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混合变量施肥机电子控制系统的研究

任益敏  
【摘要】:混合变量施肥机完成的功能是根据农田需要施撒的肥料信息,实现三个肥箱的单独排肥控制,最终达到各种肥料成分的精确混合配比的目的。混合变量施肥机主要有三部分组成,分别是电子控制系统部分、排肥计量部分和混合搅拌部分。 在已知需要施撒的肥料信息的基础上,混合变量施肥机的电子控制系统需要解决信息的获取、存储和通信等问题。为达到良好的施肥效果,驱动排肥器的电机转速精确控制也需要重点考虑。此外,为了农田作业人员获取田间车辆的工作状态,还需辅助的人机界面。为解决上述问题,本课题开展了如下工作。 1.设计混合变量施肥机的信息获取、存储和通信部分。利用差分GPS接收机获取田地的地理位置信息,将田地网格化,确定每一块变量施肥的小区域。同时,为了改善在农田环境下车辆数据通信的稳定性和实现数据的可视化,提出了CAN总线的通信方案和SD卡结合文件系统的信息存储方案。CAN网络中包含五个节点,分别是GPS节点、SD卡节点和三个肥箱排肥转速控制节点。同时利用SD卡的可携带性、存储速度快和容量适合等优点,结合文件系统,开发人员可以方便地进行每块小区域的需要施撒的肥料量的数据存储和读取。 2.精确控制排肥轴电机转速。GPS节点返回的地理位置信息与存储在SD卡中的农田位置信息做比对,从SD卡中筛选出当前小区域的田地需要施撒的肥料量,将数据通过CAN,总线传递到三个电机转速控制节点。三个电机转速控制节点结合控制算法快速精确的调整电机转速,精确实现排肥轴电机速度控制。 3.设计拖拉机仪表显示界面。移植一种嵌入领域应用广泛的的图形支持源代码,该源代码可以支持任意型号的微控制器和任意类型的液晶屏,并且利用ARM微控制器的较高的工作频率,可以流畅地在一块3.2英寸的液晶上显示地理位置信息以及施肥机相对于田地原点的位置信息,还可以用作调试界面。 4.对整个电子系统的GPS部分、CAN通信部分、SD卡存储部分、电机转速精确控制部分和μC/GUI部分进行调试。经实验验证,GPS报文解析正确、CAN网络通信畅通,SD卡节点数据读入和筛选工作及时完成,并且电机转速调整满足要求,各个控制单元均达到良好的运行效果。设备能稳定和可靠的运行,具有良好的实际应用前景。


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