基于AgGPS的自动变量施肥控制系统研究
自动化施肥控制系统的研究的开题报告
自动化施肥控制系统的研究的开题报告以下是自动化施肥控制系统的研究开题报告：一、选题背景随着现代农业的发展，农业生产技术不断更新，传统的人工施肥方式已经无法满足当今农业发展的需要。
自动化施肥控制系统应运而生，成为了现代农业生产中不可或缺的一部分。
自动化施肥控制系统能够实现对土壤、植物的精准、科学的施肥，提高农产品的品质、产量和效益。
二、研究目的本次研究旨在设计和开发一套自动化施肥控制系统，能够对农作物进行有效的施肥，提高农产品的品质和产量，同时减少施肥浪费和成本。
三、研究内容和方法本研究将主要从以下方面展开：1. 研究自动化施肥系统的组成和原理，包括传感器、执行器、控制器等硬件设备的选择和使用原理。
2. 研究不同作物在不同生长阶段的施肥需求，设计相应的施肥控制策略。
3. 针对同样的农作物，利用不同的施肥策略进行实验研究，并比较不同策略的施肥效果，确定最佳的施肥策略。
4. 设计施肥控制系统的软件程序，实现对系统的自动控制和管理。
四、预期成果1. 设计和制作一套功能完备、稳定可靠的自动化施肥控制系统原型。
2. 总结和比较不同的施肥策略，明确不同策略的优缺点，确定最佳的施肥策略。
3. 通过试验验证系统的施肥效果，并提出优化建议。
4. 撰写研究论文，发表在相关学术期刊上。
五、研究进度安排本次研究计划于2021年9月开始，预计于2022年6月完成，研究进度安排如下：1. 2021年9月-10月：研究自动化施肥系统的组成和原理。
2. 2021年11月-2021年12月：研究不同作物在不同生长阶段的施肥需求。
3. 2022年1月-2022年3月：设计和制作自动化施肥控制系统原型，并进行试验研究。
4. 2022年4月-2022年5月：分析试验数据，总结不同施肥策略的优缺点，提出优化建议。
5. 2022年6月：撰写研究论文，发表在相关学术期刊上。
六、研究意义本研究的成果将为现代农业生产提供一个高效、准确的施肥控制方案，可以大幅度提高农产品的产量和品质，同时节约施肥成本和减少污染物排放，对于实现农业现代化和可持续发展具有重要意义。
变量施肥自动控制技术的研究现状与发展趋势
变量施肥自动控制技术的研究现状与发展趋势变量施肥自动控制技术是一种通过自动化技术实现精密施肥的技术。
它可以实现对不同区域、不同植株、不同生长阶段的植物进行精准施肥控制，优化施肥方案，避免施肥浪费，提高作物产量和品质。
此技术自问世以来，已得到广泛关注和应用，但该技术也面临着一些问题和挑战。
本文将分析变量施肥自动控制技术的研究现状、存在的问题以及未来发展趋势。
当前，变量施肥自动控制技术的研究重点主要集中在以下方面：1. 基于决策模型的精准施肥控制决策模型是变量施肥自动控制技术的核心。
通过建立决策模型，可以分析不同植株、不同区域、不同生长阶段的营养需求、吸收能力等因素，从而实现精准施肥。
目前决策模型主要采用神经网络、模糊理论、遗传算法等方法，但仍需要不断进行完善和优化。
2. 传感器技术的应用传感器技术是变量施肥自动控制技术的重要组成部分，通过传感器可以实时监测土壤、植株、环境等信息，准确掌握作物生长状况，从而实现实时调控和精准施肥。
目前，传感器技术已发展到多种类型和多个方面，如土壤温湿度传感器、光合作用传感器、气象站传感器等，但其价格、精度和可靠性等方面仍需要改进。
3. 自适应控制技术的应用自适应控制技术是指根据作物的生长状态、施肥需求和环境变化等情况，自动调整施肥量和施肥频率，以达到最优化的施肥效果。
目前，自适应控制技术已广泛应用于工业控制领域，但在农业领域的应用还需要进一步完善和推广。
变量施肥自动控制技术的研究和应用面临着许多问题和挑战，如：1. 传感器价格昂贵传感器是变量施肥自动控制技术的重要组成部分，同时也是成本较高的部分。
传感器价格昂贵，对普及该技术产生了一定的限制。
2. 决策模型不够精确决策模型是变量施肥自动控制技术的核心，但现有的决策模型对植物的生长环境、生长状态和营养需求等因素的考虑仍存在局限性，需要进一步完善和精确。
3. 应用难度较大变量施肥自动控制技术的应用需要很高的专业知识和技能，普通农民较难掌握。
变量施肥技术的发展与分析
