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《中国农业机械化科学研究院》 2012年
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变量配肥施肥精准作业装备关键技术研究

刘阳春  
【摘要】:本研究综合应用变量作业、机电一体化控制、传感器信号采集与处理、系统分析集成等技术思想和方法,设计可实现三种不同肥料变量施用的变量配肥施肥机械装置,在此基础上,研究开发变量配肥施肥作业控制系统。通过对系统进行静态标定试验、动态试验和田间试验,进行系统控制精度分析研究。研究土壤采样策略,对土壤进行合理采样并生成处方图,变量配肥施肥作业系统根据处方图进行实际田间作业,并与常规施肥作业结果进行了比较分析。主要研究内容包括: 1.提出了氮、磷、钾三种主要肥料的自动配比技术方案,并开发了变量配肥施肥装置。设计安装了三个独立的肥料箱,三个肥箱的排肥轴能够独立控制,使得三个肥箱中不同的肥料能够按照不同配比施肥,达到变量配肥的目的。 2.提出了基于称重反馈的伺服电机控制排肥机构方案,达到自动调节施肥量的目的。设计开发了变量配肥施肥控制系统以及机具前进速度检测模块。对伺服电机控制的排肥机构进行性能试验,试验结果表明:控制电机的转速对排肥机构的排肥性能有显著影响。对于尿素、磷酸二铵和硫酸钾等三种颗粒肥料而言,随着排肥轴转速加大,排肥量呈线性增加,说明改变电机转速是调节排肥量的有效措施。对伺服电机的控制精度进行了检测试验,试验结果表明:当肥箱中肥料称量值达到施肥量值时,变量配肥施肥控制器能控制电机自动停止运行,且施肥精度≥95%。 3.开发基于X86架构的Atom主板为核心,集成存储、显示、输入输出等外设功能部件,扩展CAN总线通信接口的嵌入式农机机载作业控制终端设备。按照面向对象的设计思想,结合变量配肥施肥作业控制系统的需要,设计开发了变量配肥施肥作业控制软件。构建了远程数据管理平台,实现用户通过网络访问该数据管理平台,了解农田作业机械的作业情况和信息。 4.通过分析影响采样密度的因素,结合试验地的地块情况,制定了一个适合本论文研制的变量配肥施肥装置的土壤采样策略,即按照10m*10m间隔进行栅格采样。对土壤养分数据进行常规分析,从均值来看,试验地块碱解氮含量超过了高量指标(150mg/kg),为1级肥力水平;有效磷为2级肥力水平(20-40mg/kg);速效钾含量较低,为6级肥力水平(30mg/kg).从变异系数看,碱解氮、有效磷和速效钾的变异系数都不高,属于中等变异强度,说明试验地块的养分含量相对稳定。采用Kriging方法对未测点参数值进行最优估值,然后采用ArcGIS进行绘图,获得了各养分含量在田间的空间变化图。根据黑龙江农垦对红星农场的玉米和大豆施肥的指导意见,结合土壤养分分布数据,得出配肥施肥指导处方,生成了变量配肥施肥处方图。 5.对变量配肥施肥作业系统进行了田间作业试验,选择9个不同的施肥量等级和不同的N、P、K配肥比,进行了施肥试验。各次施肥误差都比较低,对每个肥箱按配比施肥的控制精度大于90%。对以上施肥试验还进行了重复性试验,每次施肥试验的平均误差都比较低,变异系数也不大,说明施肥试验的可重复性很好。在黑龙江红星农场进行了大豆和玉米的变量配肥施肥试验,按照配方施肥的方法种植玉米面积1.89hm2,种植大豆面积10.23hm2。在同一地号的田地上,按照常规种植模式,种植大豆面积10hm2,剩余面积种植玉米。精准农业测土配方施肥,磷酸二铵和硫酸钾的总体施肥量稍高于常规施肥量,但尿素的施用量基本节省一半。精准农业变量配肥施肥模式大豆总产量20930kg,单产2045.9kg/hm2;常规种植的大豆总产量19440kg,单产1997.9kg/hm2.精准农业玉米总产量24630kg,单产9735.2kg/hm2:常规种植的玉米总产量80770kg,单产8905.2kg/hm2.
【学位授予单位】:中国农业机械化科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S224.2

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【参考文献】
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