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【6h】

基于处方图的变量施液态肥控制系统关键技术研究

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摘要

1 前言

1.1 研究背景

1.2 目的与意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内研究现状

1.3.2 国外研究现状

1.4 发展趋势

1.5 研究的主要内容

1.5.1 基于处方图的目标施肥量算法的研究

1.5.2 基于处方图的施肥位置滞后修正方法的研究

1.5.3 控制系统设计

1.5.4 系统性能测试研究

1.6 技术路线

1.7 小结

2 变量施液态肥系统总体方案设计

2.1 总体框架设计

2.2 总体流程设计

2.3 控制系统设计

2.3.1 控制系统功能需求分析

2.4 小结

3 变量施液态肥系统组成设计

3.1 系统组成概述

3.2 北斗定位系统

3.3 速度检测装置

3.4 施肥控制器

3.5 控制系统供电电源

3.6 液肥及施肥装置的选择

3.6.1 肥液的选择

3.6.2 施肥装置的选择

3.7 小结

4 控制系统关键技术研究

4.1 处方图研究

4.2 基于处方图目标施肥量算法的研究

4.3 基于处方图施肥位置滞后修正方法的研究

4.3.1 位置滞后模型的建立

4.3.2 确定导航线

4.3.3 机具在导航AB线的位置

4.3.4 偏离位置判定

4.4 通讯模块的设计研究

4.4.1 发送数据规则

4.4.2 请求数据规则

4.4.3 错误检测

4.4.4 程序调试

4.5 下位机控制系统设计

4.5.1 控制系统工作原理

4.5.2 施肥控制器硬件设计

4.5.3 控制系统稳定性分析

4.5.4 基于MATLAB仿真分析

4.6 控制系统软件设计

4.6.1 系统初始化

4.6.2 参数设定

4.6.3 执行部分

4.7 控制系统软件实现

4.8 小结

5 变量施液态肥控制系统性能的试验研究

5.1 试验台的构建

5.1.1 基于液压系统为动力源的试验台构建

5.1.2 基于电动机为动力源的试验台构建

5.1.3 基于柴油机的三种液肥适时配置试验台的构建

5.2 基于液压系统为动力源的台架试验

5.2.1 试验目的

5.2.2 试验材料及设备

5.2.3 试验方法

5.2.4 试验结果与分析

5.3 基于电动机为动力源的台架试验

5.3.1 试验目的

5.3.2 试验材料及设备

5.3.3 试验方法

5.3.4 试验结果与分析

5.4 基于柴油机为动力源的施肥装置田问试验研究

5.4.1 试验目的

5.4.2 试验材料及设备

5.4.3 试验方法

5.4.4 试验结果与分析

5.5 小结

6 结论与创新

6.1 结论

6.2 创新

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

变量施液态肥技术得以快速发展的原因在于其能够显著提高化学肥料的利用率。通过实施按需变量施入,能够有效地缓解由于化学肥料不正确施入带来的环境污染问题,起到降低农业生产成本的积极作用。因此,变量施液态肥技术成为现代农机装备领域的重点研究内容。本研究以提高化肥利用率为目标,农机农艺知识融合,理论分析、台架试验与田间试验结合,研究变量施肥控制系统关键技术。
  课题研究分为四部分:上位机终端控制器、信号通讯模块、下位机施肥控制器以及变量施液态肥施肥装置。主要研究内容如下:
  (1)以车载终端控制器为系统研发基础,其中包括地理位置信息采集、处方图信息查询、目标施肥量计算、位置滞后模型修正,研究并开发了基于Win CE嵌入式一体触摸屏控制软件。
  (2)以通讯模块为系统的枢纽,其中包括RS-232串口与车载计算机进行通信,MAX485与下位机施肥控制器的通讯连接并采用异步传输的通信方式。车载终端计算机对下位机闭环控制器采用了串口中断的通信方式。
  (3)以下位机施肥控制器作为系统研发的主要内容,其中包括接收并调节控制信号、驱动阀口电路、对比计算反馈信号,研发了基于单片机变量施液态肥控制器。
  (4)以施肥装置作为系统的执行部分,包括柴油机、施肥泵、电控压力调节阀、流量计、压力调节阀,研发了施肥装置。
  (5)通过MATLAB软件对下位机控制系统各模块建立模型,并用simulink模块对系统工作过程进行模拟仿真,结果表明,变量施液态肥控制系统工作稳定,具有可行性。
  (6)对变量施液态肥装置控制系统性能进行试验研究,分别实施了基于液压系统为动力源和基于电动机为动力源的变量施液态肥装置控制系统性能台架试验及基于柴油机为动力源的变量施液态肥装置控制系统性能田间试验。对施肥装置的稳定性、施肥均匀性、施肥精度进行测试。试验结果表明,变量施液态肥控制系统性能满足设计要求。

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