变量撒肥机设计参数研究及控制系统设计
双变量施肥机结构及液压调控系统设计
双变量施肥机结构及液压调控系统设计随着农业技术的不断进步，机械化农业设备的发展也日益受到关注。
其中，施肥机作为一种重要的农业设备，对农田施肥具有很大的帮助。
然而，目前市场上大多数的施肥机只能实现单一变量的施肥，无法满足多元化农田需求。
因此，设计一种可以在一个机器上实现多个变量施肥的双变量施肥机对于农业生产具有重要意义。
一、双变量施肥机结构设计在双变量施肥机的结构设计中，我们采用轮式机械移动方式，以满足农田的工作需求。
整个施肥机由机身、施肥系统、传感器、控制系统等组成。
1. 机身设计：机身采用钢材焊接而成，具有一定的强度和承载能力，能够适应不同地形的工作要求。
在机身上设置驾驶室，以供操作员进行控制和监测。
2. 施肥系统：施肥系统是双变量施肥机的核心部分，包括施肥箱、输送机构和喷洒装置。
施肥箱容量较大，能够存放不同类型的肥料，并且通过传送带输送到喷洒装置。
喷洒装置采用喷雾器，可以根据设定的施肥量和施肥方式进行喷洒。
3. 传感器：为了实现多变量施肥，需要在双变量施肥机上安装多个传感器，用于检测和监测农田的不同状态和需求。
例如，可采用土壤湿度传感器、光照强度传感器、土壤pH传感器等，以实时监测农田的土壤湿度、光照强度和酸碱度，并根据传感器数据进行施肥调控。
4. 控制系统：控制系统是双变量施肥机的重要组成部分，用于根据传感器数据和设定的施肥参数对施肥机进行控制。
控制系统可以采用液压或电动方式，以达到精确施肥的效果。
通过控制系统，可以实现不同位置、不同时间和不同方式的施肥。
二、液压调控系统设计在双变量施肥机中，液压调控系统是实现多变量施肥的关键。
液压调控系统主要由液压泵、液压缸、液压控制阀等组成。
1. 液压泵：液压泵采用高压液压泵，能够提供足够的压力和流量，以满足双变量施肥机的工作需求。
2. 液压缸：液压缸是液压调控系统的执行器，用于控制施肥机的施肥量和喷洒速度。
通过液压缸可以实现施肥箱的开启和关闭，以及喷洒装置的喷洒调节。
变量施肥机关键机构的设计及制造工艺研究
变量施肥机关键机构的设计及制造工艺研究变量施肥机关键机构的设计及制造工艺研究摘要：本文针对农业机械中的变量施肥机关键机构进行了设计及制造工艺的研究。
通过结合理论研究和实际应用，对变量施肥机的工作原理和施肥效果进行了分析。
在此基础上，提出了一种改进的设计方案，并介绍了相关的制造工艺，为农业生产提供了一种更加高效、精准的施肥机具。
关键词：变量施肥机；机构设计；制造工艺；施肥效果1. 引言农业施肥是增加作物产量、提高质量的重要手段之一。
随着科技的进步，传统的施肥方式已经无法满足现代农业的需求。
因此，发展一种能够根据不同作物的生长需求进行精准施肥的变量施肥机成为了迫切需要解决的问题。
本文将从变量施肥机的关键机构设计和制造工艺两个方面展开研究。
2. 变量施肥机的工作原理分析变量施肥机是根据不同作物的生长需求，通过改变施肥量与施肥速度来实现精准施肥的机械设备。
其主要由控制系统、输肥系统、传动系统和喷洒系统等关键机构组成。
2.1 控制系统：变量施肥机的控制系统包括传感器、单片机和执行器等。
通过传感器感知土壤中营养成分和湿度等参数，并传输给单片机进行分析处理。
单片机根据预设的施肥方案，通过执行器调整施肥量和施肥速度，实现精准施肥。
2.2 输肥系统：输肥系统是变量施肥机的关键组成部分，其主要包括肥料箱、输送管道和输送器。
肥料箱用于储存不同种类的肥料，输送管道将肥料从肥料箱输送到喷洒系统。
输送器通过控制施肥量和速度，将正确的肥料输送到喷洒系统中。
2.3 传动系统：传动系统是变量施肥机的动力来源，其主要由电机、传动装置和传动轴组成。
电机提供动力，传动装置将电机的运动传递给输送器和喷洒系统，传动轴起到连接各个部件的作用。
2.4 喷洒系统：喷洒系统包括喷头和喷洒管，用于将肥料均匀喷洒到作物根部或叶面。
喷洒系统需要根据作物的生长需求和土壤条件进行精确调节，确保肥料的均匀施放。
3. 变量施肥机关键机构的设计3.1 控制系统的设计：根据不同农作物的生长需求和肥料的特性，选择合适的传感器和单片机，并设计相应的控制算法。
车载式撒肥机控制系统设计
车载式撒肥机控制系统设计摘要本文针对车载式撒肥机的控制系统设计进行了研究。
首先对撒肥机的工作原理进行了简要介绍，然后分析了撒肥机的控制要求和系统组成。
接着，阐述了控制系统的软件和硬件设计，包括主控板、传感器选择和通信协议设计等方面。
最后，通过实验验证了该控制系统的可行性和稳定性。
