2BFJ-6型自动变量施肥机控制系统研究

2BFJ-6型自动变量施肥机控制系统研究

韩云霞[1]2004年在《2BFJ-6型自动变量施肥机控制系统研究》文中研究表明精确农业技术研究发展的驱动力是对农业耕作中发现的作物生长环境和实际收获产量分布的空间差异性的认识,其核心是 GPS、GIS、RS 等技术支持下的精确定位与变量作业。化肥是农业高产和增产的主要投入要素,化肥成本在农业总成本中占了较大的比重,而且化肥的投入量与利用率直接影响农业产出、农民收入和环境质量。变量施肥适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要进行全面平衡施肥,提高肥料利用率,具有明显的经济和环境效益。我国的化肥投入存在结构不合理、肥料平均利用率低、肥料的增产效益没能充分发挥等问题。在变量施肥技术研究方面,我国基本是引进国外先进技术设备,进行消化、吸收的跟踪研究。因此,研究和开发自动变量施肥技术,对发展符合我国国情的变量施肥技术和实现农业可持续发展具有重要的理论意义和实用价值。本文结合吉林省科技发展基金“精确农业自动变量施肥技术研究”和吉林省农业开发综合办公室“精确农业变量施肥技术示范”课题,进行了 2BFJ-6 型自动变量施肥机控制系统设计开发和地块网格识别模拟设计等研究,主要工作和结果如下:(1) 制订控制方案和控制模型。针对我国农村现有的生产条件,同时充分考虑到农业机械所需的可靠性,自动变量施肥控制系统采取手动和自动两种控制方案。在深入分析影响施肥的主要因素和施肥控制原理的基础上,确定了自动变量施肥步进电机转速控制模型,为实现自动变量控制建立理论基础。(2) 开发以单片机为核心的控制系统作为自动变量施肥执行机构的控制器。分析了控制系统的的输入、输出和通信等要求,设计系统的结构,确定了 I吉林大学硕士学位论文硬件电路主要包括 DGPS 信号接收、速度传感器信号接收、键盘接收、IC 卡接口、控制脉冲输出、显示及报警等几个部分。经过试验验证,系统比较稳定、可靠,达到使用要求。 (3) 控制程序设计。使用单片机开发的高级语言工具 C51 编写控制程序,实现手动和自动两种控制方式的变量施肥。在自动控制方式下,完成了对 DGPS位置和速度信息的提取,实现对任意试验地块网格的准确识别和施肥量的正确提取,输出脉冲控制电机转速,实现变量施肥作业。在手动方式下,实现了对地轮转速传感器脉冲信号和键盘值的读取与处理,从而输出电机转速控制排肥轴完成变量施肥作业。同时解决了控制系统与计算机的通信、显示观察及电机斜坡启动等问题。程序具有简单高效、结构清晰和一定的通用性等特点。 (4) 地块网格识别模拟控制程序设计。基于控制系统在研究开发过程中的实际需要,针对自动变量施肥控制系统的地块网格识别部分,使用可视化工具软件 Visual Basic 结合 MapX 开发了地块网格识别模拟控制程序。程序实现了以鼠标的移动模拟施肥机行进过程、识别施肥机所处当前地块网格名称、查询对应的施肥量并显示等功能,同时以 DGPS 的数据格式输出当前点的地理位置、模拟速度等信息,通过串行端口提供给控制器,使控制系统对地块网格进行正确的模拟识别。模拟程序为控制系统的研究改进和调试工作带来方便,缩短了系统的开发和实验周期。 (5) 排肥机构标定实验。分别对六行和两行自动变量施肥机进行了排肥机构标定实验。分析得出排肥轴转速和平均排肥量之间高度线性相关,通过误差分析表明各排肥器排肥均匀性和稳定性能够满足要求。对标定实验数据拟合得出排肥量与排肥轴转速之间的关系曲线。对拟合结果进行评价并综合考虑控制精度和程序设计的要求,选用一次方程用于施肥控制。综合机具前进速度 v、排肥轴转速 n 对施肥量 Q 的影响,得出叁者的数学关系式。 (6) 自动变量施肥控制系统田间试验。在使用 DGPS 和地轮传感器检测机具前进速度两种试验的情况下,通过对试验中存在的主要误差因素进行分析,结果表明,由于 DGPS 信号中速度值的误差和地轮打滑率的存在,使变量施肥的精度不够理想。 (7) 完成了自动变量施肥控制系统改进实验。综合考虑影响控制系统精度的误差因素,对控制程序和施肥机构做相应修正和调整。系统改进后,分别进行手动和自动两种控制方式的施肥试验。试验结果表明,施肥精度得到提高,II摘 要手动和自动控制方式下,误差分别小于 5%和 7%,取得理想的控制精度。本文研究的是基于地图的自动变量施肥控制系统,可自动接收 DGPS 信号,获得施肥机位置和速度信息,根据施肥决策数据实现变量施肥控制。通过手动和自动两种控制模式,施肥量均可以实现 80~500kg/ha 范围之内的调整,电机转速范围为 10~200rpm。系统具有结构简单、操作方便易学、施肥量变化范围大、控制性能比较稳定可靠、控制精度理想等特点。此外,本系统借鉴国内外研究经验,以自主开发为主,成本较低,而且可适用于不同型号的变量施肥机控制,适合我国国情,有利于促进变量施肥技术的实施及在中国的推广应用。

