双变量施肥机定比施肥控制系统设计与试验分析

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1、密级：分类号：单位代码：10759学号：2012105002石河子大学碛士#锒铪夂双变量施月B机定比施肥控制系统设计与试^分析学位申请人___________李振____________指导教师_________张立新教授_______申请学位门类级别__________工学環±_________学科、专业名称机械制造及其自动化研究方向_________先进制造技术_______所在学院机械电气工程学院中国•新疆•石河子2015年6月分类号：密级：学号：2012105002单位代码：10759石河子大学硕士学

2、位论文双变量施肥机定比施肥控制系统设计与试验分析学位申请人李振指导教师张立新教授申请学位门类级别工学硕士学科、专业名称机械制造及其自动化研究方向先进制造技术所在学院机械电气工程学院中国·新疆·石河子2015年6月StudyonControlSystemoftheVariableRateFertilizerApplicatorandTestAnalysisADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsf

3、ortheDegreeofMasterofEngineeringByLizhen(MechanicalManufacturingandAutomation)DissertationSupervisor:Prof.ZhangLi-xinJune,2015石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文

4、中作了明确的说明并表不谢意。研究生签名:时间：年Z月，/曰使用授权声明本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：2*7/S年/月¥曰导师签名:时间：年Z月//日摘要精准农业是现代农业发展的必然趋势，并已在我国取得了较为显著的经济效益与社会效益。

5、变量施肥是精准农业重点研究的领域之一，变量施肥技术是以不同空间单元的目标产量与土壤理化性质等为依据进行综合测算分析，结合营养专家系统、作物生长模型进行施肥量决策，指导变量施肥机进行田间网格差异性施肥，而变量施肥机是变量施肥技术的基础和载体，同时变量施肥机的排肥控制系统又是实现变量施肥系统的重要组成部分，是实现精准变量施肥的关键。因此，综合考虑国内外变量施肥机及施肥控制系统现状与发展趋势的基础上，提出了一种基于上位工控机下位单片机的电控液压传动闭环双变量施肥控制系统，同时考虑到系统的可靠性及信号完整性，本文将系

6、统从硬件上划分为液压传动系统、基于工控机的上位主控系统、基于STC单片机下位控制系统以及GPS/DGPS定位系统四块相互独立的部分来设计。为了实现对排肥主轴转速的无极调节，实现精准变量施肥，设计了双变量液压无级调速变量施肥系统，以液压油路的稳定性和排肥槽轮机构驱动控制方法为研究重点，并在液压油路中设置了液压稳压环节和液压压力传感器，实现更好的控制施肥精度。基于工控机的上位主控系统是施肥决策的主控制系统，上位工控机可以提供良好的人机交互界面及高效的数据运算。研究主要内容是通过对图形化的人机交互界面进行设计，实时

7、获取数据库中施肥处方信息和DGPS/GPS模块数据信息，并对数据进行管理与解析，实现排肥轴转速与开度闭环控制等，目的是便于控制系统进行氮肥、磷肥及钾肥(N、P、K)等营养元素的自动配比施肥，并将施肥配比与控制信号发送给下位控制系统。基于STC单片机下位控制系统重点研究利用AD转换将上位给定的施肥量信息转化为电液比例调速阀和开度电磁阀所需的控制信号，该系统的设计主要是基于PCA转速测控系统，利用PCA脉冲捕获的高速度和高可靠性，采集变量施肥机行驶速度，实时的将拖拉机的速度通过串口总线发给基于工控机的上位机主控系

8、统，用于实时的施肥闭环控制。GPS/DGPS定位系统设计主要研究重点通过GPS/DGPS定位模块获取当前机具位置信息，利用串口将定位数据发送到上位主控制系统，使上位控制系统从数据库中获取该位置下的处方施肥信息。为了使施肥决策系统得到精确的施肥量，本文通过试验建立了排肥量与排肥轴转速、开度的函数关系，建立了外槽轮排肥器每转排肥量Q数学的模型、液压驱动马达转速与给定信号的数学模型及变量施肥机Q=F(L,