精准农业多功能变量作业控制系统研制

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1、２０１４年１月农机化研究第１期精准农业多功能变量作业控制系统研制１１２３陈宏，张书慧，王丽霞，吴才聪（１．南京工业职业技术学院计算机系，南京　２１００４６；２．南昌航空大学航空制造工程学院，南昌　３３００３４；３．北京大学地球与空间科学学院，北京　１００８７１）摘要：以ＡＲＭ７系列Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ微处理器为核心，研制了一套具有变量施肥、变量喷药和变量灌溉３种作业类型的精准农业多功能变量作业控制系统。该系统由控制器、传感器和变量执行机构组成。田间作业时，在控制器工作界面上选定作业类型后，系统可提供ＧＰＳ定位自动控制、推算定位自动控制和手动输入控制３种变

2、量控制作业方式。田间试验结果表明，所研制的多功能变量作业控制系统可以控制相应机具完成４．２ｍ幅宽的变量施肥、６．５ｍ幅宽的变量喷药或变量喷灌作业，降低了精准农业变量作业机械的生产与维护成本，有利于精准农业技术推广与应用。关键词：精准农业；变量作业；多功能控制；ＡＲＭ微处理器＋中图分类号：TP273．5文献标识码：A文章编号：1003－188X（2014）01－0210－04耕作环节作业的多功能变量作业控制系统，以达到提0引言高变量控制系统通用性、降低变量作业机械生产与维变量作业控制系统是实施精准农业与管理的关键护成本的目的。技术之一。国外一些发达国家

3、已进行精准农业作业1系统组成与工作原理机械变量投入的自动控制研究并推出商品化产［１－６］品。由于技术未公开，国内在实施精准农业作业本文研制的精准农业多功能变量作业控制系统由中，在购买国外商品化的变量作业控制系统的同时需控制器、ＤＧＰＳ、速度传感器、液体压力传感器、流量传［７－８］要购买与其相配套的农业机械才能使用。国内部感器和变量作业执行机构组成。其原理如图１所示。［９－１０］分科研机构、学者如吉林大学马成林、张书慧；国［１１－１２］家农业信息化工程技术研究中心的赵春江、孟志［１３－１４］军；西北农林科技大学杨青、翟长远等；黑龙江八［１５］一农垦大学

4、王熙等人先后对精准农业变量控制技术开展了系列研究。但是，就目前研究成果的应用状况而言，现有的精准农业变量控制系统存在系统作业模式固定、变量控制方式单一等不足。这不但增加了变量作业机的制造成本，也增加了精准农业实施和日后维护成本，制约了精准农业技术在我国的推广应用。为此，设计了一种具有ＧＰＳ定位自动控制、推算定位自动控制和手动输入控制３种变量作业控制方式的，适用于变量施肥、变量喷药、变量灌溉等多种收稿日期：２０１３－０１－２４基金项目：国家高技术研究发展计划项目（２０１２ＡＡ１０１９０２），江苏省精图１　系统组成框图密制造工程技术研究开发中心开放基金项

5、目（ＺＫ２０１２－３２Ｆｉｇ．１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ－０１）在田间实施变量施肥作业时，将该系统挂接在施作者简介：陈宏（１９５８－），男，北京人，副教授，硕士，（Ｅ－ｍａｉｌ）Ｃｈｅｎｈ＠ｎｉｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。肥机上，在控制器工作界面上选择变量施肥作业后，通讯作者：吴才聪（１９７５－），男，江西赣州人，副教授，博士，（Ｅ－ｍａｉｌ）控制器实时获取施肥机所在位置、作业速度、液体管ｗｕｃａｉｃｏｎｇ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ。路压力信号，根据专家系统提供的变量作业处方图数·２·０１２

6、０１４年１月农机化研究第１期据，实时计算并输出０～１０Ｖ电压信号控制排肥轴转制系统给定的输入电压信号与输出电流信号成比例速完成变量施肥作业。当将控制系统与喷药机挂接关系。电液比例调速阀采用ＢＹＬＺ－０２型压力—流量时，控制器实时读取喷药机作业位置、工作速度、管路复合比例调速阀，可以很小的压差追踪负载压力同时药液的压力与喷出药液流量，结合喷药处方数据输出控制系统压力和调节系统油液流量。液压马达采用０～１０Ｖ电压信号控制药液管路内的电动调节阀开口１ＱＪＭ００１－０．１型定量液压马达。由于变量施肥机田大小实现药液喷出量的控制；当系统执行变量灌溉作间作业环境

7、尘土大，系统使用ＺＵ—Ｈ１００×２０ＤＬＰ纸质业时，由控制器读取作业机的位置、行走速度、管路压带发讯的倒装管式纸芯式滤油器。在控制系统挂接力和流量，根据处方图数据计算输出１２Ｖ脉冲信号，施肥机后，执行变量施肥控制程序，系统会根据施肥控制电磁阀开合频率实现变量灌溉作业。在实施变处方数据、施肥机工作速度输出０～１０Ｖ电压信号控量施肥、变量喷药或变量灌溉作业的同时，系统可选制液压马达转速，以此调节排肥轴转速实现变量施肥择ＧＰＳ定位变量控制、推算定位变量控制或手动输入作业。３种变量控制模式实施变量作业。2控制器与信息采集控制器以ＡＲＭ７系列Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ微

8、处理器为核心构成。其可完成读取处方数据、ＧＰＳ信号、管路液体压力、流量信号和变量作业机工作速度信号，实时显示