张勇智[2]2004年在《精确农业变量施肥精度研究》文中研究指明精确农业(精准农业,Precision Agriculture or Precision Farming)是近年来国际上农业科学研究的热点领域。作为信息农业的一种表现形式或组成部分,是近年来美国、加拿大、英国等发达国家正热衷研究和探讨的未来农业的代名词。精确农业的核心是GPS、GIS、RS支持下的精确定位与变量投入作业。 随着精确农业技术的发展,变量施肥技术的研究与应用也越来越引起人们的注意。土壤养分存在明显的变异是变量施肥研究的出发点和依据,传统的施肥方法往往选取一片面积较大的农田(如一个自然村的全部农田)进行采样和测土,进而计算该片农田的施肥量,这种方法忽视了土壤养分分布的时空变异,容易造成肥力低的土壤施肥不足,而肥力高的土壤施肥过量。事实上土壤是“一步叁变土”,即使在一块较小的农田里,土壤肥力也是变化的、非均一的。 精确农业中的变量施肥技术的应用是指根据田块的不同要求,有针对性地撒施不同配方及不同量的混合肥的实时控制技术。根据空间差异性的分布,因地制宜,把大块农田细化为小块农田,针对小块农田进行采样、测土和决策,按需要变量调整化肥使用,从而达到减少投入,增加产量,提高农资利用率,减少环境污染的目的。可见为取得良好的经济效益和环境效益,适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要,变量处方施肥是未来施肥的发展方向。 在变量施肥技术系统中变量施肥机的作业精度对变量施肥的实施效果有着至关重要的影响。经过施肥决策,不同田块单元对应不同的施肥量 -78-摘要 而不是过去的所有单元都采用同一施肥量,最终达到减少投入和提高作业经济性。但是如果施肥机的控制精度不能保证,必然又造成肥料浪费,使精确农业体系的“精确”的概念失去意义。可见,研究变量施肥机的作业施肥精度具有重要的意义。 本文的研究是吉林省科委项目:精确农业自动变量施肥技术的研究(课题编号 20000201-3-1)的一部分。该项目的研究内容包括:建立吉林省中部相关耕地土壤养分地理信息数据库; 建立吉林省中部相关耕地施肥专家系统;GPS 定位精度研究,以达到准确定位操作单元;建立自动变量施肥系统;自动变量施肥机研究。签订的技术指标施肥量 80-400 公斤/公顷,无级调节,误差不大于 8%。对施肥系统施肥精度的研究是本文研究的重点。本文的研究同时受到吉林省农业开发办公室项目“吉林省榆树市变量施肥技术试验与示范”的资助。变量施肥技术是精确农业的重要组成部分,也是发达国家研究较为成熟的部分,本文的研究对在我国发展精确农业以及农业的可持续发展都具有积极意义。本文的主要工作有:1、系统地介绍了精确农业的概念、技术组成,分析了精确农业在国内外的研究方法和现状以及变量施肥的意义。2、介绍了本文研究的变量施肥系统的组成及变量施肥控制原理,重点介绍了与本文研究关系密切的 GPS 系统以及变量控制系统。3、分析了本研究中的施肥原理以及可能影响施肥量、施肥精度的主要因素。4、通过在模拟田间作业的土槽试验台对施肥机的性能测试和数据的深入分析,从标定控制曲线入手,提高控制精度;通过对排肥器排肥精度的测试与试验分析,提出提高排肥精度的措施,并经过试验验证,使排肥器的性能得到改善,找出排肥器精度分布的曲线;对影响施肥精度的速度 -79-吉林大学硕士学位论文 因素,设计两种类型速度传感器:角度数字编码器和接近开关测速传感器,研究两种传感器对施肥精度的影响;通过模拟田间试验的实验室土槽试验考查打滑率在变量施肥作业中的影响。 分析GPS定位、测速原理,深入分析GPS测速精度。GPS测速大致有3种方法:第一是基于GPS高精度定位结果,通过位置差分获取速度;第二是利用原始多普勒观测值直接计算速度;第叁是利用载波相位中心差分所获得的多普勒观测值来计算速度。这3 种方法之间有一定的联系,都源于速度的数学定义公式。不过由于计算思路不同,所利用的观测量也不同,部分方法还作了不同程度的近似假设,所以它们所确定的速度的精度也不同。位置中心差分法、载波相位中心差分法只有在载体作匀速运动时才成立,所以它们的测速精度不仅与载波相位观测值的精度有关,而且还受到载体运动状态的影响。如果载体运动不符合匀速运动,其速度精度必定受影响,而且速度变化越大,速度测量误差就越大。载体作非匀速运动, 对位置中心差分法测速的影响要大于载波相位中心差分。载体匀速运动时,位置差分和载波相位中心差分确定的速度的精度基本相同,但稍优于原始多普勒观测值所确定的速度的精度均达到mm/s级精度。载体非匀速运动时载波相位中心差分法和位置中心差分法分别达到厘米/秒级和分米/秒级精度提出采用GPS速度代替地轮速度传感器。通过田间施肥精度检测验证GPS测速对施肥精度的影响。 分析引起变量施肥机在低施肥量时排肥精度差的因素。主要是由于步进电机的低频特性的影响

