變量施肥機(jī)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向，變量施肥是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。我國傳統(tǒng)憑經(jīng)驗(yàn)的均勻施肥方式已經(jīng)嚴(yán)重不能適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的要求，因此改變過去落后的施肥方式實(shí)行施肥變革在我國勢在必行。 目前我國傳統(tǒng)的施肥方式是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)或一個(gè)地塊內(nèi)使用一個(gè)平均施肥量，由于土壤肥力在地塊的不同區(qū)域差別較大，所以在肥力低而其它生產(chǎn)性狀好的區(qū)域往往施肥量不足，而在某種養(yǎng)分含量高而豐產(chǎn)形狀不好的區(qū)域則引起過量施肥，其結(jié)果不僅僅浪費(fèi)資源，更重要的是造成

2、資源環(huán)境污染，直接危害人體健康。與傳統(tǒng)施肥的肥料的浪費(fèi)及不合理等，沒考慮土壤肥力不一致。變量施肥有更高的技術(shù)效率，更容易獲得規(guī)模收益，變量施肥技術(shù)本身可以帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)社會(huì)效益。變量施肥技術(shù)由土壤數(shù)據(jù)和作物營養(yǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、決策分析系統(tǒng)，變量控制施肥機(jī)械設(shè)備及變量控制技術(shù)等組成。 變量施肥機(jī)是在GPS(全球定位系統(tǒng))、GIS(地理信息系統(tǒng))、RS(遙感)等技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)精確定位與變量作業(yè)，首先通過GPS確定所處位置，

3、再利用各類傳感器采集作物和環(huán)境信息，實(shí)時(shí)信息被輸入到預(yù)裝有農(nóng)藝、土壤、植株、管理等方面數(shù)據(jù)的機(jī)載決策系統(tǒng)，機(jī)載決策系統(tǒng)經(jīng)過處理作出決策，并傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對肥料的變量投入或操作調(diào)整。變量施肥機(jī)依靠客觀數(shù)據(jù)來作決策和動(dòng)作，針對不同小區(qū)的作物，變量而非均一的投入農(nóng)資，有利于節(jié)本增效，減少環(huán)境污染。同時(shí)也避免了由于人的判斷能力和不同操作水平而帶來的差異，也可減輕操作人員由于疲勞而帶來的判斷失誤。 傳統(tǒng)施肥對一大塊甚至一個(gè)

4、自然村的農(nóng)田進(jìn)行測土和施肥，是一種粗放式經(jīng)營。事實(shí)上，土壤養(yǎng)分在田間分布存在差異，這也是變量施肥的客觀基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的施肥方法在同一塊農(nóng)田內(nèi)均一施肥，因此，在傳統(tǒng)施肥中，人們經(jīng)常為了保證某單項(xiàng)養(yǎng)分(如P)的投入，而造成其它養(yǎng)分的過多施用(如K)，這是肥料浪費(fèi)和環(huán)境污染的主要根源之一。 用單片機(jī)控制變量施肥，施肥量平均減少60kg/ha，即肥料投入267RMB/ha。而產(chǎn)量平均增加500kg/ha，多收入1350RMB/ha。從增加的

5、產(chǎn)量收益和減少肥料投入兩方面考慮，通過變量施肥，相當(dāng)于在每公頃多獲得1400元的收入。玉米畝產(chǎn)694.8～733.5公斤，增產(chǎn)率6.2～10.1％，并使玉米節(jié)省肥料15.5～17.6％，同時(shí)，采用機(jī)械作業(yè)，保證了作業(yè)季節(jié)，提高作業(yè)質(zhì)量，增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量；并能節(jié)省大批勞動(dòng)力，從事其他行業(yè)生產(chǎn)，如養(yǎng)殖業(yè)等，可提高生產(chǎn)效率20％以上，提高經(jīng)濟(jì)效益15.8％。避免了養(yǎng)分在某些地點(diǎn)的過度積累，也就抑制了化肥、農(nóng)藥對農(nóng)產(chǎn)品的污染，減少了水資源的浪費(fèi)，降

6、低了地下水的污染。 而且由于PFA田間計(jì)算機(jī)是國外引進(jìn)的設(shè)備所以價(jià)錢比較昂貴，并不能廣泛的被使用。單片機(jī)代替PFA田間計(jì)算機(jī)不但能很好的完成讀取，控制功能而且在很大程度節(jié)約了成本，減少了不必要開銷，被廣泛應(yīng)用。 本論文在大量查閱相關(guān)資料基礎(chǔ)上，綜合變量施肥的各方面要求，確定了該變量施肥控制系統(tǒng)的硬件組成，包括ARM7系列微處理器LPC2220代替原有的PFA田間計(jì)算機(jī)，擔(dān)任控制系統(tǒng)的核心、U盤、ZLG7290 I2C接口

7、鍵盤、240128A-21PIN液晶顯示器、CPLD器件、RAM、SST39LF/VF160 FLASH等。硬件部分用了匯編語言開發(fā)，軟件開發(fā)過程中使用ARMADS開發(fā)工具和AXD調(diào)試工具，采用了C語言進(jìn)行編程。 該系統(tǒng)利用ARM7系列微處理器LPC2220，RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換，來完成與GPS接收機(jī)的接收工作，進(jìn)而完成定位任務(wù)，由GIS和專家決策支持系統(tǒng)決策數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在U盤中，工作是將U盤作為接口設(shè)備與單片機(jī)相連接，就

8、完成了GIS和專家系統(tǒng)與單片機(jī)的連接，機(jī)具的前進(jìn)速度由測速雷達(dá)獲得，把機(jī)具的前進(jìn)信號轉(zhuǎn)化成脈沖信號，輸入給單片機(jī)控制系統(tǒng)，ARM7系列微處理器作為控制系統(tǒng)中央處理芯片，接收GPS定位信號，獲取存儲(chǔ)于U盤中的專家施肥決策數(shù)據(jù)，同時(shí)讀取速度傳感器反饋回來的施肥機(jī)的行進(jìn)速度。將這些數(shù)據(jù)綜合處理，來控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變量施肥。 在實(shí)驗(yàn)室通過進(jìn)行兩種變量施肥控制器的對比實(shí)驗(yàn)，得出了在誤差允許范圍內(nèi)以LPC2220微處理器為核心的控制系統(tǒng)代