混合变量施肥控制系统的设计

【摘要】精准农业是农业可持续发展的具体实现方式。精准农业融合了多门学科的前沿技术,服务于农业生产者,使得在农业生产过程中,实现自动化和智能化。同时精准农业,从宏观的上看,掌握整个农田的基本信息。从微观上看,它改变了传统农业的粗放操作方式,无论是在农田中进行播种,施肥和灌水,还是农药的使用方面都变为精细控制的,均能做到恰到好处的按需分配作业。设计一个应用于精准农业的混合变量施肥控制系统,首先可以减少化肥的浪费,从而使得农业投入资源降低,提高了农民的收入；同时避免了过量的化肥对环境造成的破坏；再者可以节省生产化肥时所需的矿产资源,就保护了地球上这些稀缺的资源。本文研究的内容就是精准农业中重要的一部分,研制了基于ARMS3C2440的混合变量施肥控制系统。关于混合变量施肥系统的设计开发过程,主要工作如下：1.通过对比国内外现有的变量施肥机的发展状况及其他们所采用不同的控制方法的优缺点,提出了可行的混合变量施肥控制系统的总体方案。2.搭建机械平台,主要包含氮肥肥箱、磷肥肥箱和钾肥肥箱的设计,加工。同时将肥箱与外槽轮排肥器等其他部件安装在一起,最终在台架上均匀固定。3.电气部分的硬件设计及软件调试,这个是整个混合变量施肥控制系统的核心。电气模块由以下部分组成包括田间计算机模块、通信模块、电机控制模块、测速模块、人机交互模块和供电模块等。以上模块单独设计调试,最终组成一个有机协调地控制系统。此控制系统性能优良,工作稳定性和精度较高。4.将机械平台和电气控制部分整合成一体,完成整个实验台架装置,并选取晶体、固体和粉末状的化肥,进行了大量的静态实验,最终通过matlab建立了混合变量施肥的槽轮控制数学模型。5.同时指出了自己系统中还可以继续深入研究的方向和建议。整个系统的工作流程：首先构建三个节点组成的CN网络,并预先向SD卡节点存入各个小区域田地所需的施肥量,然后田间计算机核心节点通过CAN总线从SD节点中读取某个小区域田间所需的施肥量,然后微控制器利用建立的槽轮控制模型,将所需的三种施肥量转化为三个控制直流电机转动的PWM波形的占空比。再分别控制N、P、K出肥的电机,最终施撒所需的肥料。由于建立模型的准确以及整个系统工作的稳定和精确。最终验证混合变量施肥系统的施肥精度小于5%。变异系数小于13%。完全满足国家对施肥机械的标准,可以将整个系统移植到农业机械上进行混合变量施肥的控制。
【作者】乔璐；
【导师】姬长英；
【作者基本信息】南京农业大学，农业电气化与自动化，2013，硕士
【关键词】混合变量施肥控制系统；ARM；槽轮模型；

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