变量施肥技术的发展与分析陈换美;郭振华【摘要】变量施肥技术在提高化肥利用率,增加粮食产量,减少环境污染等方面发挥着越来越重要的作用,发展变量施肥技术对于保证国家粮食安全,促进农业可持续地发展具有非常重要的作用.经过近30年的发展,变量施肥技术在理论研究、技术装备研发等方面取得了长足的进步,国外发达国家已经研制出能够满足变量施肥要求的整套设施,并已推广应用.我国在变量施肥方面的研究起步较晚,但通过引进消化吸收并结合自主创新,也取得了一定的成果.加强理论基础研究,提高自主创新能力,研发大马力、全天候、自动化、智能化的多功能变量施肥装备,是今后的发展趋势.建议加快土壤养分获取方法、施肥处方图的决策方法、开发变量作业可视化系统以及提高变量控制精度等方面进行研究,促进我国精准农业的全面健康发展.【期刊名称】《新疆农机化》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】6页(P24-29)【关键词】精准农业;变量施肥;现状;问题;发展趋势【作者】陈换美;郭振华【作者单位】巴音郭楞职业技术学院机械电气工程学院,新疆库尔勒 841000;巴音郭楞职业技术学院机械电气工程学院,新疆库尔勒 841000【正文语种】中文【中图分类】S233.3化肥是现代农业中促进农作物增产增收不可缺少的重要物资。
随着化肥的广泛使用，粮食产量实现了大幅增长。
可以说化肥的使用解决了人口膨胀带来的粮食需求。
据统计结果显示：合理地使用1 kg的化肥，可以使农作物增产5～10 kg[1]。
但是，在我国由于缺乏科学指导以及农民盲目追求粮食增产带来的经济收入，化肥的施用量急剧增加。
据可靠数据显示，2012年我国农田施用化肥量为379 kg/667m2，高出世界平均施用量3倍还多，施用化肥量严重超标[2]。
化肥的大量使用带来一系列的经济、社会、环境等问题。
一方面，由于化肥使用量逐年增加，使农作物对化肥的吸收能力退化，化肥带来的粮食增产幅度变小，导致粮食生产投入成本增加。
变量施肥系统的设计与研究
变量施肥系统的设计与研究变量施肥系统的设计与研究引言在农业生产过程中，合理的施肥是保证农作物正常生长和丰收的关键因素之一。
然而，传统的施肥方法常常存在着浪费、不均匀施肥和环境污染等问题。
为了解决这些问题，变量施肥系统应运而生。
本文将探讨变量施肥系统的设计和研究，以期为农业生产提供更加科学、高效、环保的施肥方案。
1. 变量施肥系统的意义传统的施肥方法通常采用均匀施肥的方式，无法满足不同农田的不同需求。
而变量施肥系统利用现代信息技术和智能控制技术，根据土壤养分、作物需求、气象条件等多种因素进行施肥调控，能够实现精准施肥，提高施肥效果，减少农业生产的资源消耗和环境污染。
2. 变量施肥系统的设计原理变量施肥系统的设计原理主要包括参数获取、决策与控制、施肥调控等几个环节。
首先，通过土壤样品采集和实时监测技术获取土壤养分数据，并结合作物生长模型预测作物需求。
然后，根据土壤养分数据和作物需求，通过决策与控制算法确定施肥方案。
最后，通过施肥调控设备将相应的养分溶液或粒状肥料投放到指定位置，实现变量施肥。
3. 变量施肥系统的关键技术为了实现变量施肥系统的设计和研究，需要应用多种关键技术。
首先是土壤养分检测技术，通过离线或在线方式获取土壤养分信息，为后续的施肥调控提供数据支持。
其次是作物生长模型技术，通过建立作物生长模型，预测作物对养分的需求量。
再次是智能决策与控制技术，根据土壤养分数据和作物需求，采用优化算法和控制策略，制定最佳施肥方案。
最后是施肥调控技术，通过可编程控制器和施肥设备，实现变量施肥的精确调控。
4. 变量施肥系统的优势和挑战变量施肥系统相较于传统的均匀施肥方法具有明显的优势。
首先，能够根据实时监测的土壤养分数据和作物需求，实现精准施肥，提高施肥效果，最大限度地减少养分浪费。
其次，可以根据不同农田的特点和需求，制定个性化的施肥方案，提高农作物的产量和质量。
然而，变量施肥系统的设计和实施也面临一些挑战，如土壤养分检测技术的准确性、作物生长模型的建立和验证、决策与控制算法的优化等问题，需要进一步的研究和完善。
变量施肥自动控制技术的研究现状与发展趋势
利用遥感、GIS、GPS等现代信息技术，实 现农田信息的精确采集和处理，指导精确施 肥。
发展智能传感器技术，实现对土壤养分的快 速、准确检测，为精确施肥提供可靠依据。
自动化施肥技术
环境友好型肥料与有机 肥利用技术
研究开发自动化施肥设备和技术，实现根据 土壤养分信息和作物生长需求进行精确施肥 。
研究开发环境友好型肥料和有机肥的制备与 应用技术，实现化肥与有机肥的合理配施， 提高养分利用率和减少环境污染。
03