关键词：车载式撒肥机；控制系统；主控板；传感器；通信协议AbstractThis paper studies the design of the control system of a vehicle-mounted fertilizer spreader. Firstly, the working principle of the fertilizer spreader is briefly introduced, and then the control requirements and system composition of the fertilizer spreader are analyzed. Next, the software and hardware design of the control system are elaborated, including the selection of the main control board, sensor and communication protocol design. Finally, the feasibility and stability of the control system are verified through experiments.Keywords: vehicle-mounted fertilizer spreader; control system; main control board; sensor; communication protocol1. 引言撒肥机是现代化农业生产过程中的重要设备之一，广泛应用于农田施肥等作业过程中。
射流式变量深施液体施肥机的设计与研究
农业装备农业开发与装备 2023年第11期射流式变量深施液体施肥机的设计与研究乔清旭，刘 峰，齐瑞锋（吉林省农业机械研究院，吉林长春 130000）摘要：肥料对促进农业生产、提高农产品产量有重要的作用。
目前，我国农用肥料以颗粒肥料为主，该肥料利用率低、土壤吸收慢、对环境破坏较大。
以液肥深施为出发点，结合国内外液体施肥机械的发展现状，设计一款射流式液体施肥机，该机具加装圆盘开沟器，配合施肥喷嘴实现底肥深施作业。
设计粗、细两种施肥管路，根据不同作业需求，通过控制阀组调控施肥量，实现了按需作业、定量施肥作业目的。
该机具减少肥料浪费、节省人力物力、提高农业生产效率。
关键词：射流式；液体施肥机；设计与研究1 研究背景和研究意义1.1 研究背景我国作为人口大国，以9%的耕作面积满足了20%人口的粮食需求。
随着退耕还林、耕地转城镇的加速，2000年至今，每5年下降约0.29%的耕作面积，但粮食产量仍保持上升趋势，其中肥料的使用，对粮食产量的提升起到了决定性的作用。
近年来我国农业肥料的投入逐年递增，然而肥效利用率较低，长期粗放式施肥作业导致肥料资源浪费、土壤酸化、影响农产品质量。
合理的肥料使用，对农业生产至关重要。
传统农用肥料以颗粒肥为主，该肥料利用率低、吸收慢、土壤酸化严重等，弊端较多，不利于长期使用。
随着对保护环境的重视，污染较小、吸收率更高的液肥得到了国家的支持。
目前，液肥施肥作业主要以人力为主，机械化程度低、作业效率低、劳动强度大。
因此，研制出更加智能、高效、操作简单的液体施肥机械对农业发展有重要的意义。
1.2 研究意义科学的施肥方式可以降低劳动强度、提高农作效率、同时有助于减小环境污染等优点，一些发达国家液体肥料的使用达30％。
液体肥料相较于颗粒肥料的优点：一是颗粒肥料在生产、运输、使用过程中粉尘严重，对施工人员及土壤环境造成一定影响；液肥作为浓缩药液，使用时根据农艺要求按照比例溶于水，操作方便，无粉尘困扰。
土壤改良剂变量撒施控制系统设计
般是 ３ ％ ～８ ％， 其 对 土 壤改 良剂单 位 面 积 施 用 量影
响较 大 Ｊ 。另外 ， 土壤 改 良剂 单 位 面 积施 用 量 多 通 过
将 变量 作 业 技术 引 入 到 土 壤 改 良剂 的 撒施 过程 中 ， 做 到进 行按 需 施 用 ， 可 以 提 高 土 壤 改 良剂 利 用 效 率 ， 减 少 因土壤 改 良剂过 度 施用 对 作 物 的危 害 。 针 对 外槽 轮 式 土 壤 改 良剂 撒 施 机 ， 研 发 土 壤 改 良
１ ０ ０ ０ ９ ７；３ ． 农 业 智能 装 备 技 术北 京 市 重 点 实验 室 ，北 京 １ ０ ０ ０ ９ ７；４ ． 农 业 部 农 业 信 息 技 术 重 点 实 验 室 ，北 京
