的变量施肥控制系统,主要包括触摸屏、中央控制器和数据采集器。控制器以MCU为核心,读取GPS测速模块获取的机具行进速度,监测排肥电动机实时转速,与数据采集器通讯获取多路排种或施肥状态,与触摸屏通讯设置作业参数和监测作业状态。搭建试验平台,测得排肥轴转速范围为12.5~125 r/min、监测灵敏度为3 s时,系统监测可靠性为100%。进行了系统排肥量变化响应时间试验,室内试验结果表明在0~11 500 g/min的排肥量变化范围内,系统响应时间最大为0.75 s。系统整机试验中,75~450 kg/hm~2的施肥量变化区间,公差以75 kg/hm~2递增,行进速度平均为3.79 km/h时,系统响应时间平均为1.08 s;在设定施肥量450、600、750 kg/hm~2下,改变不同行进速度的过程中,排肥量准确率平均值分别为95.92%、95.24%和98.26%,方差分别为3.01%、1.39%和1.36%。田间试验表明,施肥量分别为450、600、750 kg/hm~2时,系统排肥量准确率平均值为94.69%,方差为2.23%,多路排种、排肥监测故障报警准确率为100%。     

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PLC的马铃薯播种机施肥控制系统研究

为了保证马铃薯的生长环境,提高肥料利用率,四川基于PLC技术设计了马铃薯播种机的施肥控制系统,主要由中央控制系统、信号采集系统、排肥执行系统、显示器和声光报警器组成。马铃薯播种机利用液压控制器对排肥器的排肥量进行控制,液压控制系统采用BP-PID控制算法,以实现变量施肥的目的。试验结果表明:施肥控制系统可以满足变量施肥控制的要求,且工作性能稳定。     

猕猴桃土壤墒情智能控制系统的设计

为提高猕猴桃种植生产效率,降低水肥资源浪费和提高光照利用率,设计了一种同时实现智能精准节水灌溉、光照自动补偿的实时监控系统。该系统以STC单片机为主控制器,搭建相应的外围电路,采用485型土壤温度、湿度、p H值及盐分四合一传感器实时检测土壤墒情,采用光电传感器实时监测环境光照强度,通过ESP8266物联网模块将土壤墒情和光照强度信号传输到手机远程控制APP(blinker APP),实现远程自动灌溉控制和智能光照补偿功能。为实现对猕猴桃生长的实时监控,系统搭载了视频监控功能。测试表明,该系统能实现自动光照补偿和自动灌溉等功能,控制性能较好,设备简单,价格低廉,具有一定的推广价值。     

多功能智能辣椒直播机整车控制系统

基于CODESYS平台开发了多功能辣椒直播机的整车控制系统,主要包括：HST(Hydro Static Transmission)变速箱控制模块、PTO电机驱动模块、农机具提升/下降控制模块、施肥机具控制模块等。本文的控制系统通过读取HST电动推杆位置电压反馈,结合车速双闭环控制算法输出,精确控制HST变速杆位置,达到稳定目标车速;通过读取整机车速和施肥电机轴的转速闭环PID(Proportion Integral Derivative),控制施肥电机转速随车速改变,实现智能化精量施肥等;通过CAN总线向农机物联网终端发送整车、农机具相关信息,以供农民、用户在远程电脑终端或手机上查看。本嵌入式系统匹配3台样机,完成了多处实地功能性检测。为节省辣椒、小麦等农作物播种、旋耕、施肥等作业的人力、成本、时间,提高作业精度、提升作业效率提供了参考。     

基于安卓系统农业智能移动机器人的系统设计

为了改善农民劳动环境和提高农业生产水平,设计了基于图谱识别的智能农业机器人,用来进行草莓采摘和移栽等。系统包括上位机Android手机和下位机单片机的设计,上位机利用Java语言开发安卓手机操作的客户端界面,利用Java构建APP后台操作平台,XML构建手机APP界面,使其通过Wi Fi模块与机器人通讯,实现对机器人进行图谱识别和远程操作等。下位机采用STM32F407处理器作为移动智能机器人的核心CPU,借助分布的方式实现对于机器人的控制,主要包括供电模块、电动推杆模块、驱动模块、摄像头模块、机械臂模块和通讯模块等。用户用手机可实现移动机器人远程操控和图像处理。测试表明:该农业移动机器人具有较强的可操作性,制造成本较低,使用价值高。     

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。     

基于自适应遗传算法的双料箱施肥系统设计及实验

为了使有机肥和无机肥经同一机具施用,并做到精准施肥,提出了一种基于自适应遗传算法的双料箱施肥方法及相应系统。它主要由远程上位机、GPRS模块、GPS模块、STM32、电机驱动模块及排肥机构组成。在施肥过程中,安装在拖拉机轮轴上的霍尔传感器及驾驶室内的GPS模块将拖拉机驱动轮角速度和所处位置信息反馈到STM32中;STM32自动利用已设定函数决策开始控制施肥作业,同时排肥轴转速根据自适应遗传PID算法动态调整,达到稳态。结果表明:基于自适应遗传算法的双料箱施肥系统相比传统的控制算法,使系统迅速响应并于0.2s内达到稳态。     