变量施肥自动控制技术体系
变量施肥理论基础
养分平衡理论
01
根据作物的生长需求和土壤养分供应状况，合理配置肥料种类
和数量，以保持土壤养分的平衡。
土壤-植物系统
02
研究作物和土壤之间的养分交换和转化过程，以及土壤养分的
供应和吸收情况。
化肥与有机肥的配合
03
研究化肥与有机肥的配合施用对土壤养分供应和作物生长的影
推广应用
未来可以进一步推广应用变量施肥自动控制技术，实现农业生产的绿色、高效和可持续发展。
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研究目的与意义
研究目的
本研究旨在探索变量施肥自动控制技术的实现方法和应用前景，为农业生产提供 新的技术支持和解决方案。
研究意义
变量施肥自动控制技术能够提高农业生产效率、降低肥料成本、减少环境污染， 促进农业生产的可持续发展，具有重要的理论和实践意义。
02
国内外研究现状
国外研究现状
1
20世纪80年代，国外开始研究将计算机技术应 用于农业生产，提高农业生产的自动化水平。
04
变量施肥自动控制技术应用
变量施肥自动控制技术在农业生产中的应用
基于DGPS 定位的农田土壤取样分析及变量施肥播种决策
基于DGPS定位的农田土壤取样分析及变量施肥播种决策 黑龙江八一农垦大学王熙王智敏王新忠庄卫东蔡德利汪春1.前言我国目前的农业生产比较落后，普遍存在资源利用率低，投入产出率低的现象。
现有农业生产主要基于农业生产原料（如化肥等）的大量投入条件下获得的，由于盲目施用大量化肥，化肥投入量大，每年单位耕地面积化肥投入量为世界平均水平的3倍多，使得我国化肥的利用率比较低下。
自动控制变量施肥播种是精准农业的一个重要组成部分，精准农业是以3S技术为核心，利用DGSP精确定位测得农田内各小区作物产量和影响作物生长的环境因素的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，然后根据各小区作物的不同需求，来决定实际需要的投入（种子、化肥、农药、灌溉用水等），以获得最佳产出，获取最大经济效益。
精准农业是发达国家最新农业科技成果，具有前瞻性的农业生产技术，21世纪农业发展的必然趋势。
自动控制变量施肥播种可以根据土壤特性、谷物产量图、田间大地高程、作物品种、当地的气候条件等，通过专家决策系统，制定变量施肥数字地图，并将变量数据输入到变量施肥播种机自动控制系统中，实现自动变量控制。
可在现有农业资源和生产水平的基础上，提高农作物产量，节约化肥，提高农业综合经济效益。
以黑龙江八一农垦大学精准农业技术研究中心为技术依托，黑龙江农垦总局2002年在黑龙江省友谊农场五分场二队建立“精准农业示范试验”基地，从美国CASE公司引进整套精准农业机械设备，建立区域自主式DGPS纠偏差分站，进行精准农业试验示范，取得了初步试验效果。
2.土壤取样与化验分析黑龙江八一农垦大学精准农业技术研究中心有关人员，于2002年9月使用手持式Ag132型GPS 到友谊农场五分场二队2号地（160ha）进行DGPS定位土壤取样进行化验分析，为友谊农场五分场二队2号地变量施肥播种农业专家决策提供依据。
土壤取样采用网格法，利用自编的软件在网格地图上标记出取样点的经纬度。
基于PLC的精准变量施肥自动控制系统研究
基于PLC的精准变量施肥自动控制系统研究杨军;田敏;陈剑;吕新【摘要】针对国内施肥的精准度低、均匀性差、有效利用率低、环境污染等问题，文章设计了一套滴灌农田精准变量施肥自动控制系统。
该系统采用变量施肥方式，通过PLC控制器来采集压力、流量、电机转速等信息，通过控制配肥电机、活塞和电磁阀改变系统实际施肥量，实现自动配比调节和变量施肥。
试验分析表明，该系统具有良好的控制精度，性能稳定可靠，可满足农田精准施肥的需求，实用性好。
%In view of the low precision, poor uniformity, low effective utilization and environmental pollution, a set of auto-control system for precisionand variable fertilization applied in drip irrigation ifeld is designed. The system, using variable rate fertilization way, through the PLC