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。     

基于GPS和土壤养分图的变量施肥控制软件开发

根据大豆变量施肥播种机自动控制的需要,使用VB6.0编程语言和MO2.2地图控件,开发了基于GPS和土壤养分图的变量施肥控制软件.本软件具有串口通讯、GPS信号接收、输出调试、播种机参数设置和变量施肥作业控制等功能.同时,提出了使用地块平均施肥量、设定变量范围、利用土壤养分图的简易可行实现精准变量施肥控制方法.本软件能自动生成作业记录,作业后可根据记录生成施肥记录图,有利于农业精准管理和生产信息的积累.     

我国精准变量施肥技术研究现状和建议

阐述了国内外基于处方图的变量施肥和实时监测自动变量施肥技术研究现状,通过对精准变量施肥技术中车速监测技术、施肥处方生成技术和肥料流量监测技术的关键技术分析,对比了不同监测技术和生成方式的优缺点,并针对我国当下变量施肥技术研究中存在的问题提出发展建议.     

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。     

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.     

变量施肥液压驱动控制系统硬件设计

通过对国内外变量施肥驱动控制技术的研究与比较,进行了变量施肥液压驱动控制机构的整体设计;同时,阐明了其结构特点,确定了液压组件的型号、参数,并进行了转矩和功率校核计算;最后,对步进电机和其配套的驱动器、控制器的工作原理及型号如何选择进行了总结。     

变量施肥试验台的设计

土壤是农业的重要资源,肥料是发展农业的物质基础。排肥装置是影响施肥效果的关键因素之一。目前,对排肥质量提出了越来越高的要求。本文主要针对变量施肥的国内外发展状况和存在的问题及将来的发展方向作了介绍,同时针对变量施颗粒肥而设计的试验台的结构、工作原理以及关键部件的选用和设计进行简要说明。     

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.     

光传感器变量施肥控制系统开发

针对当前国内智能化农业的发展现状,开发了一个集成光学传感器和数据控制器的实时自动变量施肥控制系统.该系统可以根据作物的长势实现实时变量施肥.系统利用NDVI(归一化植被指数)测定传感器实时地获取农作物生长的NDVI值,结合作物施肥的不同生长时期,达到依据作物长势实时变量施肥的目的.为此,对控制系统的设计和具体的施肥方案进行了详细的介绍.     

变量施肥机具的设计

从分步实施精确农业的思路出发,分别进行了手控变量施肥机和自控变量施肥机的研究。重点阐述了手控变量施肥机的工作原理及关键部件设计。试验表明,该机施肥量调节方便,性能稳定,有应用前景。分析了能够实现精确农业意义上的自动变量施肥系统。     

基于传感器的变量施肥机定位方法

简述了一种应用传感器代替GPS的变量施肥机定位方法。控制器读取传感器的脉冲信号,计算施肥机的行走距离,由自动网格识别算法实现施肥机自动网格识别。本文给出了传感器测距累积误差校正方法以提高定位精度。对于垄长为40m的网格,要使定位误差小于6%,累积误差应小于2.4m。实验结果表明,经过校正,拖拉机行走距离为250 m的时候,光电编码器和接近开关传感器测距累积误差分别为2.32 m和2.34 m(定位误差小于6%)。如果在此定位误差条件下,增加操作单元垄长方向划分的距离,可满足更长地块作业的定位要求。     

基于PLC的变量施肥控制系统设计与试验

提出了一个以PLC为主机,集成光学传感器和控制装置的变量施肥控制系统。根据实时监测的作物光谱信息和施肥机具的实际前进速度调节施肥量。系统采用无损测试技术和模糊控制算法,通过归一化植被差异指数测量仪实时获取归一化植被差异指数,结合施肥机具行进速度调节执行机构中的电磁阀,实现实时变量施肥。     

基于前馈神经网络的变量施肥养分图的研究

通过插值方法合理利用土壤采样点的养分值估算非采样点的养分值,对于变量施肥决策和实施具有重要的意义.由于大采样间距插值地图的精确性无法得到保证,难以客观地描述农田的养分分布情况,因此提出一种不依赖于地理统计学推论的前馈神经网络模型,对大间距采样点进行插值.实验研究表明,与目前的插值方法相比,该模型有较好的准确性和可靠性.     