基于机智云平台的温室番茄远程监控系统

设计了基于机智云平台的温室番茄远程监控系统，上位机由手机APP终端和机智云平台组成，下位机部分采用STM32F103单片机作为控制器将传感器获取的环境参数上传至上位机，ESP8266 Wi-Fi模块实现了上位机与下位机之间的数据交互。用户可使用上位机对温室番茄环境生长参数进行远程监测和实时调控，经测试该设计数据获取准确、系统运行稳定，实现了预期的功能。      

基于增量式PID算法的多种固体肥精确施控系统研究

为了实现变量施肥过程中多种固体肥的实时自动配比、提高施肥控制系统的排肥量控制准确率,采用增量式PID闭环控制算法设计基于测土配方的多种固体肥精确施肥控制系统及与之配套的施肥装置,实现了氮、磷、钾3种固体肥的适时快速响应和实时精量施入.施肥控制系统主要包括主-从控制器模块、处方图模块、北斗卫星定位模块、测速模块、人机交互...     

基于PLC的侧深施肥装置自动控制系统设计

【目的】侧深施肥装置在水田作业环境中存在排肥管堵塞、肥料颗粒破碎率高等问题。【方法】课题组设计制造了一套恒湿干燥排肥改造后的自动化控制系统,该装置由积肥盒、螺旋排肥机构、恒湿系统、肥料作业检测系统以及自动控制系统组成。该系统以西门子1214C AC/DC/ALY PLC为中央控制器,控制各个阀门、抬升液压缸、电机的动作,并接收湿度传感器的信号;上位机软件采用西门子Win CC V7.0进行设计,通过触摸屏与PLC的通信,完成侧深排肥系统的人机交互功能。【结果】该系统可实现螺旋施肥量的精准控制、施肥装置抬升与下降、施肥堆肥区域温湿度控制、施肥量动态监控、排肥区域湿度控制等功能,整个控制系统可在施肥过程中实现全自动化并实时更新显示状态。【结论】与传统电气控制方式相比,利用PLC进行侧深施肥控制系统设计具有更高的系统稳定性,有效减轻了人员工作量,提高了工作效率,同时具有较好的工程价值。     

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。     

基于姿态实时监测的多路精准排肥播种控制系统研究

针对现有精准排肥播种控制系统缺少对机具姿态进行监测判别的现状,在现有精准排肥播种控制系统架构基础上,增加了机具作业姿态实时监测模块,使系统可以根据机具的实时前进速度和作业姿态自动控制排肥量和播种量,减少人员对系统的操作。该系统主要由车载控制终端、PID控制器、多路集成比例阀、光电转速测试码盘、机具姿态解析模块、机具位置与速度解析模块、液压马达等组成,其中机具姿态解析模块采用MPU6050芯片实时测量下拉杆与机架的俯仰角,应用STM32F103MCU芯片实时获取MPU6050芯片的输出数据,并反馈到车载控制终端,封装后的机具姿态解析模块安装在拖拉机三点悬挂的下拉杆中部,对下拉杆与水平面的夹角数据进行实时记录和反馈,判别机具的作业姿态是否处于工作状态。将该控制系统安装在小麦基肥精准分层施肥播种机上,在北京市昌平区小汤山国家精准农业研究示范基地,对该控制系统进行静态标定和动态试验,以检测可靠性和稳定性。静态标定试验结果显示,马达转速与系统的排肥排种量存在一元线性关系,此时浅层肥料、深层肥料和种子的单圈排量分别为16.97、29.31、11.2g;姿态标定结果表明,设置临界角为5.3°时,系统的机具姿态提示信息正确,能够满足姿态监测的要求;动态试验表明,机具工作状态下,浅层肥料、深层肥料和种子排量变异系数分别为3.5%、3.8%和3%,3路的排量偏差都控制在5%以内,机具抬升状态下,排肥排种轴处于静止状态,说明该系统的运行过程总体比较稳定,能够满足小麦基肥分层施肥播种机具的精量排肥排种的作业要求,同时能够减少人为操作流程。     

基于手机APP的配电网运行监控系统应用

1基于手机APP的配电网运行监控系统基于手机APP的配电网运行监控系统,通过智能手机APP平台与配电网运行监控系统相结合,将智能手机作为配电网运行监控系统的掌上终端,实现随时随地对配电网进行监控管理,提高管理水平。该系统主要是由智能手机APP、后台服务器端两部分组成,由智能手机作为终端进行配电网运行监控系统的相关数据接收。     