controller to collect the information of pressure, lfow, motor speed etc, through the control with fat motor, the piston and the solenoid valve to change system practical amount of fertilization, realizes automatic proportioning and variable rate fertilization. The analysis of experimental shows that the system has good control precision, stable and reliable performance and it can meet the demand of precision fertilization of farmland so it is good in practicability.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)014【总页数】4页(P50-53)【关键词】自动控制;变量施肥;施肥装置【作者】杨军;田敏;陈剑;吕新【作者单位】石河子市政府，新疆石河子 832000;石河子大学绿洲生态重点实验室，新疆石河子 832000;石河子大学绿洲生态重点实验室，新疆石河子 832000;石河子大学绿洲生态重点实验室，新疆石河子 832000【正文语种】中文精准变量施肥技术是一个重要的领域。
基于PID算法的变量施肥控制系统设计
Ａｕ ｏ ａ ｉ ｎ Ｓ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ＰＩ Ａｌ ｏ ｉｈ ｔ ｍ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｄ ｇ ｒｔ ｍ
ＬＩ ＡＮＧ ｕ － ｉ ｇ ＺＨ ＥＮＧ － ｕ ， ＹＡＮＧ ｕ －ａ ｇ ｅ １ Ｃｈ ｎ ｙ ｎ ， Ｚｉｈ ａ Ｇ ｉ ｎ ｔａ ． ｆ Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ａ ｉ ｂ ｅ ｒ ｔ ｅ ｔｌ ａ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｔ ｅ ｖ ｒａ ｌ ａ ｅ ｆ ｒ ｉ ｚ ｔｏ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ， ｈ ｉ ｇ ｅ ｃ ｉ ｉ ｒ ｃ ｍｐ ｔ ｒＡＴ８ Ｃ５ ｓ ｉ ｔ ｅｓｎ ｌ －ｈ ｐ ｍ ｃ ｏ ｏ ｕ ｅ ９ ｗａ １ ｔ ｋ ｎ ａ ｏ ｅ ａ ｔ ｒｃ ｍｐ ｒｎ ｈ ｏ ｔ ｏ ｏ ｔ ｇ ｆｕ ｐ ｒ ｃ ｍｐ ｔ ｒｗｉ ｅ ｄ ａ ｋ ｖ ｌａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ａ ｅ ｓａ ｃ ｒ ， ｆｅ ｏ ａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｖ ｌ ｅ ｏ ｐ ｅ ｏ ａ ｕ ｅ ｔ ｆ ｅ ｂ ｃ ｏ ｔ ｇ ， ｈ ｏ ｔｏ ｈ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｗｅ ｅ ｒ ｇ ｌ ｔ ｄ ｂ Ｉ ａ ｉ ｍｅ ｉ ｎ ｒ ｍｅ ｔ ｌＰ Ｄ ｒｔ ｍｅ ｉ ｕ ｐ ｏ ｒ ｍ，ｔ ｅ ｈ ｐ ｅ ｆ ａ ａ ｔ ｒ ｒ ｅ ｕ ａ ｅ ｙ Ｐ Ｄ ｒｔ ｈ ｔｃ ｉ ｃ ｅ ｎ ａ Ｉ ａ ｉ ｈ ｔｃ ｓ ｂ ｒ ｇ ａ ｈ ｎｔｅｓ ｅ ｄ ｏ
制和 农 业机 械 ，将 自动控 制 理 论 贯穿 于整 个 系统 ，实现 了机 电 一体 化 。单 片 机 Ａ ８ Ｃ １通过 Ｒ ２ ２接 口将 上 位 机 Ｔ９ ５ Ｓ３ 的给 定 施 肥 量 等 级 与 反馈 等 级 比较 得 到 差值 ，单片 机 中 的增 量 Ｐ Ｄ算 法 子 程 序 改 变 占空 比 ，从 而 调节 输 出控 制 电 Ｉ
我国变量施肥技术研究现状与发展对策
我国为 1 ∶ 0 ． 4 ∶ 0 ． 16 ，发 达 国 家 的 是 1 ∶ 0 ． 42 ∶
