機械式施肥播種一體機的變量自動化改造和性能測試.pdf

1、我國農業(yè)正在由傳統(tǒng)粗獷式農業(yè)向現(xiàn)代精準農業(yè)發(fā)展，精準農業(yè)是信息技術、生物技術與農業(yè)生產相結合的新型農業(yè)，它的推廣和應用是實現(xiàn)高效農業(yè)的基礎，而可變量技術更是實施精準農業(yè)的重要手段。變量施肥能夠有效地減少環(huán)境污染，提高作物的品質和產量，減少化肥的投入量，降低生產成本，在現(xiàn)代化精準農業(yè)發(fā)展進程中具有深遠的戰(zhàn)略意義。
　　20世紀90年代以來，精準農業(yè)在歐美發(fā)達國家發(fā)展很快，已初具規(guī)模。目前，精準農業(yè)已涉及施肥、精量播種、耕作和水分管理

2、等各相關領域。綜合運用GPS，RS，GIS等先進技術，研制了很多已經商品化的精準農業(yè)裝備，但大多制造成本高，且實際作業(yè)效果受到土壤環(huán)境等因素影響較大。近年來，我國變量施肥技術取得了較大的發(fā)展，在變量施肥處方制定、變量施肥控制算法、施肥決策控制系統(tǒng)等領域都取得了很多成果，然而國內變量施肥機主要問題在于無法進行多肥料田間按需配比作業(yè)、施肥精度不高、操作復雜，在實際農業(yè)生產中應用較少，尤其無法在廣大農村推廣使用。
　　本文針對現(xiàn)有施肥播

3、種機械播量精度低，并結合農戶基肥作業(yè)最為關注的兩個實際問題:目標施肥（播種）量自動調節(jié)和自然田塊內均勻施肥（播種），構建了變量施肥播種一體機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了小麥、尿素、復合肥按需配比，作業(yè)參數(shù)智能化設置以及相關信息動態(tài)顯示與存儲;為了推廣變量施肥技術，結合我國南方農村分田到戶，單戶田塊面積小且土壤肥力相對均勻、不同田塊護理差異顯著等特性，嘗試簡化變量施肥操作步驟，構建了基于自然田塊畝產潛力和目標產量的電子處方圖系統(tǒng)，以自然田塊作為作業(yè)單

4、元，實現(xiàn)了不同自然田決間自動調節(jié)施肥播種量，同一自然田塊內均勻施肥（播種）作業(yè)的功能。
　　具體的研究內容和研究成果如下:
　　(1)傳統(tǒng)施肥播種機的機構優(yōu)化設計:結合農機制造提倡的“一機多用、復合作業(yè)”的理念，改裝了丹陽良友機械有限公司生產的2BFG-14(8)A型旋耕施肥播種一體機，在保留該機械施肥、播種、旋耕、整壓、開溝功能的基礎上，重點對肥箱和施肥播種驅動方式進行了改進，肥箱由原來的一個種箱一個肥箱改進為兩個肥箱、一

5、個種箱，實現(xiàn)雙肥料按需配比施肥;施肥播種驅動方式由原來的機械鏈式傳動改為步進電機驅動，實現(xiàn)播量的按需自動調節(jié)。
　　(2)變量施肥播種控制系統(tǒng)的構建:控制系統(tǒng)作為小麥變量播種施肥一體機的核心，主要完成車載傳感器信號采集，施肥作業(yè)的控制以及施肥機工況數(shù)據(jù)顯示與保存。系統(tǒng)由GPS測速定位節(jié)點、主控器節(jié)點、施肥（播種）執(zhí)行節(jié)點、人機交互界面四部分組成。通過軟件配置CAN總線通信協(xié)議，實現(xiàn)了系統(tǒng)各個模塊快速、可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信。按照分布

6、式系統(tǒng)設計思想，將系統(tǒng)主要功能模塊封裝成具有CAN接口的ECU單元，構建成一個便于拓展的分布式控制系統(tǒng)。
　　(3)提高變量施肥一體機播量精度的技術措施:為解決低成本普通精度GPS模塊存在數(shù)據(jù)波動大、抗干擾能力弱的問題，自主設計了基于Kalman濾波和位置差分的低成本GPS測速定位系統(tǒng);為解決外槽輪式施肥播種器實際田間作業(yè)播量與靜態(tài)標定量誤差大，導致播量不準的問題，改進了現(xiàn)有的外槽輪式施肥播種器結構。
　　(4)開展了施肥播

7、種性能測定試驗，試驗結果表明:實際田間施肥播種累積量與目標值最大誤差小于5％，買時單位面積施肥播種量動態(tài)波動小于5％;同時試驗表明:所改進的外槽輪式施肥播種器，能有效的降低實際田間作業(yè)播量與靜態(tài)標定量之間的誤差。
　　(5)構建了基于畝產潛力與目標產量的變量施肥電子處方圖軟件系統(tǒng):后續(xù)研究的目標是根據(jù)作業(yè)田塊的畝產潛力和目標產量，結合內嵌的施肥策略正確給出目標施肥量，實現(xiàn)以自然田塊為處理單元的變量施肥作業(yè)，為南方農村小田塊區(qū)域推廣