１ ０ ０ ０ ９ ７）
摘
要 ： 为 了 提高 土 壤 改 良剂 的利 用 效率 ， 降低 土壤 改 良成 本 ， 设 计 了 针 对 土 壤 改 良剂 的 变 量 作 业 系统 。重 点
目前 ， 颗粒型改 良剂使用时多采用外槽轮式土壤
改 良剂撒 施 机 ， 其 排料 系统 的动 力 源 一 般 源 于土 壤 改 良剂 撒施 机 地 轮 。在 实 际 作 业 中 ， 土壤 改 良剂 撒 施 机 单 位 面 积施 用 量 的影 响 因素 很 多 ， 其 中受 到 地 轮滚 动 情 况 的影 响最 为 典 型 。在 农 田作 业 中 ， 地 轮 滑 移 系数
度， 会 由 于地 轮 滑 移 、 地 表 状 况 和 轮 胎 气 压 变 化 影 响 测量 精 度 。为 解决 这 一 问题 ， 本 系统 再 利 用 车 载 终 端 挂载 的单 点 Ｇ Ｐ Ｓ读 取 的行 驶 速 度 校 正 这 一 结 果 Ｊ 。
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。
变量施用液体肥控制系统设计仿真
摘要摘要采用单片机控制电动执行器内部电机，田间各小区所需肥料的比率及单位面积施用量都事先已编程存入数据库；由当前机具行进速度，控制撒播施肥量。
计算机作为系统上位机，接受位置信号，根据位置信息通过数据库获得当前位置的施肥量，同时读取多普勒雷达，将目前机具速度与获取的决策数据综合运算，将施肥量由数字量转变为液体的流量输出，从而实现变量控制施肥量。
通过控制电动执行器的开度，调节施肥量，并通过流量计对流量进行采样，构成闭环反馈调节。
并分析其每个元件及整体系统的工作原理，建立起数学模型。
应用MATLAB仿真软件对其进行控制系统的仿真，同时分析其各仿真数据参数，配置适当的系统控制器，使其达到对管道流量的精确控制，并且对实际的系统进行控制性能的分析与检测。
关键词：电动执行器数学建模控制系统仿真ABSTRACTMonolithic integrated circuits to control the use of electric actuator within the field each of the plot ratios and the required per unit area applicationrates all have to deposit in the database programming; by the current machines, control of the scattered with quantity. Computer system, as the upper acceptable position, according to location of information through the database for the current loca tion of the fertilizer to simultaneously read doppler radar, and the corporation and the decisions o f the operation of data will be measured by numbers of the fertilizer to the flow of fluid, the output variable quantity of fertilizer. Through the control electric actuator open, the fertilizer, with meter and samp ling of traffic on Closed around feedback regulation. and analyse its each component and the overall system works, to build mathematical model. Matlab application software on system of simulation and analyzed data and configure the simulation system of appropriate control to its flow to the precise control and to the system to control the performance of the analysis and