张汉林[3]2017年在《电动变量施肥控制系统的设计与试验研究》文中提出变量施肥技术的快速发展在于能够显着提高化学肥料的利用率,通过按需变量施肥,能够减轻不科学施肥带来的环境问题,对降低农业生产成本的投入,具有显着的经济效益。本文设计一种应用于国产大豆精密播种机的电动变量施肥控制系统,利用小型直流电动机对单个排肥器进行单独控制,根据不同的地块信息和实际生产需求对每条垄沟变量施用肥料。本研究包括如下几个方面:(1)电动变量施肥控制系统以微处理器模块为核心,整个变量施肥控制系统由人机交互模块、电机驱动模块、测速模块和供电模块等组成。通过人机交互界面设定输入施肥量与反馈施肥量取差,通过控制器调节PWM占空比,控制排肥轴转速形成闭环控制。(2)利用临界比例方法对控制系统PID算法参数进行整定,分析系统控制算法的性能。电动变量施肥施肥试验台制作,通过室内静态施肥试验,试验表明:各行一致性的变异系数为3.1%,符合国家技术要求的≤13%,总排肥量稳定性变异系数为2.6%,符合国家技术要求的≤7.8%,满足农业机械施肥国家标准。(3)以排肥轴转速、槽轮有效工作长度、机具行驶速度为变量,通过单因素试验,得出排肥轴转速、槽轮有效工作长度、机具行驶速度对施肥量的影响显着。进行叁因素二次回归正交旋转组合试验,通过回归分析、方差分析,得出排肥轴转速对施肥量影响最大,轴开度对施肥量影响次之,行驶速度对施肥量影响最小,变量施肥工作优化参数为排肥轴转速30r/min,轴开度为10mm,行驶速度为6.7km/h时,试验台施肥误差量最小。本文运用理论分析、计算机仿真、试验设计等方法对电动变量施肥控制系统进行分析,研究结果表明:该系统可以有效提高施肥精度,可以满足精准农业变量施肥控制要求。