肥、基于精准 管 理 的 变 量 施 肥、基 于 规 模 化 生 产 的 机
0． 42； 微量元素搭配更差，全国有 51． 5% 的耕地缺锌， 械施肥［6］。所谓变量施肥技术，就是将农田土壤进行
46． 9% 缺 硼，34． 5% 缺 钼，21． 9% 缺 锰，6． 9% 缺 铜， 5% 缺铁［2］。
空间插值算法的出现可以有效解决土壤养分点 状信息向面状信息的转换，解决了以点状方式采样获 取土壤养分信息的难题。空间插值算法可以分为确 定性插值算法和地统计性插值算法。经过我国研究 人员的大量研究及对确定性插值算法和不确定性插 值算法的比较，从土壤养分获取的实用性与精确性出 发，得出反距 离 权 重 插 值 法 较 适 宜 于 丘 陵 地 区、普 通 克里格插值法适宜于平原地区的结论［1 2］。基于空间 插值算法的土壤养分信息获取方法具有一定的局限 性，不利于全国范围内普及应用。
·1·
2017 年 10 月
农机化研究
第 10 期
美国明尼苏达大学于 1994 年在汉斯卡农场完成 了以土壤养分比例、作物产量信息及时间变化的变量 施肥实验，取 得 了 良 好 的 经 济 效 益，土 壤 质 量 得 到 了 明显的改善。
法国施肥机械的自动化水平在农业机械领域中 处于领先地位，其“女骑士”（ AMASAT） 变量施肥控制 系统能够在 GPS 和 GIS 的支持下进行作业，并在实际 农业生产中推广和普及。
处方生成技术是变量施肥技术的重要组成之一， 其优劣是影响变量施肥技术能否在全国大范围内推 广普及的重要因素之一。国外很多农机公司都在以 各样的方法进行处方生成技术的研究，利用新的技术 手段以克服传统处方生成技术的弊端，并应用于实际 农业生产中，取得了良好的经济效益。我国施肥处方 生成技术的研究在国际领域尚处于应用发展阶段，虽 然具有各种不同的方法，却不能克服不同技术手段的 弊端，难以形成通用的形式。处方生成技术的落后直 接制约了变量施肥技术的深入发展，因此研发适合我 国多样气候、不同区域种植方式的处方生成技术仍是 目前科研工作者的重要工作任务。
精准变量施肥技术在设施园艺自动控制系统中的分析研究与应用
精准变量施肥技术在设施园艺自动控制系统中的研究与应用摘要：“温室精准变量施肥技术”是指在设施园艺自动控制系统过程中，充分考虑温室环境的微气候特性，按照作物生长规律，利用传感器技术、机电一体化技术等手段精准控制施肥过程，按照需要自动控制肥料浓度和施肥量，做到肥料最少用量、最多吸收、最大利用、最小浪费，最大程度地提高肥料的利用率，做到少投入、高回报。
随着农业科技的发展，以及国家对三农的的高度重视，特别是国家2018农业国家一号文件颁发后。
国家科技园、各大农业园区、农场等农业机构企业积极寻求在良种培育、节本降耗、节水灌溉、农机装备、新型肥药、疫病防控、加工贮运、循环农业、海洋农业、农村民生等方面的高新技术，力求突破现存的农业技术瓶颈，真正实现现代化农业。
浙江托普仪器和浙江大学合作积极响应科技兴农政策突出农业科技创新重点，研发出农业物联网智能控制系统通过通过射频识别<rfid〕、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备等新型技术将农业和互联网连接起来提大大提高了农业生产的工作效率和精细管理，防止了“瘦肉精”、“毒辣椒粉”、“红心鸭蛋”等问题的再次发生，保证了食品的安全和产量。
目前此物联系统已在全国多家科技园、示范园区、农场、科研所、院校等区域成功运行，技术稳定成熟，功能齐全。
为在农业种植业、畜牧养殖业等领域的生产关键环节建立智能化控制、信息化管理的现代农业工程提供了强有力的技术支持。
物联网的实施将大大提高国家推进科技创新增强农产品的步伐。
农业物联网将开启农业生产腾飞的新篇章。
托普农业物联网系统主要包括三个层次：感知层：采用各种传感器<如温湿度、光照、CO2、风向、风速、雨量、土壤温湿度等〕获取植物的各类信息。
传输层：信息通过无线网络传输系统和信息路由设备传到控制中心，各个节点可以自由配对、任意监控、互不干扰。
应用层：根据WSN获取植物实时生长环境。
图温湿度、光照参数等，收集各个节点的数据，进行存储和管理实现整个测试点的信息动态显示，并根据各类信息进行自动灌溉、施肥、喷药、降温补光等控制、对异常信息进行自动报警。
变量施肥机控制系统的研究的开题报告
变量施肥机控制系统的研究的开题报告
一、选题的背景和意义：
