精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今乃至未來(lái)世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的大方向,是由電子信息技術(shù)提供支持的根據(jù)空間變異,包括地理精確定位、工作狀態(tài)定時(shí)、投入資源定量地施行全方位現(xiàn)代化田間農(nóng)事操作管理的系統(tǒng)。變量施肥播種控制技術(shù),則是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)最中重要的一個(gè)環(huán)節(jié),主要是應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)指導(dǎo)田間施肥播種作業(yè),以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的整體生長(zhǎng)周期所必須的資源進(jìn)行變量投入。合理布局播種,降低化肥投入不僅可以取得極大的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)對(duì)自然環(huán)境可持續(xù)發(fā)展也有重要的歷史意義。針對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)要求結(jié)合目前我國(guó)的施肥播種機(jī),本文先后設(shè)計(jì)出了兩款變量施肥播種控制器,主要是由核心控制器、人機(jī)交互模塊、實(shí)時(shí)傳感檢測(cè)以及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。不僅能夠滿(mǎn)足田間變量施肥播種作業(yè)的基本要求,還加入了無(wú)線傳輸測(cè)控及智能決策算法,通過(guò)采集影響施肥播種作業(yè)的變量因素,判斷出合理有效的調(diào)節(jié)方式并執(zhí)行。對(duì)于施肥播種作業(yè)而言,機(jī)具行進(jìn)速度、預(yù)設(shè)排量標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)施撒情況等因素都會(huì)影響作業(yè)的精度,為了檢測(cè)這些影響因素,并且做出相應(yīng)的調(diào)整控制。本文提出兩套變量施肥播種控制方案,分別以51單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)和ARM11為核心的智能控制系統(tǒng)。兩種方案均包括上下位機(jī)兩部分,上位機(jī)主要進(jìn)行人機(jī)交互、運(yùn)算決策和指令下達(dá)任務(wù),下位機(jī)則主要完成傳感采集及指令執(zhí)行任務(wù)。由于控制系統(tǒng)中存在多路信息采集并且傳感器分布較為分散,為了簡(jiǎn)化布局,系統(tǒng)的整體通訊方式采用無(wú)線雙向收發(fā),避免復(fù)雜的接線結(jié)構(gòu)。單片機(jī)控制器可以滿(mǎn)足簡(jiǎn)單的變量施肥播種作業(yè)控制,由于本身功能的局限性,無(wú)法開(kāi)發(fā)過(guò)多附加功能。ARM控制器能夠滿(mǎn)足整體系統(tǒng)的智能化,后臺(tái)程序采用多線程同步運(yùn)行方式,并且配備液晶觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互,外部存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)容等拓展功能。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)排肥播種變量施撒,為了提高步進(jìn)電機(jī)控制精度,本文研究了基于模糊控制的PID閉環(huán)調(diào)節(jié),利用matlab數(shù)學(xué)軟件中的模糊控制工具箱,完成了模糊控制器的設(shè)計(jì),并推導(dǎo)步進(jìn)電機(jī)傳遞函數(shù)模型,在simulink庫(kù)中創(chuàng)建其控制系統(tǒng)仿真模型,通過(guò)對(duì)比仿真結(jié)果,模糊PID的自適應(yīng)調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間比常規(guī)PID的響應(yīng)時(shí)間縮短了近一倍,故而采用模糊PID的方式進(jìn)行C語(yǔ)言編程,實(shí)現(xiàn)控制器的模糊調(diào)節(jié)。為了驗(yàn)證控制器田間施肥播種的控制效果,將其與施肥播種機(jī)連接,組成整體系統(tǒng),根據(jù)施肥播種量、機(jī)具參數(shù)和控制信號(hào)之間的關(guān)系,完成了一系列試驗(yàn)。包括各部分傳感信息測(cè)試、肥料種子標(biāo)定以及田間作業(yè)試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多組試驗(yàn)結(jié)果表明,控制系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定,并且肥料使用量得到有效控制,播種效果均勻適量。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：S223.24
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究目的及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 現(xiàn)階段存在的問(wèn)題
    1.3 研究的主要內(nèi)容
    1.4 本章小結(jié)
第二章 單片機(jī)施肥播種控制器設(shè)計(jì)
    2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        2.1.1 控制器選型
        2.1.2 液晶顯示及按鍵電路設(shè)計(jì)
        2.1.3 無(wú)線收發(fā)電路設(shè)計(jì)
        2.1.4 GPS模塊電路
        2.1.5 PWM驅(qū)動(dòng)脈沖電路
    2.2 硬件電路原理圖
    2.3 控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)
        2.3.1 相關(guān)開(kāi)發(fā)軟件介紹
        2.3.2 上位機(jī)控制器程序設(shè)計(jì)
        2.3.3 下位機(jī)控制器程序設(shè)計(jì)
    2.4 控制器調(diào)速原理
        2.4.1 手動(dòng)換擋調(diào)速
        2.4.2 自動(dòng)定位調(diào)速
    2.5 單片機(jī)施肥播種控制器
    2.6 本章小結(jié)
第三章 ARM智能施肥播種控制器設(shè)計(jì)
    3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        3.1.1 控制器選型
        3.1.2 GPS定位電路
        3.1.3 無(wú)線通訊模塊電路
        3.1.4 霍爾測(cè)速傳感電路
        3.1.5 多路傳感采集模塊
        3.1.6 供電電源轉(zhuǎn)換模塊
        3.1.7 攝像頭功能模塊
    3.2 硬件電路原理圖
    3.3 控制器軟件程序設(shè)計(jì)
        3.3.1 相關(guān)開(kāi)發(fā)軟件介紹
        3.3.2 程序設(shè)計(jì)思想
        3.3.3 上位機(jī)控制器圖形界面程序設(shè)計(jì)
        3.3.4 上位機(jī)信息接收采集程序設(shè)計(jì)
        3.3.5 上位機(jī)控制指令發(fā)送程序設(shè)計(jì)
        3.3.6 下位機(jī)信息采集發(fā)射程序設(shè)計(jì)
    3.4 ARM智能施肥播種控制器
    3.5 控制器相關(guān)算法研究
        3.5.1 模糊控制器設(shè)置
        3.5.2 步進(jìn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型
        3.5.3 模糊PID的Simulink仿真
        3.5.4 模糊化控制策略的C程序?qū)崿F(xiàn)
    3.6 本章小結(jié)
第四章 施肥播種系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù)
    4.1 施肥播種器選擇
    4.2 施肥播種機(jī)
        4.2.1 施肥播種機(jī)技術(shù)要求
        4.2.2 施肥播種機(jī)具
    4.3 兩種施肥播種控制器對(duì)比
    4.4 施肥播種總體系統(tǒng)
    4.5 施肥播種環(huán)境因素及控制變量
    4.6 本章小結(jié)
第五章 施肥播種系統(tǒng)及試驗(yàn)
    5.1 傳感信息測(cè)試
    5.2 室內(nèi)試驗(yàn)
        5.2.1 排肥性能試驗(yàn)
        5.2.2 控制效果試驗(yàn)
    5.3 田間試驗(yàn)
        5.3.1 田間標(biāo)定試驗(yàn)
        5.3.2 施肥播種作業(yè)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 完成的主要工作
    6.2 進(jìn)一步的研究與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果

【參考文獻(xiàn)】

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