赵登峰[4]2012年在《棉花变量施肥关键技术及装置研究》文中进行了进一步梳理化肥是农作物增产增收的重要措施,同时我国又是农业大国,但人均土地资源短缺。因此,精准农业是我国农业的必经之路,而变量施肥又是精准农业的重要组成。同时新疆是我国主要的棉花生产基地,因此对棉花变量施肥的研究具有重要意义。目前国内对变量施肥的研究很多,但几乎都是对变量施肥控制系统的研究,对变量施肥机装置本身的研究很少,因而对变量施肥机装置的关键技术的研究和对棉花变量施肥装置的研究具有重要意义,能够使变量施肥更好的实施,因为变量施肥装置是变量施肥系统的实施部分,直接影响变量施肥的施肥精度。决定变量施肥系统整体性能,因此,对变量施肥棉花变量施肥关键技术及装置研究具有重要实际意义和战略意义。本文以棉花变量施肥机为研究对象,针对棉花变量施肥机的整体构成,关键部件—排肥器,进行设计,最后通过实验得出在排肥器开口一定时的排肥量的数据。主要内容包括:1、对固体化肥物料特性的研究,固体化肥机械物理特性对排肥量的影响。研究固体化肥物理特性对排肥量的影响;分析不同物理状态变量施肥的排肥规律,研究变量施肥与化肥物理特性的关系;其中固体化肥物理特性包括松散性、吸湿性、粘结性、架空性等。2、建立虚拟样机。3、变量施肥控制系统机械部件外槽轮式排肥器的结构参数优化与设计。4、样机的试制与排肥器性能试验。一定几何尺寸的排肥器输送不同种类、不同配比的肥料,排肥轴转速与排肥量之间都有不同的对应关系;为此对排肥器(槽轮)进行试验,标定使用化肥实验数据,通过曲线拟合得出各配比复合肥的排肥轴转速与排肥量关系的数学方程。通过本文的研究工作,希望为棉花变量施肥机棉花变量施肥关键技术及装置的研究提供一定的理论基础,为棉花量施肥机提供技术参考。

齐兴源[5]2017年在《稻田气力式变量追肥机执行机构的设计与试验》文中研究指明水稻追肥作业在整个水稻生长季中通常需要进行2次以上,目前在水稻的机械追肥作业中以离心圆盘式撒肥机为主,该方式在作业幅宽方向上的撒施均匀性不稳定,且难以实现作业幅宽方向上的变量施肥。为了满足水稻变量追肥作业的需要,达到化肥减施增收的目的,本文设计了一种外槽轮式排肥、以空气流为肥料输送和撒播动力的稻田气力式变量追肥机。并对其基本性能和施肥效果等方面进行了相关试验研究,主要研究结果如下:(1)测定了所施用的主要肥料的物理特性。所用尿素总氮≥46.4%,肥料颗粒粒径在1~3mm的大于95%,堆积密度为775g/L,最大静摩擦角为23.5°。所用复合肥氮磷钾比值为15:6:15,总养分≥36%,肥料颗粒粒径在1~4mm的大于95%,堆积密度为973g/L,最大静摩擦角为23.3°。(2)改进了传统外槽轮排肥器,降低了外槽轮排肥器的排肥波动性。肥料箱内部结构的设计依据了肥料最大静摩擦角,底部倾角大于其最大静摩擦角,有效减少了肥料箱的肥料残留量。气流肥料混合接头中设计了小孔,不仅有利于气流分流箱将气流均匀分配至各排肥口,还能在出口增加风速,有效避免肥料堵塞,加快肥料加速运动过程,利用了文丘里施肥器的施肥原理,有效防止气流肥料混合接头处下落的肥料被气流吹出。利用平行四杆机构实现了肥料喷撒器固定杆的升降,实现肥料喷撒器高度自由调节,设计了肥料喷撒器固定杆的折迭结构,方便作业和行走。(3)设计了不同结构挡板的肥料喷撒器,并对其进行喷撒均匀性试验。试验结果表明,喷撒均匀性效果为圆锥挡板喷撒器>平面挡板喷撒器>圆弧挡板喷撒器>叁棱柱挡板喷撒器。在不同转速下,同一喷撒器的均匀效果也不同,喷撒均匀性效果为30r/min>40r/min>20r/min>10r/min。(4)对施肥机的基本性能进行了相关测试。试验结果表明:排肥管长度对出口风速具有显着性影响,二者具有显着的二次性关系,当管长越长,其出口风速越小;排肥管长度和排肥口出口高度对排肥滞后时间同样具有显着性影响,在整机设计过程中,应当尽量避免排肥管过长和出口高度过高。(5)对气力式变量追肥机整机分组排肥的各排肥出口进行施肥量均一性试验。试验结果表明,分组独立排肥结构的设计对排肥量没有显着性影响,整机排肥量可以通过改变排肥轮转速进行调节施肥量,单个排肥轮每分钟排肥量Q与排肥轮转速n之间的关系式为:Q(28)33.511n-3.622。且当作业速度可在0.5m/s~1m/s变化,排肥轮转速在5r/min~45r/min变化时,则每公顷施肥量可通过排肥轮转速与车速协调配合实现16~411kg范围内的变量调节。(6)通过对整机的施肥幅宽和幅宽范围内的均匀性进行试验研究,结果表明,整机的施肥宽度可达到9m以上,但幅宽在8m范围以外的施肥量难以满足施肥量的要求,依据评价标准,确定最佳施肥幅宽为8m。

