一种智能控制变量施肥机构的试验设计new

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1、2011年12月农机化研究第12期一种智能控制变量施肥机构的试验设计12王登峰，单士睿(1．河南广播电视大学机电工程系，郑州450008;2．许昌职业技术学院机电工程系，河南许昌461000)摘要:我国农业正由传统农业向现代农业发展，农业新技术研究已经开始起步。在施肥方面，配方施肥、复混肥技术和多元素平衡施肥等一些先进技术和措施已在一些发达地区得以应用。为提高肥料利用率，尽可能地消除化肥对农业环境造成的污染，设计研制了一种变量施肥设备。该设备主要由信息采集系统、单片机控制电路、步进电机驱动装置和排肥机构组成。试验结果表明，该机构对尿素和碳铵的排肥误差率在10%以内，施肥精度较高，可基

2、本实现变量施肥，并为下一步的改进和提高精度奠定了基础。关键词:精细农业;变量施肥;智能控制中图分类号:S224．21文献标识码:A文章编号:1003－188X(2011)12－0120－031．2控制系统0引言1．2．1土壤养分信号的输入我国人多地少，化肥施用不当的危害日益严峻。土壤养分情况采集由实时传感器来完成。实时传目前，在农业生产中化肥利用率偏低，如当季氮肥利感器在机具行进过程中，在线实时测量出土壤的有效用率仅为30%～35%，氮、磷、钾及微量元素施用比例成分的含量，然后传递给单片机。它在切入土壤的两失调，排肥方法简单，多数地区主要采用平均施肥。个圆盘犁刀之间加入电位差，使两个

3、圆盘犁刀之间的这种排肥方式及肥料的低利用率必然要求增加化肥土壤形成电磁场。由于电磁场的性质受土壤性质(包施用量，以满足农业生产的需要，不仅造成了经济上括土壤类型、有机物含量、土壤阳离子交换能力、土壤一定的损失，而且还引起了严重的环境污染，出现了湿度和硝酸盐的氮肥水平)的影响，因而产生可以感［2］地表水富营养化、地下水和蔬菜中硝态氮含量超标等应出土壤肥力的信号。一系列问题。如何在不加剧或减少环境污染的前提1．2．2机具作业速度的采集下谋求可持续发展，是我国农业面临的重要问题。智在本控制机构中，机具作业速度是一个不可忽略的能控制变量施肥的理论和技术将是解决这一问题的因素。机构通过角度－数

4、字编码器把机具前进速度信有效途径，它要求有科学合理的施肥方式和智能控制号转化成脉冲信号，输入单片机。本机构选用了OM-［1］的变量施肥机械。RON公司的E6A2－CW3C型角度－数字编码器，它采用直流5～12V供电，脉冲发生率为200P/r。电源采用1变量施肥机构的硬件组成及作用蓄电池供电，电压为12V。传感器有3根引线，有+5V1．1施肥机整体结构电源线、地线与脉冲输出线，其中的+5V电源线和地线施肥机由信息采集系统、单片机控制电路、步进利用单片机上的电源与地线。传感器的脉冲输出线接电机驱动装置和排肥机构等4部分组成。信息采集由到单片机的引脚上，这样传感器每输出一个脉冲就会在［3］

5、传感器来完成，通过传感器采集土壤的养分信息及机单片机内部产生中断，调用中断程序。具前进速度，将这些信息输入给单片机控制电路，经1．2．3控制脉冲输出运算得出所需的脉冲数，将此脉冲数输送给步进电机由于步进电机驱动电源具有脉冲分配器和功率放驱动器来控制步进电机变速转动，进而驱动排肥轴按大电路，所以单片机系统输出给步进电机的仅为控制需输出排肥量。脉冲信号和5V电源。5V电源与步进电机驱动电源共地，实现脉冲压差，达到高低电平的转换。收稿日期:2011－02－151．3执行机构基金项目:河南省科技厅项目(9412009Y1097)1．3．1步进电机驱动器的选择作者简介:王登峰(1979－)，男

6、，河南商丘人，讲师，硕士生，(E－mail)wdgfg@163．com。驱动器起到了信号分配和功率放大的作用。本机·120·2011年12月农机化研究第12期构采用Kinco2M1080步进电机驱动器，为二相二拍，3．1标定试验步距角为1．8°，工作方式为AB－BC－CD－DA－AB。本机构中施肥机每公顷的排肥量Q为0．6qQ=(1)1．3．2步进电机vBN本机构采用2S130Y－063R8型步进电动机，通过式中q—排肥器的排肥量(kg/min);v—机具前进速度(km/h);改变脉冲的频率来进行调速，由步进电机的转轴带动B—施肥机行距(m);排肥轴转动。在其它条件相同时，步进电机转

7、速越快，排肥量越大;反之，转速越慢，排肥量越小［4－5］。N—排肥器个数。1．4变量施肥机械通过变量施肥机的标定试验确立排肥轴转速与每变量施肥机械由现有的普通地轮驱动排肥轴的施公顷排肥量、机具前进速度之间的函数关系，测量各肥机改进而成，把原有地轮驱动改为用步进电机根据个因素对排肥量的影响，找出排肥轴转速与排肥量之决策系统决策的施肥量驱动排肥轴。排肥器由料箱、间的关系，然后带入式(1)建立数学模型。3．2试验方法支架、地轮、拨盘和开沟机构组成。料箱用来盛放肥