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基于GPS、GIS变量施水机具控制系统的研究

庞树杰  
【摘要】:精细农业是21世纪农业发展的主要方向,开展精细农业的研究与实践,对改变我国传统的农业生产方式,提高我国农业生产的技术水平和可持续发展有重要意义。 本文从实际出发,结合我国现实国情和精细农业发展的现状,利用当前先进的电子技术和计算机技术,致力于研制基于GPS和GIS的经济实用且具有先进性的变量灌溉控制系统。实现适时适量的施水,提高水的利用率,达到增产节能的目的。系统采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为系统的微处理器,GPS OEM二次开发作为GPS接收机,IC卡作为GIS数据传递的媒体,完成了软硬件设计,分别针对小型和中型施水机具设计了脱机工作和联机工作两种工作方式,并根据矢量法提出了一种数据查询的算法。当灌溉机在田间工作时,系统可从GPS OEM得到位置信息,根据点线距离进行地块识别和位置判断,然后根据位置信息从IC卡或上位机的处方图中查询出处方数据,结合机械行走速度、施水幅宽等进行运算,得出某一时刻施水量,向控制器发出指令,实现变量灌溉。主要研究内容如下: 1.硬件部分 1). 采用HY系列HY1602型的LCM、SK5278键盘控制器和矩阵式4×4的薄膜编码未键盘作为人机接口。 2).利用Jupiter GPS OEM设计开发GPS接收机。 3).通过可编程通用异步通信接口芯片INS8250扩展串行通信接口。 4).使用AT24xx系列IC卡实现脱机数据传输。 5).用数/模转换器芯片DAC0832并配以驱动电路作为模拟输出,ZDY型电子式精小型电动单座调节阀作为执行机构完成控制输出。 6).使用浮子开关检测水箱水位,实现水量不足报警提示。 7).采用MAX706的实现可靠复位、电源监控和“看门狗”功能。 2.软件部分 1).采用Mscomm控件和MapX4.5控件实现数据和命令的发送、接收以及电子地图的显示,编制上位机导航监控软件。 2).根据NMEA-0183协议,编制GPS消息解码的51汇编程序。 3).根据地块识别和位置判断算法以及处方图查询算法,编制计算输出程序。 4).编制自定义通信协议,并遵循此协议编制和PC通信程序。 经试验和测试,本系统可实现脱机工作和联机工作两种工作模式及按照处方图进行自动控制和手动控制两种工作功能。本系统设计对变量施肥、变量喷药的控制系统的设计能起到一定的参考价值,且系统的联机工作与脱机工作设计,分别为现有大中型以及 WP=6 小型农机具实施变量作业的智能化改造提供了一种可行的方案。


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