精准农业大豆变量施肥控制技术研究
【摘要】:
精准农业是现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式,其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。精准农业系统是一个综合性很强的复杂系统,是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径。精准农业的实施包括多个环节,如农田信息采集、信息的管理与决策、变量作业等,其中变量作业特别是变量施肥作业是实施精准农业的一个重要环节。
自动控制变量施肥播种可以根据土壤特性、谷物产量、田间大地高程、作物品种、当地的气候条件等,通过农业专家决策系统,制定变量施肥数字处方图,并将变量数据输入到变量施肥播种机自动控制系统中,实现变量自动控制。黑龙江垦区是大豆主产区,根据黑龙江垦区的实际情况,在国产大豆精密播种机上应用变量控制施肥技术,可以提高国产大豆精量播种机的技术水平,提高大豆生产科技含量,在现有农业资源和生产水平的基础上,提高农作物产量,可以减少化肥施用数量,节约化肥,提高化肥利用率,降低生产成本,避免不必要的浪费,提高农业综合经济效益,保护农业生态环境,发展绿色有机农业,实现农业可持续发展,具有广阔的应用前景和学术价值。
本文依托国家“863”计划项目课题“大豆作物精准作业系统构建与应用示范”和黑龙江省重点攻关项目“基于GPS自动控制的变量施固体肥播种机研制”,重点研究精准农业大豆变量施肥控制技术。调研了国内外精准农业变量施肥控制技术进展情况,查阅了相关文献资料,针对黑龙江垦区大规模农业机械化特点,提出了大型拖拉机配套大豆精密播种机变量施肥控制系统设计研究方案,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。变量施肥控制系统由DGPS接收机、车载计算机、变量施肥闭环控制器、电液比例阀、液压马达、排肥器等组成。通过液压马达驱动排肥器轴,控制播种机肥器轴转速,调节施肥量,以实现精准农业按需变量施肥。当排肥器采用液压马达驱动,不用地轮驱动时,变量施肥设计研究必须考虑播种机前进速度对施肥量的影响。
根据变量施肥控制原理,结合设计要求,提出了一种以车载计算机和闭环控制器为核心的变量施肥控制系统方案,并以此为基础,对控制系统的两大核心部分进行了细致深入研究。论文首先在分析车载计算机软硬件组成结构的基础上,重点研究了变量施肥的车载计算机控制策略和GPS信息获取方法,利用Visual Basic 6.0编程语言和Map Objects地理信息控件,自行研究开发了变量施肥控制软件,提出并解决了变量施肥作业处方数据在车载计算机的储存和解析问题。研究开发了以单片计算机为核心的变量施肥闭环控制器,设计了中央处理器的电路、复位监控电路、信号输入电路、串口通信电路、LED数码管显示电路、输出驱动电路、稳压电源电路等,根据自动控制理论建立了PID控制数学模型,并将此控制数学模型用于液压马达转速闭环控制,提高了变量施肥控制精度。
分析了变量施肥播种机前进速度对施肥量的影响,推导出了变量施肥播种机前进速度变化时,车载计算机理论排肥量与马达转速之间的计算公式。
为了验证理论分析的正确性以及变量施肥控制系统性能,进行了控制系统液压台架试验和数据采集与分析,并将变量控制系统安装在大豆播种机上,对大豆变量施肥播种机进行了标定试验和田间试验。试验结果表明,研制的大豆变量施肥播种机控制系统技术先进、性能可靠、操作方便、具有较高的控制精度、可以与大型播种机配套使用,可以满足精准农业变量施肥控制要求。
【学位授予单位】:黑龙江八一农垦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S565.1
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1 |
邝继双;变量施肥智能空间决策支持系统VRF-ISDSS——地理信息系统Arc View GIS在精细农业中的应用[J];河北农业大学学报;2000年03期 |
2 |
张柏;中国发展精准农业耕作的基本分析及设计[J];地理科学;2000年02期 |
3 |
王新忠,王熙,王智敏;精准农业与变量施肥技术[J];黑龙江八一农垦大学学报;2002年04期 |
4 |
王熙,王智敏,庄卫东,王新忠;DGPS在友谊农场土壤取样中的应用[J];黑龙江八一农垦大学学报;2003年01期 |