随着农业生产的发展，化肥的使用已经成为提高作物产量和质量的重要手段。
但是传统的施肥方式并不精确，存在浪费和污染等问题。
为了解决这些问题，变量施肥
机控制系统应运而生。
该系统通过采集农田中的土壤pH值、温度、湿度等信息，利用先进的控制算法自动调节施肥机的施肥量，实现精确施肥，提高农作物的利用率，减
少浪费和污染，提高农业生产效益。
二、研究的目的和内容：
本研究旨在设计一种基于单片机的变量施肥机控制系统，实现对土壤条件的实时监测和施肥机的智能控制。
具体研究内容包括：
1.确定变量施肥机控制系统的硬件和软件组成，搭建实验平台。
2.设计基于单片机的硬件电路，并通过编程实现控制算法和数据处理。
3.进行各种实验和测试，验证系统的性能和可靠性。
三、研究的方法和步骤：
1.文献调研，了解国内外变量施肥机控制系统的发展现状和研究成果，明确研究方向。
2.确定变量施肥机控制系统的硬件和软件组成，搭建实验平台。
3.设计基于单片机的硬件电路，包括传感器采集模块、控制模块、通信模块等。
4.编写控制算法和数据处理程序，实现智能施肥和数据分析功能。
5.进行系统的实验和测试，验证系统的性能和可靠性，并对结果进行分析和总结。
四、预期结果和意义：
本研究预期能够设计出一种基于单片机的变量施肥机控制系统，该系统实现了对农田土壤的实时监测和施肥机的智能控制，能够准确地根据土壤的情况调整施肥量，
提高农作物的利用率，减少化肥的浪费和污染，对于推广农业现代化、实现农业可持
续发展具有重要的实践意义和社会、经济效益。
自动变量施肥技术的研究与应用现状
合 了信息 技术 （ｓ Ｉ 、Ｇ Ｓ 、生 物技 术 、机 械 技 Ｒ 、Ｇ Ｓ Ｐ ） 术 和 化工 技术 的变 量处 方施 肥理 论 和技 术 ［。 ５ ］ １ ２ 变量 施肥 的作 用 与意 义 ． 根 据作 物生 长 的土壤 性 状 ，分析 作 物 的需肥 规
量 情 况等有 关 信息输 入 计算 机 ，形成 资 料齐 全 的土
据 （ 壤理 化性 质 、病 虫草 害 、气候 等） 土 的综 合 分析
为 依据 ，以作物 生长 模 型 、作 物 营养 专 家 系统 为支
壤 养分 信息 化管 理 系统 。在该 系统 的指导 下 ，装 有 现 代通 信接 收装 置 的 田间施肥 机 ，具体 完 成施 肥 操
精准 农业 服务 商和 种 子公 司的 用户 调查 中 ，采用 精
准农 业 技 术 的 占 ７ ％，其 中有 ８ ％的农 户 应 用 Ｇ Ｓ ７ ２ Ｐ 技术 开展土壤采样 ，有 ７ ％ Ｇ Ｓ制 图 ，６ ％ ４用 Ｉ １ 采用 产 量 分析 。可见 ，变量 施肥 是 精准 农业 应用 最广 泛 的
的 收入 ，从 而提 高 化 肥 利用 率 ， 善农 田环 境 ，增 改
加 农业 种植 效益 。众 所周 知 ，我 国 目前 的化 肥 当季
利 用 率 较 低 ，据测 定 ， 肥 当季 利 用 率 一 般 为 ３％ 氮 ０
维普资讯
第 ２期
林 昌华 等 ：自动 变量 施肥 技 术 的研 究 与应 用现状
律 ，调节 肥 料 的投 入 （ 括施 肥 量 、 比例 和 时期 ） 包 ，
充分 利用 土壤 生产 力 ，以最 少 的肥 料投 入 达 到更 高
自动变量施肥机控制系统研究一
自动变量施肥机控制系统研究一内容摘要：论文关键词：精确农业变量施肥GPSGIS单片机控制论文关键词：精确农业变量施肥GPSGIS单片机控制论文摘要：精确农业技术研究发展的驱动力是对农业耕作中发现的作物生长环境和实际收获产量分布的空间差异性的认识，其核心是GPS、GIS、RS等技术支持下的精确定位与变量作业。
化肥是农业高产和增产的主要投入要素，化肥成本在农业总成本中占了较大的比重，而且化肥的投入量与利用率直接影响农业产出、农民收入和环境质量。
变量施肥适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要进行全面平衡施肥，提高肥料利用率，具有明显的经济和环境效益。
我国的化肥投入存在结构不合理、肥料平均利用率低、肥料的增产效益没能充分发挥等问题。
在变量施肥技术研究方面，我国基本是引进国外先进技术设备，进行消化、吸收的跟踪研究。
因此，研究和开发自动变量施肥技术，对发展符合我国国情的变量施肥技术和实现农业可持续发展具有重要的理论意义和实用价值。
本文研究的是基于地图的自动变量施肥控制系统，可自动接收DGPS信号，获得施肥机位置和速度信息，根据施肥决策数据实现变量施肥控制。