testing.Key words: Electrically operated actuator Mathematics modelingControl system emluator目录摘要 (I)ABSTRACT (II)前言 (IV)1 绪论 (1)1.1数字化农业的发展 (1)1.2过程控制系统概述 (3)1.3基于MA TLAB的控制系统仿真 (6)1.4本章小结 (7)2 系统硬件部分总体设计概论 (8)2.1执行器部分 (8)2.2通信部分 (10)2.3流量信号采样部分 (11)2.4控制系统硬件电路部分 (13)2.5本章小结 (14)3系统各环节数学模型的建立 (15)3.1电动执行器模型的建立 (15)3.2调节阀模型的建立 (18)3.3脉宽调制型(PWM)功率放大器的建立 (21)3.4传感器模型的建立 (23)3.5本章小结 (23)4整体系统模型的建立及其仿真研究 (24)4.1系统整体的数学模型 (24)4.2控制系统的仿真过程 (24)4.3PID参数整定 (26)4.4本章小结 (30)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (34)附录 (35)前言随着农业的快速发展，我国已经成为世界性农业生产的大国。
玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统设计与试验
玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统设计与试验狄小冬，王 熙（黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆 １６３３１９）摘 要：针对玉米中耕追肥时肥料利用率低、液压驱动变量施肥转速控制效果差，以及电机驱动力不足等问题，设计了大垄双行玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统。
系统主要包括光谱传感器、车载计算机、控制系统及液压系统。
电控液压系统主要由液压泵站、电磁比例阀、液压马达、编码器及移动控制器等组成。
移动控制器以微控制单元为核心，通过ＰＩＤ控制算法输出ＰＷＭ信号，驱动电磁比例阀，达到稳定控制液压马达转速目的。
搭建室内台架试验台，采用ＭａｔＬａｂ对电控驱动系统ＰＩＤ控制进行仿真测试，以减少整定ＰＩＤ系数次数，提高整定效率，初步确定ＰＩＤ参数分别为ＫＰ＝４．５９、ＫＩ＝０．４６９、ＫＤ＝０．１１７。
室内台架试验结果表明：确定ＰＩＤ控制参数分别为０．７３、０．４７、０．４０，设定转速指令为１００ｒ／ｍｉｎ时，电控液压驱动系统的超调量为１３％、响应时间为０．８５ｓ，系统等幅振荡稳定后平均转速为９９．８ｒ／ｍｉｎ，转速偏差为０．２％，转速控制精度高。
田间试验表明：电控液压驱动系统控制精度高，在不同转速下转速控制精度可达９８％，均可达到稳定控制的效果，可满足玉米中耕变量施肥精准控制的要求。
关键词：玉米中耕；变量施肥；液压驱动；电磁比例阀；ＰＩＤ控制中图分类号：Ｓ２２４．２ 文献标识码：Ａ文章编号：１００３－１８８Ｘ（２０２１）０５－００４７－０８０ 引言农田中玉米养分（包含氮含量）分布是不均匀的，如果按平均施肥量进行均匀施肥，会造成农田地块玉米氮含量分布不均的现象。
氮含量丰富的区域，玉米长势较好，存在肥料投入量大、利用率低的现象；氮含量不足的区域，玉米得不到足够氮肥供给，影响玉米正常生长。
研究表明：适当降低施氮量并提高拔节期追肥比例［１］，有利于玉米根系生长和植株氮素累积，且玉米作物产量随施氮量增加而增加。
我国化肥使用量占世界化肥使用的３１％，而每公顷化肥施用量是世界平均用量的４倍，过量不合理的化肥施用，加重了土壤板结与地下水污染，因此研究玉米精准变量施肥控制技术具有重要的现实意义［２－３］。
变量施肥联合整地机设计与试验