5 |
庄卫东,刘振东,王熙;GPS数据处理及其单点定位精度研究[J];黑龙江八一农垦大学学报;2003年02期 |
6 |
梁春英,王熙,赵军,王智敏,庄卫东;变量施肥播种机电控液压驱动控制系统设计[J];黑龙江八一农垦大学学报;2003年03期 |
7 |
庄卫东,王海波,杨忠国,哈长鞠,汪春;DGPS数据分析及定位精度研究[J];黑龙江八一农垦大学学报;2004年04期 |
8 |
庄卫东,汪春;精准农业中UTM投影及反算应用研究[J];黑龙江八一农垦大学学报;2005年03期 |
9 |
赵军;于洁;王熙;庄卫东;;机械驱动式精密变量施肥播种机的研制[J];黑龙江八一农垦大学学报;2006年02期 |
10 |
王新忠;王熙;庄卫东;汪春;;精准农业变量施肥GIS系统研究[J];黑龙江八一农垦大学学报;2006年03期 |
|
|
|
|
|
1 |
本报记者 王俊鸣;[N];科技日报;2006年 |
|
|
|
|
|
1 |
罗梦佳;吴才聪;丁连军;蔡亚平;苏怀洪;李小龙;;农机移动监控与导航技术[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S01北斗/GNSS导航应用[C];2012年 |
2 |
庄卫东;汪春;王熙;;农田三维地形测量数据处理与可视化[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年 |
|
|
|
|
|
1 |
钱晓华;美国肥料科技现状及其对我们的启示[J];安徽农学通报;1999年02期 |
2 |
单玉鹏;缪新颖;高晓阳;;模糊控制在水产养殖监控系统中的应用[J];安徽农业科学;2007年17期 |
3 |
朱明;熊元;吴亚雄;章伟雄;;探讨精准农业技术在中国农业发展中的作用[J];安徽农业科学;2008年25期 |
4 |
杨华勇,周伟林,李智忠,孙崇峰,胡永明;窄带激光器调谐的光纤光栅波长移位解调[J];半导体光电;2005年01期 |
5 |
叶朝斌,徐云良,赵亮;多用电池充电控制器DS2770及应用[J];半导体技术;2002年05期 |
6 |
李动周;;大型关系型数据库优化探讨[J];办公自动化;2007年02期 |
7 |
寇艳红,张其善,李先亮;车载GPS/DR组合导航系统的数据融合算法[J];北京航空航天大学学报;2003年03期 |
8 |
詹舒波,张其善;GPS/电子地图的坐标转换算法和实现[J];北京航空航天大学学报;1996年05期 |
9 |
常青,柳重堪,张其善;基于最小二乘递推估计的 GPS 定位算法[J];北京航空航天大学学报;1998年03期 |
10 |
张正喜;基于8098单片机的步进电机控制系统[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2001年04期 |
|
|
|
|
|
1 |
梁春英,王熙,张品秀,杨天维;基于DGPS变量施肥技术的应用与探讨[J];现代化农业;2003年12期 |
2 |
邝继双;变量施肥智能空间决策支持系统VRF-ISDSS——地理信息系统Arc View GIS在精细农业中的应用[J];河北农业大学学报;2000年03期 |
3 |
宋晓宇,王纪华,薛绪掌,刘良云,陈立平,赵春江;利用航空成像光谱数据研究土壤供氮量及变量施肥对冬小麦长势影响[J];农业工程学报;2004年04期 |
4 |
梁春英,王熙,赵军,王智敏,庄卫东;变量施肥播种机电控液压驱动控制系统设计[J];黑龙江八一农垦大学学报;2003年03期 |
5 |
王新忠,王熙,王智敏;精准农业与变量施肥技术[J];黑龙江八一农垦大学学报;2002年04期 |
6 |
梁红霞,马友华,黄文江,刘良云,王纪华,赵春江,薛绪掌;基于遥感数据的冬小麦长势监测和变量施肥研究进展[J];麦类作物学报;2005年03期 |
7 |
杨志杰;;圆盘式变量施肥机的发展及其关键技术介绍[J];农业机械;2007年10期 |
8 |
杨印生,吴才聪,马成林,张书慧;应用变量施肥技术的合理农田规模研究[J];农业系统科学与综合研究;2004年01期 |
9 |
吴才聪,马成林,张书慧,陈秀万;基于GIS的精确农业合理采样与施肥间距研究[J];农业机械学报;2004年02期 |
10 |
马成林,吴才聪,张书慧,杨印生,李洪伟,韩云霞;基于数据包络分析和人工神经网络的变量施肥决策方法研究[J];农业工程学报;2004年02期 |
|