通过手动和自动两种控制模式，施肥量均可以实现80～500kg/ha范围之内的调整，电机转速范围为10～200rpm。
系统具有结构简单、操作方便易学、施肥量变化范围大、控制性能比较稳定可靠、控制精度理想等特点。
此外，本系统借鉴国内外研究经验，以自主开发为主，成本较低，而且可适用于不同型号的变量施肥机控制，适合我国国情，有利于促进变量施肥技术的实施及在中国的推广应用。
第一章绪论1.1研究的目的和意义传统农业的发展日益成熟，一味地依赖高能源投入提高单产的潜力越来越小。
同时，现代农业生产方式所秉承的高资源投入、高能耗及其造成的环境危害，使人类体验到强烈的生存危机。
人类必须合理地与大自然相处，充分发挥人类的智慧，寻找大自然自身的规律，利用高科技的手段服务于农业生产，走可持续农业的发展道路。
基于GPS和土壤养分图的变量施肥控制软件开发
基于GPS和土壤养分图的变量施肥控制软件开发庄卫东，汪春，王熙（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆 163319）摘要：根据大豆变量施肥播种机自动控制的需要，使用VB6.0编程语言和MO2.2地图控件，开发了基于GPS和土壤养分图的变量施肥控制软件。
本软件具有串口通讯、GPS信号接收，输出调试、播种机参数设置、变量施肥作业控制等功能。
提出了使用地块平均施肥量、设定变量范围、利用土壤养分图的简易可行实现精准变量施肥控制方法。
软件能自动生成作业记录，作业后可根据记录生成施肥记录图，利于农业精准管理和生产信息的积累。
关键词：精准农业；GPS；GIS；土壤养分图；变量施肥；软件中图分类号：文献标识码：A 文章编号：0 引言变量施肥技术，是精准农业的重要组成部分，它是以不同空间单元的产量数据与土壤理化性质、病虫草害、气候等多层数据的综合分析为依据。
以作物生长模型、作物营养专家系统为支持，以高产、优质、环保为目的的施肥技术，要求对农业生态系统进行养分平衡研究，从而可以实现在每一操作单元上因土壤、因作物预计产量的差异而按需施肥，有效控制物质循环中养分的输入和输出，防止农作物品质变坏及化肥对环境的污染和破坏。
通过专家决策，制定合理施肥的处方，生成变量施肥处方图，使用变量自动控制施肥播种机实现自动变量控制，做到定点、定量，按需施肥，大大提高了肥料的利用率，降低生产成本，减少了多余肥料对环境的不良影响，增加了农民收入[1～2]。
随着上世纪90年代国外精准农业技术研究的兴起，作为精准农业关键技术环节的变量施肥技术引起了许多研究人员的兴趣，并开展了大量有关变量施肥作业系统方面的研究工作[3-7]。
黑龙江垦区2003年起开展了大豆变量施肥播种应用试验[8]。
变量施肥技术涉及农田信息获取、信息管理与处理、决策分析和田间实施四大主要环节，其中以田间实施发展最快[9]。
基于GPS和GIS的自动变量控制施肥播种机是精准农业装备的一个重要组成部分。
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（） １工业控制机 ： 含触摸屏 、 印机并 口、 Ｓ ３ 打 Ｒ ２２串口， 电电源 ＋２ Ｖ直 流电压（ 型应用见文献Ｅ ｉ． 供 ４ 典 ｌ）
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（） 用 Ｔ ｉ ｌ Ａｇ Ｓ ３选 ｒ ｍｂｅ ＧＰ ＴＭ１ ２差 分 ＧＰ ３ Ｓ 接 收机设备 作为 位 置 ， 度信 息 获 取装 置 发 送 的 速 数 据格式 为字符 串格式 ． 数据 中含 经度 、 度坐标 纬 和施 肥机行 进速 度值．
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收稿 日期 ： ［ ６ Ｏ — ２ ２） 一 ３ ２ （ ）
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第 ２ 期
郑传涛 ， ： 等 基于 Ａｇ Ｓ的自动变量施肥控制系统研究 ＧＰ
￣Ａ Ｐ Ｕ Ｓ 设计软￣ ＩＸ Ｌ Ｓ Ｓ 通信软 件及操作
（） 用 Ｃ Ｌ ２选 Ｐ Ｄ模 块 作 为 控 制 器 设 备 ： 外 其 围时钟选 用 ４ ＭＨｚ 源 晶振 、 有 含计 数 时间 选择 按
