機(jī)械式施肥播種一體機(jī)的變量自動(dòng)化改造和性能測(cè)試.pdf

1、我國農(nóng)業(yè)正在由傳統(tǒng)粗獷式農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是信息技術(shù)、生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的新型農(nóng)業(yè)，它的推廣和應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，而可變量技術(shù)更是實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要手段。變量施肥能夠有效地減少環(huán)境污染，提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，減少化肥的投入量，降低生產(chǎn)成本，在現(xiàn)代化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。
　　20世紀(jì)90年代以來，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在歐美發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快，已初具規(guī)模。目前，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已涉及施肥、精量播種、耕作和水分管理

2、等各相關(guān)領(lǐng)域。綜合運(yùn)用GPS，RS，GIS等先進(jìn)技術(shù)，研制了很多已經(jīng)商品化的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備，但大多制造成本高，且實(shí)際作業(yè)效果受到土壤環(huán)境等因素影響較大。近年來，我國變量施肥技術(shù)取得了較大的發(fā)展，在變量施肥處方制定、變量施肥控制算法、施肥決策控制系統(tǒng)等領(lǐng)域都取得了很多成果，然而國內(nèi)變量施肥機(jī)主要問題在于無法進(jìn)行多肥料田間按需配比作業(yè)、施肥精度不高、操作復(fù)雜，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較少，尤其無法在廣大農(nóng)村推廣使用。
　　本文針對(duì)現(xiàn)有施肥播

3、種機(jī)械播量精度低，并結(jié)合農(nóng)戶基肥作業(yè)最為關(guān)注的兩個(gè)實(shí)際問題:目標(biāo)施肥（播種）量自動(dòng)調(diào)節(jié)和自然田塊內(nèi)均勻施肥（播種），構(gòu)建了變量施肥播種一體機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了小麥、尿素、復(fù)合肥按需配比，作業(yè)參數(shù)智能化設(shè)置以及相關(guān)信息動(dòng)態(tài)顯示與存儲(chǔ);為了推廣變量施肥技術(shù)，結(jié)合我國南方農(nóng)村分田到戶，單戶田塊面積小且土壤肥力相對(duì)均勻、不同田塊護(hù)理差異顯著等特性，嘗試簡(jiǎn)化變量施肥操作步驟，構(gòu)建了基于自然田塊畝產(chǎn)潛力和目標(biāo)產(chǎn)量的電子處方圖系統(tǒng)，以自然田塊作為作業(yè)單

4、元，實(shí)現(xiàn)了不同自然田決間自動(dòng)調(diào)節(jié)施肥播種量，同一自然田塊內(nèi)均勻施肥（播種）作業(yè)的功能。
　　具體的研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:
　　(1)傳統(tǒng)施肥播種機(jī)的機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì):結(jié)合農(nóng)機(jī)制造提倡的“一機(jī)多用、復(fù)合作業(yè)”的理念，改裝了丹陽良友機(jī)械有限公司生產(chǎn)的2BFG-14(8)A型旋耕施肥播種一體機(jī)，在保留該機(jī)械施肥、播種、旋耕、整壓、開溝功能的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)肥箱和施肥播種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了改進(jìn)，肥箱由原來的一個(gè)種箱一個(gè)肥箱改進(jìn)為兩個(gè)肥箱、一

5、個(gè)種箱，實(shí)現(xiàn)雙肥料按需配比施肥;施肥播種驅(qū)動(dòng)方式由原來的機(jī)械鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)改為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)播量的按需自動(dòng)調(diào)節(jié)。
　　(2)變量施肥播種控制系統(tǒng)的構(gòu)建:控制系統(tǒng)作為小麥變量播種施肥一體機(jī)的核心，主要完成車載傳感器信號(hào)采集，施肥作業(yè)的控制以及施肥機(jī)工況數(shù)據(jù)顯示與保存。系統(tǒng)由GPS測(cè)速定位節(jié)點(diǎn)、主控器節(jié)點(diǎn)、施肥（播種）執(zhí)行節(jié)點(diǎn)、人機(jī)交互界面四部分組成。通過軟件配置CAN總線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各個(gè)模塊快速、可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信。按照分布

6、式系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)主要功能模塊封裝成具有CAN接口的ECU單元，構(gòu)建成一個(gè)便于拓展的分布式控制系統(tǒng)。
　　(3)提高變量施肥一體機(jī)播量精度的技術(shù)措施:為解決低成本普通精度GPS模塊存在數(shù)據(jù)波動(dòng)大、抗干擾能力弱的問題，自主設(shè)計(jì)了基于Kalman濾波和位置差分的低成本GPS測(cè)速定位系統(tǒng);為解決外槽輪式施肥播種器實(shí)際田間作業(yè)播量與靜態(tài)標(biāo)定量誤差大，導(dǎo)致播量不準(zhǔn)的問題，改進(jìn)了現(xiàn)有的外槽輪式施肥播種器結(jié)構(gòu)。
　　(4)開展了施肥播

7、種性能測(cè)定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:實(shí)際田間施肥播種累積量與目標(biāo)值最大誤差小于5％，買時(shí)單位面積施肥播種量動(dòng)態(tài)波動(dòng)小于5％;同時(shí)試驗(yàn)表明:所改進(jìn)的外槽輪式施肥播種器，能有效的降低實(shí)際田間作業(yè)播量與靜態(tài)標(biāo)定量之間的誤差。
　　(5)構(gòu)建了基于畝產(chǎn)潛力與目標(biāo)產(chǎn)量的變量施肥電子處方圖軟件系統(tǒng):后續(xù)研究的目標(biāo)是根據(jù)作業(yè)田塊的畝產(chǎn)潛力和目標(biāo)產(chǎn)量，結(jié)合內(nèi)嵌的施肥策略正確給出目標(biāo)施肥量，實(shí)現(xiàn)以自然田塊為處理單元的變量施肥作業(yè)，為南方農(nóng)村小田塊區(qū)域推廣