玉米穴播穴施肥装置的设计研究

我国耕地面积仅占世界耕地的7%,而化肥施用量却高达占世界的25.14%,是世界平均施用水平的2.81倍,我国已成为世界上最大的化肥生产和消费国。化肥的施用,在提高耕作土壤的肥力、保障了国家粮食安全的同时,也带来一些环境问题。研究表明,长期过量和不科学施用化肥,会引起土壤物理性质恶化、水生生态系统的酸化、富营养化及降低物种多样性等。 本研究针对玉米作物保护性模式下,施肥作业中易发生机具堵塞及肥料利用率低等问题,提出了一种穴播穴施肥技术,并对其机械装置和相应的控制系统进行设计分析。本研究的主要工作及取得的成果有: (1)在分析常见玉米播种及种肥施用方式的基础上,论证了保护性耕作条件下施用缓/控释肥作为种肥时一次性施肥的合理性;并对种肥高效利用的施肥方式进行分析,提出了穴播穴施肥技术,对施肥技术的农业技术要求、施肥参数及种子肥料的物料特性进行了分析。 (2)为了实现本研究提出的穴播穴施肥技术,分析了种子及肥料的成穴方式,提出了一次定位成穴法和多次定位成穴法。针对种子一次成穴方式介绍了水平圆盘精密排种器和窝眼轮式排种器,针对肥料一次成穴方式设计了活塞式一次定位成穴装置和圆盘式一次定位成穴装置。并分别设计了种子及肥料的多次定位成穴装置,研究表明其明显优于一次定位成穴方式。为了保证种肥间距符合农艺要求,设计了多次定位成穴的种、肥联动机械机构;通过机械式和电磁式驱动方式的对比分析,本研究采用电磁铁直接驱动种子、肥料的多次定位成穴装置。 (3)根据控制系统的功能要求,设计了相应的控制模块。选取8051单片机作为其控制芯片,在对种子检测传感器、种箱肥箱余量检测传感器、固态继电器等重要的元器件选择的基础上,对控制系统的稳压电源、传感器检测电路、电磁铁驱动电路、故障报警电路等主要硬件模块进行设计。 (4)分析了软件系统的整体结构,并选用汇编语言、以Keil C51μVision2为平台进行编程开发;设计了系统初始化模块、LED显示控制模块、外部中断处理模块、定时中断模块、故障报警模块等功能软件;通过调试,整个控制系统满足穴播穴施肥的功能要求。