基于处方图的水稻侧深变量施肥控制系统设计与试验

为解决水稻侧深施肥过程中由于缺乏科学处方与智能决策而造成的肥料资源浪费、无法实现空间差异化肥力补给的问题,本文设计了一种基于处方图的水稻侧深变量施肥控制系统。结合排肥理论分析得出变量施肥作业中影响排肥量的可控因素(排肥轴转速、外槽轮工作长度、机组前进速度),探究施肥控制策略,构建并训练基于神经网络的智能决策模型;利用土壤养分平衡法结合克里金空间插值法在ArcGIS中生成施肥处方图;最后设计水稻侧深变量施肥控制系统并集成到水稻插秧机上,开展性能测试试验。双变量控制模型肥量控制精度试验结果表明,最大排肥误差为3.27%,最小误差为0.06%,总平均误差为1.23%。目标施肥量播量准确性试验结果表明,尿素、磷酸二胺、硫酸钾、掺混复合肥平均播量误差分别为4.60%、4.41%、4.18%和3.66%,平均示量误差分别为5.04%、4.83%、3.81%和4.84%。基于电子处方图的田间试验中系统获取有效定位信息54867个,定位错误点数6个,均发生在田块边界附近,分区定点变量施肥平均播量误差为4.23%。结果表明集成创制的水稻插秧侧深变量施肥一体机具有较高的播量精度和稳定性,控制系统具有较高的肥量控制精度,利用电子处方图指导施肥作业切实可靠,可实现插秧智能变量施肥一体化作业。

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%。

变量施肥技术的研究现状与发展建议

随着我国农业现代化的不断推进,精准农业也在迅速发展。变量施肥技术是精准农业中重要的一个环节,它能够提升肥料利用率,降低农业生产成本,减少对农业生态环境的污染,从而促进农业绿色高质发展。文章阐述了变量施肥技术的研究现状,对其发展进行分析,并提出了发展建议。

棉田变量施肥整地联合作业机设计与试验

针对新疆缺少棉田施肥整地联合机械和施肥量控制精度不高等问题,设计了一种变量施肥整地联合作业机,可一次性完成耙地、变量施肥、平土、碎土和镇压等作业。对排肥装置、双圆盘开沟机构、缺口耙片组、碎土与镇压组件等关键部件进行设计,通过静力学分析得到影响其工作性能的关键因素,并确定关键部件结构参数;基于北斗自动导航驾驶系统获取行驶速度,并以STM32F405为核心处理器实现了变量施肥控制。以各行排肥量一致性、不同行驶速度下施肥量控制精度以及施肥深度合格率作为施肥性能评价指标,以耙深稳定性、地表平整度标准差、碎土率作为整地性能评价指标,开展了田间试验。试验结果表明,当排肥轴转速为10~60 r/min时,各行排肥量一致性变异系数不大于4.27%;当车速为4、7、10 km/h时,排肥量控制精度不小于96.70%、95.35%和94.14%;施肥深度合格率为87.04%;耙深稳定性变异系数不大于5.34%;地表平整度标准差不大于4.69 mm;碎土率为96.16%。各项指标均达到施肥机械和整地机械标准要求。

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。

2BFJ—6型变量施肥机外槽轮式排肥器的设计与试验研究

外槽轮式排肥器是精准变量施肥机的核心部件。本文介绍2BFJ—6型变量施肥机外槽轮式排肥器的结构及工作原理,通过理论计算和试验,确定出排肥器各主要工作部件的最佳参数,对样机进行田间试验,作业性能良好,结果满足实际生产要求。

精准变量施肥技术研究现状及发展趋势

精准变量施肥是精准农业中的重要组成部分之一,主要对精准变量施肥的概念及国内外的研究现状进行了简单介绍,总结了变量施肥涉及到的关键技术,并阐述了精准变量施肥技术的所面临的问题及发展方向。

基于处方图的变量施肥作业系统设计与实现

设计一种由机载作业控制终端、DGPS、变量施肥控制器、电液比例阀及液压马达系统、地速信号采集单元和辅助平行作业导航单元等组成的变量施肥作业系统.设计基于PC104 CPU模块的机载作业控制终端并开发了基于处方图的变量作业控制和辅助导航软件.采用TI 2407型DSP开发变量施肥控制器,实现对阀控液压马达系统转速的闭环增量式PID控制算法.通过田间试验分析了系统的作业性能,结果表明:75 kg/hm2和225 kg/hm2两个常量施肥试验的施肥变异系数分别为16.83%和8.08%,与目标施肥量相比,平均施肥误差分别为2.98%和1.05%;0到375 kg/hm2的变量施肥试验表明,系统施肥位置滞后约为3.57 m,施肥变化延迟时间约为1.84 s.