基于光谱探测的小麦精准追肥机设计与试验

为了实现小麦生长过程中的实时变量追肥,使用近地光谱探测技术,设计了大田实时变量追肥机。追肥光谱监测系统实时获取作物冠层归一化植被指数,结合追肥策略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,田间小麦长势存在空间差异性,冠层的归一化植被指数可以解析此差异性;追肥机追肥控制精度达到90%以上,可以满足精准追肥的要求;变量追肥比定量均匀追肥增施氮肥28 kg/hm2左右。     

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。     

果园有机肥深施机分层变量排肥控制系统设计与试验

果园不同深度的土壤养分不同,果树根系分层吸肥能力不同,有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题,本文设计了排肥控制系统,可以根据用户设置的各层理论排肥量和作业速度,实时计算液压马达的理论转速,并采用PID算法控制比例流量阀开度,调节马达转速驱动螺旋输送器排肥,实现分层变量排肥。将AMESim中建立的液压系统模型与在Matlab/Simulink中建立的控制模型进行联合仿真,整定PID参数。液压马达转速调节性能试验中最大超调量为14r/min,达到稳定转速的时间最大为6s,控制性能较好,表明通过AMESim-Matlab/Simulink联合仿真,能够快速便捷地整定PID参数,结果准确可靠。排肥控制性能试验中排肥量相对误差最大6.20%,变异系数最大8.69%,排肥量准确性和均匀性均达到要求。设计的控制系统具有较好的性能,能为果园有机肥分层变量深施提供技术支撑。     

变量穴施水穴播机的变量施水数学模

根据变量穴施水穴播机使用要求,建立了最小施水量数学模型和电磁阀控制时间数学模型.在自行开发的变量穴施水穴播机上进行静态试验,通过改变水箱水量、施水时间,获得不同的施水量.分别采用回归分析和人工神经网络预测2种方法,研究了水箱水量、施水时间及施水量之间的关系,建立了电磁阀控制时间的数学模型.回归试验表明,在水箱水量处于满箱、半箱和1/8箱容积3种状态时,所对应的电磁阀控制时间线性回归模型的调整判定系数R2依次为0.992、0.991和0.998,具有较高的拟合度.对回归方程进行的F检验结果表明,F计算值远大于查表值,回归方程极显著.采用2-5-1型拓扑结构的人工神经网络对施水时间进行预测,结果表明,拟合的最大偏差为3.95ms,平均偏差仅为1.46ms,网络结构具有较高的预测精度.     

基于蓝牙技术的变量施肥机速度采集系统设计

设计了基于蓝牙技术的变量施肥机速度信号采集系统.该系统以光电编码器为测速传感器,ARM微处理器接收测速脉冲并计算出速度值,通过KC111适配器以蓝牙(无线)方式传送,蓝牙USB适配器接收速度信号后传送给变量施肥控制器,完成施肥机速度信号采集.试验结果表明该系统最大误差为2.92%,能够满足变量施肥精度要求,可以应用到变量施肥机测速系统中.     

稻麦变量施肥机控制系统设计与试验

针对稻麦变量施肥智能化程度低、通信系统可靠性和兼容性差等问题,研究设计了一种稻麦变量施肥机控制系统。该系统以CAN总线通讯作为现场总线,实现各控制节点之间的实时通信;通过GPS导航和处方图得到当前位置需肥量,根据变量施肥数学模型,通过步进电机节点实时调节外槽轮排肥器开度,实现施肥变量调节。试验结果表明:该系统机械结构设计合理,动作响应迅速,定位精准,各行排肥器之间排肥量变异系数最大为1. 78%,变量施肥精度达97%以上,作业效果良好。其控制程序稳定可靠,各控制节点之间通信及时、准确,整机设计合理,系统工作稳定,智能化程度高,各项技术指标满足农艺要求。