赵登峰, 张立新, 吴金林[6]2012年在《变量施肥研究现状及在新疆棉花上的应用展望》文中提出介绍了精准农业背景下的变量施肥及其实现流程,阐述了目前国内外变量施肥机的研究现状,对国内外典型变量施肥机的结构、特点及控制系统进行了比较,并对其性能、适应性等进行了分析。总结了我国变量施肥机械存在的问题和不足,提出了应在我国规模化、机械化水平较高的新疆棉区大力发展变量施肥机械的建议,探讨了变量施肥机械的发展趋势。

周光召[7]2002年在《在中国科协六届二次全委会议上的讲话(选摘)》文中研究表明(根据录音整理)(2002年1月24日)科协所属学会和各级地方科协,在促进经济和社会发展中处于一个特殊的位置。概括起来,这个位置就是“科技工作者之家”。因为科协以及学会不是一个部门,没有部门的界限,也没有领域的差异,而是科技工作者自愿组织起来的团体,这个团体就是科技人员自己的“家”。“家”的含义跟部门是不一样的。在这个家里不仅有各个

陈希[8]2002年在《变革时期我国大学体育的组织与管理》文中研究指明分析了当前社会经济变革时期对大学体育的新需求,介绍了大学体育出现的新变化,进而着重阐述了大学体育的管理与组织的变革情况。认为,大学体育的管理与组织变革主要体现在5个方面:(1)组织管理观念的现代化(其核心是赋予大学体育以二元性质);(2)组织管理形式的多样化:(3)体育师资队伍构成的多样化;(4)资源获取方式的多样化;(5)赋予学校体育主管领导若干新的职责。文章倡导以积极的态度和科学的做法把大学体育推向新阶段。

佚名[9]2002年在《中国体育科学学会学校体育专业委员会将举办暑期全国大、中、小学体育教师培训班》文中研究说明为积极适应全国范围内的体育课程改革形势,拓宽体育教师视野,改善体育教师知识结构,中国体育科学学会学校体育专委会定于2002年8月1~6日在青岛大学举办“暑期全国大、中、小学体育教师培训班”。届时将聘请全国知名学校体育专家授课。培训班的主要内容是:1当前学校体育改

邰崇禧, 汪康乐, 朱国生, 吴明方, 高凤明[10]2002年在《对江苏省大学教师健身认知与行为的调查研究》文中指出采用问卷调查、数理统计等研究方法。主要结论:江苏省大学教师对健身方面的认知程度较强,但健身行为较弱,体育人口约占27. 9%;影响大学教师参与体育锻炼的首要主客观因素是“惰性”和“没有时间”;健身项目主要选择羽毛球、乒乓球和慢跑;锻炼形式以个人或亲朋结伴为主要特征。建议:加强对大学教师的健身宣传,发挥高等学校工会的作用,采取有效措施,把体育健身融入教师的日常生活。

参考文献:

[1]. 2BFJ-6型自动变量施肥机控制系统研究[D]. 韩云霞. 吉林大学. 2004

[2]. 精确农业变量施肥精度研究[D]. 张勇智. 吉林大学. 2004

[3]. 电动变量施肥控制系统的设计与试验研究[D]. 张汉林. 黑龙江八一农垦大学. 2017

[4]. 棉花变量施肥关键技术及装置研究[D]. 赵登峰. 石河子大学. 2012

[5]. 稻田气力式变量追肥机执行机构的设计与试验[D]. 齐兴源. 华南农业大学. 2017

[6]. 变量施肥研究现状及在新疆棉花上的应用展望[J]. 赵登峰, 张立新, 吴金林. 农机化研究. 2012

[7]. 在中国科协六届二次全委会议上的讲话(选摘)[J]. 周光召. 体育科学. 2002

[8]. 变革时期我国大学体育的组织与管理[J]. 陈希. 体育科学. 2002

[9]. 中国体育科学学会学校体育专业委员会将举办暑期全国大、中、小学体育教师培训班[J]. 佚名. 体育科学. 2002

[10]. 对江苏省大学教师健身认知与行为的调查研究[J]. 邰崇禧, 汪康乐, 朱国生, 吴明方, 高凤明. 体育科学. 2002

标签:;  ;  ;  ;  

2BFJ-6型自动变量施肥机控制系统研究
下载Doc文档

猜你喜欢