精确农业自动变量施肥机控制系统设计与实现

设计制造了一个以AT89C52单片机为中心的自动变量施肥控制系统。该系统接收GPS位置信号,以此判断施肥机所在的操作单元,通过监测施肥机的前进速度和读取存储在IC卡上的施肥量来控制施肥机上的排肥轴的转速,实现实时自动变量施肥。试验结果证明:该系统可将GPS、GIS、传感器信息和决策数据等信息综合处理,在施肥机前进速度为4.5～5.5km/h,施肥量在200kg/hm2以上时,能够使步进电机工作转速在33～91r/min范围内,施肥机排肥平均误差为4.22%。

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。

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。

利用航空成像光谱数据研究土壤供氮量及变量施肥对冬小麦长势影响

以推扫式成像光谱仪PHI(PushbroomHyperspectralImager)获取的冬小麦拔节期、灌浆初期及乳熟期的航空影像数据为基础,提取反映冬小麦长势的光谱特征值,结合地面调查数据,分析了研究区冬小麦的长势情况;对不同时相光谱特征值与土壤基础供氮量、土壤总供氮量以及变量施肥量进行统计分析,分析结果显示:土壤基础供氮量、土壤总供氮量的空间分布差异对冬小麦长势有明显的影响,其中,土壤基础供氮量是影响冬小麦长势的重要因素,它对冬小麦的长势影响贯穿冬小麦的整个生育期;此外,该文还通过变量施肥前后作物光谱信息的变化,建立了冬小麦拔节期与灌浆初期光谱特征值的变化量与变量施肥量之间的联系,对变量施肥的效果进行了初步的评价;研究结果表明:变量施肥能够改善冬小麦长势状况;通过变量施肥,土壤基础供氮量的空间分布差异对作物长势的影响能够得到一定的控制。

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。

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。

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%。

基于光谱指数的冬小麦变量施肥效应研究

【目的】由适时获得的高光谱数据代替传统繁琐的实验室土壤养分测定数据来进行变量施肥,实现冬小麦高产优质的目标。【方法】本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数(OSAVI,optimization of soil-adjusted vegetation index)和变量施肥模型进行变量施肥管理(变量区),以相邻地块常规非变量(均一)施肥区(对照区)为对照,研究了不同氮肥处理冬小麦冠层光谱特征及其施肥效应。【结果】变量施肥之后两种氮肥处理在敏感波段670nm和760～900nm处反射率差异明显,而670nm和760～900nm是氮素和冠层的敏感波段,说明进行变量施肥时,利用基于这两个波段组合的光谱指数OSAVI优于其它波段组合的光谱指数;OSAVI不同生育时期的变化情况,反映了变量施肥在调控作物长势及群体结构上的优势;与对照区相比变量区提高产量达378.72kg·ha-1,并降低了各小区产量之间的变异,变量区土壤硝态氮浓度降低,氮肥利用率提高,生态效益较为明显。【结论】该技术通过改善冬小麦群体质量,延缓了植株衰老,促进干物质和氮积累,增加冬小麦产量和氮肥利用率。

变量施肥对玉米产量及土壤养分影响的试验

采用自主开发设计的基于GPS和G IS技术的自动变量施肥系统,于2003、2004年间进行了玉米种植条件下变量施肥田间试验。与相邻传统施肥地块相比,变量施肥在一定程度上增加了玉米产量,在合理控制化肥用量的情况下,可以达到既减少投入又增加产量的目的。土壤养分分析结果表明:两年试验前后,变量区与传统施肥区土壤中的碱解氮含量均有所增长,但变量区碱解氮含量的变异系数较传统区减少;变量区和传统施肥区速效磷的含量都有所下降,且变量区较传统区下降明显,变异系数减少;速效钾含量均增加,增加幅度基本一致,但变量区变异系数下降。说明变量施肥具有一定均衡土壤养分的作用。

基于CAN总线的变量施肥控制系统

为降低化肥过量施用对农产品安全的危害,研究了变量施肥技术,设计试制了一种基于CAN总线的变量施肥控制系统,重点研究了电液比例方向阀控马达的槽轮排肥机构驱动控制方法,设计试制了整体式阀控马达液压系统,并构建了系统的数学模型和仿真模型,对研制的分布式变量施肥控制系统进行仿真、标定与田间试验研究。试验结果表明:目标施肥处方和实际施肥分布图具有较好的空间一致性,系统能够满足基于处方图的变量施肥作业需要。

多肥料变比变量施肥过程模拟与排落肥结构优化

变比变量施肥中，排肥管和落肥管结构对多种肥料的掺混性能和排肥滞后有重要影响。在已完成掺混腔结构优选的基础上，使用离散元法对变比变量施肥和撒播过程加以仿真，分析不同排肥管高度与落肥管三角波纹形状对颗粒运动的影响，依据提出的性能评价指标，优化排肥管和落肥管结构。计算结果及机理分析表明：排肥管高度越大，颗粒在下落、碰撞及混合各阶段的速度越大，颗粒与掺混腔壁面碰撞后形成的散布面积越大，颗粒混合均匀性越好，颗粒混合配比标准差越小；落肥管三角波纹高度在4～6mm范围内，相对于无波纹情况，可增加颗粒与落肥管间和颗粒间的碰撞次数进而促进颗粒均匀掺混，但高度过大会延缓与其接触的颗粒下落。当落肥管三角波纹高度约为2mm时，即为肥料颗粒直径的40％～60％，最有利于促进肥料颗粒之间的混合，同时三角波纹对颗粒下落的滞后影响较小。

变量施肥控制系统PID控制策略

根据机械动力学原理和电学原理建立了变量施肥控制系统的数学模型,为控制系统的设计、PID参数选择以及控制性能改进提供了理论依据。利用Matlab/Simulink动态仿真工具构建了直流伺服电动机驱动无级变速传动机构的仿真模型,采用临界比例度法对系统的PID参数进行整定,获得了反映系统性能的仿真曲线,仿真和试验验证结果表明,PID控制策略提高了控制系统的跟踪性能和抗干扰性能。