关 键 词 ： 控 机 ； Ｇ Ｅ； Ｐ Ｄ 控 制 模 块 ； 量 施 肥 ； ＧＰ 工 ＭＣ Ｓ Ｃ Ｌ 变 Ａｇ Ｓ 中图分类号 ：Ｐ ３ ３ ；Ｐ １ Ｔ ３／ ８Ｔ ３９ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ：６３ ４Ｏ （Ｏ７Ｏ一 Ｏ９— Ｏ １７— ６２２０）２ ０Ｏ ４
与其他领 域一样 ， 业应 用领域 正发 生着一 场 新技 术革 命 ． 息技 术 、 Ｐ （ 球定 位 系统 ） 术 正在 农 信 Ｇ Ｓ全 技
（） 肥点 的地 理位 置 ， １施 该信 息 由精 确到米 级 的 ＧＰ Ｓ信息经度 ｙ和 纬度 Ｘ 表示 ；
（ ） 肥机 的行进速 度 ， 自动模 式 下 由 Ｇ Ｓ信 息 直接 读 出 ， 手 动模 式 下 由脉 冲 传感 器 转 换得 ２施 在 Ｐ 在
出；
（ ） 肥轴转 动速度 Ｒ， ３排 由输 出至步进 电机 的驱动脉 冲控 制 ， 待定变量 ； 为 （ ） 料 的拟 合截距 ｋ和斜 率 ｂ 在 其他变 量一定 的情 况下 ， ４肥 ， 对于某 种肥料来 说 ， 施肥 量 Ｆ和转 动速 度 Ｒ 的关 系是 ： Ｆ—ｋ Ｒ＋ｂ该 参数 由实验标 定得 出 ； ， （ ） 块 的垄 距 Ｌ， ５地 该值和施 肥量成 反 比例关 系 ： Ｃ １Ｌ） Ｆ Ｏ（ ／ ．
改变着农 业从业 人员与 土地 的关系 ， 他们 对地球 的认识 更加 明细 化 ， 使 这就 是精 细农 业 ． 于 ＧＰ 基 Ｓ的精 细 农业 系统 （ ＧＰ ） 可以收集各 方面 变化信 息绘制 成 图 ， Ａｇ Ｓ ， 用于 监控 每一 生产 过程 ． 本设 计 就 是在精 细农 业
领域对 实现施 肥量精 确控制 的施 肥系统 的研究 ．
因此 实际 的施肥量 的 函数关 系式 Ｆ—Ｆ ｘ， Ｖ， ｋ ｂ Ｌ ， （ Ｙ， Ｒ， ， ， ） 应该 使 Ｆ Ｆ 才能使 得 资源 达到最 佳 的 — ０
利用． 际 中令 Ｆ—Ｆ ， 实 。 然后 由上述 关 系式 计算 出排肥 轴 的转 动速度 Ｒ．
２ 系统 整体 设计
本设 计采 用工业 控制 机作 为数 据处理 设备 ， Ｐ ＣＩ Ｄ单 元作 为控 制模 块 ， 责与 工控 机 交换 数据 ， 出 负 输 步进 电机控制脉 冲 ， 取光 电编码脉 冲测量 施肥 机 的行 进速 度 ； 读 采用 Ｇ Ｓ接 收机作 为 施肥 点 位置 定位 装 Ｐ
１ 系统原 理
在精细农 业施 肥 中， 设某一地 块某 一地理 位置 点 （ 种 坐标 点值 已知 ） 假 各 的贫瘠 程 度 （ 需施 的肥量 Ｆ ０ 表 示） 已经 由农 业专 家事先 测知 ， 则在施 肥机行 进过 程 中 ， 一 时刻的施 肥量 Ｆ取决 于 以下 几个方 面 ： 某
其 目的 是 实现 对 施 肥 量 的 精确 控制 ． 业 控 制 机 依 据 直 接 从 Ａｇ Ｓ接 收 机 中读 取 施 肥 机 机 具 的 工 ＧＰ
位置 、 速度数据或者间接 由传感器读人脉 冲数据再将 其转换 为机具速度 ， 并结合 施肥量 网格 数据
库 处理 后 产 生 控 制 信 号 ， Ｃ Ｌ 使 Ｐ Ｄ控 制 模 块 输 出 一 定频 率 的 步进 电 机 驱 动 脉 冲 ， 制 排 肥 轴 转速 控 大 小 ， 而 对 施 肥 量进 行 控 制 ， 从 以实 现 资 源 的优 化 配 置 ．
基 于 Ａｇ Ｓ的 自动 变 量 施肥 控 制 系统研 究 ＧＰ
郑传涛 ， 杨 莉 ， 刘 袢 ， 于 枫
（ 林 大 学 电子 科 学 与 工程 学 院 ， 春 １０ １ 吉 长 ３ ０ ２）
摘
要 ： 设计 是 以卫 星 精 确 定 位 系统 Ａ ＧＰ 该 ｇ Ｓ以 及 传 感 技 术 为 基 础 的 自动 变 量 施 肥 控 制 系统 ，
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第 ２ 卷 第 ２期 ８
Ｖｏ ＿ ８ Ｎｏ ２ ２ ０ ｌ２ ． ０ ７
青 岛 理 工 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＱｉ ｄａ ｃ ｎ ｌｇｃ ｌ ｎｖ ｒｉｙ ｏ ｒ ａ ｎｇ ｏＴｅ ｈ ｏｏ ｉａ ｉｅｓ控 机 系统 软 件工 作 平 台 ： 作 系 统 为 ４工 操 ＷＩ ＯＷＳＣ ＮＤ Ｅ；通信 软 件 为全 中文 自动 化 控 制 组态 软件 ， 英文 简称 ： ＧＳ Ｍｏ ｉ ｒ ｎ ｏ — ＭＣ Ｅ（ ｎｔ ｄＣ ｎ ｏａ