精准农业田间变量施肥控制系统研究

国内外在变量施肥控制系统的研究方面有很多成果和进展。国外的成型系统尽管性能优良，但其总体造价都很昂贵，且受气候和土壤条件等制约。国内所研究的变量施肥系统则存在机械机构复杂，受肥料物理特性影响较大及造价较高等缺点。 为克服国内外所研究变量施肥系统的存在的问题，本文结合国家“863”科技攻关招标项目“变量施肥控制系统的研制”的子题目，重点对变量施肥控制器进行了研究。在深入分析影响施肥主要因素的基础上，确定了以液压马达为执行机构的变量施肥控制方案，通过控制排肥轴转速，调节施肥量，以实现按需施肥。当排肥器不用地轮驱动时，变量施肥设计必须考虑机具前进速度对施肥量的影响。 本课题设计过程分三步，硬件设计、软件设计及系统测试。硬件部分包括速度信号采集部分、ARM变量施肥控制器和实施机构。其中信号采集部分由接近开关及测速雷达来实现，采集所得到的信号通过外部中断口输入，ARM主控板包括人机界面接口、存储器接口、传感器接口及电源接口，实施机构由液压马达、驱动齿轮、肥料箱、排肥轮、中间传动轴、机架等控制部件组成；软件部分实现了用键盘输入施肥量的要求，结合收到的速度信号，控制器使用模糊算法对收到的信号进行处理，输出控制脉冲驱动液压马达工作，液晶显示屏可将地块大小、速度、施肥量等数据在线实时显示出来；根据测试阶段的大量实验，利用模糊理论分析了施肥机具前进速度对施肥量的动态影响，并通过模糊推理进行了机具前进速度的预测，适当调整了控制算法，使施肥量更符合实际要求；研制中还留出了与系统上位机通信的接口，作为下一步开发研究的基础。 田间性能测试实验表明，所研制的2F—VRT1变量施肥机及施肥控制系统可以按照外部环境需要进行实时变量施肥。 本系统可靠、通用、适应性强，具有结构简单、易于扩展、操作方便、人机界面友好等特点。