2BFJ-24型小麦精量播种变量施肥机设计与试验

为了提高冬小麦播种质量与种肥利用率,降低生产成本,针对中原地区冬小麦适度规模种植种肥同播作业方式粗放、效能低的特点,基于CAN总线通信协议下的车载传感器与PIC控制融合技术,设计了2BFJ-24型小麦精量播种变量施肥机,由播种施肥机械部件、种子漏播监测系统、肥料堵塞监测系统、变量施肥控制系统及车载计算机组成。通过红外光电检测可实时监测排种管种子流量情况,通过检测排肥管下端口内介电常数变化可实时获取肥料下落信号;通过集成GPS模块获取机器田间位置信息,结合预先加载的田块处方图,确定当前位置目标施肥量,并基于压力传感与微机控制解算当前施肥量和流量信息,按照机器前进速度实时调整施肥量;最终实现作业过程漏播、堵塞声光报警与精准施肥目的。田间试验结果表明,整机监控系统能够适应复杂田间环境,漏播监测准确率可达91%,肥料堵塞报警误差小于2%,变量施肥准确率超过96%,具有较好的实用性和经济性。     

燃气预警器

基于51单片机的燃气预警器,主要由中央控制系统、监测系统、预警系统、观察系统、自锁系统构成。其中,中央控制系统主要由51单片机和驱动构成,监测系统主要由阀门检测模块、人体检测模块、火焰检测模块和气体检测模块构成,预警系统主要由报警器构成,观察系统主要由蓝牙模块和手机APP构成,自锁系统由一个自控锁构成。     

基于多传感器采集的道路运输驾驶员远程监测系统

针对道路运输驾驶员监测系统功能较为单一的现状,搭建了道路运输驾驶员远程监测专用平台。利用ARM Cortex-A8内核的Android嵌入式开发系统作为主控制器模块,主控制器集成了GPS、4G无线通信、视频图像采集模块、Zig Bee通信模块等,驾驶员的体温传感器、心率传感器模块采用Zig Bee通信方式与主控制器无线通信,其它的信息采集传感器通过接口模块与主控制器实现有线通信。同时,主控制器对采集到的信息进行处理,并对不同的信息采取了不同的处理方法,所构建的信息采集系统能很好地实现道路运输车辆驾驶员的监测。     

播种机关键部件性能测试平台设计与应用

针对缺少系统测试播种机关键部件运行参数和性能指标测试平台的问题,设计了一种播种机关键部件性能测试平台,阐述了该平台的工作过程,确定了其种肥量检测系统、气流供给与检测模块、地轮驱动模块、三点悬挂模块、液压动力模块及显示与控制系统的结构及关键参数,并以Stewart类自由度并联结构设计了模拟地表坡度的运动框架。播种机关键部件性能测试平台空载和各系统模块工作性能测试试验结果表明：该平台可实现排种与排肥过程中8路导种管和导肥管内种肥排出信号及种肥质量检测,可提供排种轴与排肥轴转速为20～120r/min时,高速气送式排种与排肥所需流量为1.6992～2.5575m3/h的输送气流,并可测试排种与排肥环节气流压力与流量、播种机传动系统转速与转矩;通过运动框架可模拟-5°～5°地表坡度中地表不平对播种机排种性能的影响,运动框架设置的倾斜角度与角度传感器测定的倾斜角度偏差率为0～0.25%、往复摆动角度偏差率为0～0.275%,平台运行稳定,满足不同排量的排种与排肥性能测试要求。     

基于物联网的果园药水肥一体化控制系统设计与实现

针对山地丘陵果园生产作业中,病虫害防治和灌溉工作量大,人工成本上升,同时我国当前施肥模式粗犷、水肥浪费量大、肥液浓度不好控制等问题,结合物联网技术和互联网技术设计一种基于物联网的果园药水肥一体化控制系统。该套系统以基于CC2530的ZigBee节点为基础,结合MCU单片机及各类传感器,通过ZigBee网络实现远程监测和控制执行模块执行各种功能,同时采用模糊控制对水泵进行精准控制,实现对果树的精准施药、施肥和灌溉,并进行试验验证。结果显示,ZigBee网络的丢包率与距离没有明显关系,与上位机软件发包频率有一定关系;系统能够实现远程监测与自动控制,实时显示空气和土壤湿度、EC值和pH值等监测数据;混合药池的EC值经过系统调节690 s左右,达到设定值1.5 ms/cm,土壤EC值经过系统调节810 s左右,达到设定值1.2 ms/cm附近;同时系统根据不同的土壤EC值与混合药池EC值执行不同的灌溉方案与混肥、施肥方案,精准控制灌溉施肥,有较好的稳定性。     

玉米变量穴施肥试验台的设计与试验

为了提高玉米种植中化肥的利用率、减少资源浪费,基于玉米穴播穴施肥的理论设计了一台玉米变量穴施肥的试验台。在前人研究运用外槽轮排肥器实现变量施肥的基础上,通过控制步进电机精准的启动停止运转与排肥口的挡片设计来实现玉米穴施肥,同时配合玉米排种器监测装置实现种肥同步。玉米穴施肥装置主要由外槽轮排肥器、步进电机、排肥口挡片和光电检测装置构成,具有结构简单、体积小的优点,控制系统操作简单,易于推广。试验结果表明:总排肥变异性系数为4.39%,在开度10mm下排肥效果最佳,排肥变异性系数为0.28%,符合国家标准≤7.8%,且实际穴距与种肥距离符合相关农艺要求。