变量施肥联合整地机设计与试验目录1. 研究背景与意义 (2)1.1 农业现状及问题 (3)1.2 施肥与整地技术的发展 (3)1.3 变量施肥联合整地机设计与试验的意义 (5)2. 相关理论知识 (6)2.1 土壤学基础 (7)2.2 肥料学基础 (9)2.3 机械设计原理 (10)2.4 农业工程学 (11)3. 变量施肥联合整地机设计与原理 (12)3.1 设计目标与要求 (14)3.2 机型结构设计 (14)3.3 变量施肥系统设计 (16)3.4 整地机构设计 (17)3.5 控制系统设计 (18)4. 试验方法与数据处理 (18)4.1 试验材料与设备 (20)4.2 试验田选址与准备 (20)4.3 试验方案设计与实施 (22)4.4 数据采集与处理 (23)5. 变量施肥联合整地机性能试验与分析 (24)5.1 机型性能试验方法 (26)5.2 机型性能试验结果与分析 (27)5.3 结果验证与应用前景评估 (27)6. 结果讨论与结论 (29)6.1 结果分析与讨论 (30)6.2 主要结论与建议 (31)6.3 可能的改进方向与限制因素分析 (32)1. 研究背景与意义随着现代农业技术的不断发展和农业机械化的推进，农业生产对农业机械的需求也日益增长。
其中，变量施肥联合整地机作为现代农业的重要设备之一，对于提高土壤肥力、促进作物生长、提高农作物产量和品质具有重要意义。
变量施肥技术能够根据作物的生长需求和土壤肥力状况，精确控制施肥量，避免过量施肥造成的土壤盐碱化和养分浪费，同时也有助于减少环境污染。
而联合整地机则能够一次性完成土壤翻耕、施肥、播种等多项作业，提高作业效率，减轻农民劳动强度。
目前，变量施肥联合整地机的设计和制造水平还有限，尚存在一些问题需要解决，如变量施肥的精确控制、机器的稳定性和可靠性、适应不同土壤条件的能力等。
因此，开展变量施肥联合整地机的研究与开发，对于提高我国农业生产机械化水平、推动农业现代化进程具有重要意义。
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）论文关键词：精确农业变量施肥 GPS GIS 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。
高效低害的农业生产方式成为人类追寻的目标。
2021实现变量施肥功能的控制软件设计范文2
2021实现变量施肥功能的控制软件设计范文 引言 变量施肥(Variable Rate Fertilization or VariableRate Application，简称VRF 或者 VRA)技术作为精准农业重要内容之一，其“因地制宜”的技术思想充分体现了精准农业的精髓。
变量施肥的基本原理是根据土壤养分存在差异的特点，按照田间每一小耕作的田块(格网、操作单元)的具体需要，对肥料进行“变量投入”，根据土壤的养分进行施肥，力求在保证一定目标产量的情况下，充分利用原有土壤肥力，提高化肥利用效率，以实现降低投入、提高产出、减少污染及保护环境的目标。
变量施肥的方式有两种:一是处方信息控制施肥;二是实时控制施肥。
本文所研究的是第1 种施肥方式。
该方式通过加载变量施肥处方图并读取相关的施肥信息，系统分析判断后，计算出恰当的施肥量，根据地块对肥料的要求，有针对性地撒施不同配方及不同量的肥料。
为了实现以上目标，本文就使用eSupermap 控件和 C#编程语言如何实现变量施肥控制软件进行设计。
1eSuperMap 控件的概述 eSuperMap是一个可以进行二次开发的嵌入式地理信息系统(eMbedded GIS) 控件，既满足嵌入式设备，又具有强大的功能特点。
该控件是由北京超图软件股份有限公司独立研发、根据实际情况专门为嵌入式设备量身定做的，满足了开发人员对嵌入式 GIS 开发和应用的要求。
其在根据嵌入式设备硬件资源紧张的基础上，为了达到对资源的消耗低、功能强大、性能突出等目的，对数据结构和基本算法进行优化，做到以较少的资源换取较多的功能。
2WinCE 系统的概述 WinCE操作系统属于通用型的嵌入式操作系统，是一个开放的、可升级的 32 位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。
Windows Em-bedded CE 6． 0 重新设计的内核具有 32 000 个处理器的并发处理能力，每个处理有 2GB 虚拟内存寻址空间，同时还能保持系统的实时响应。
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。
玉米播种机变量施肥控制系统设计
１ 研究目的与意义
中国是世界上化肥施用最多的国家之一，国家相 关部门统计数据显示，2015 年我国农用化肥施用量达 5911.9 万 t，超过世界总用量的 1/3；单位播种面积化肥
施用量达到 359.1 kg/hm2，是世界平均水平的 2.5 倍 [1]。 我国地大物博，地貌、环境相差很大，受这些因素的 影响，我国化肥施用量大，利用率低下也是目前全国 不同地区存在的普遍问题。因此设计一种和播种机匹 配的变量施肥控制系统对减少化肥使用、提高化肥利
XIANDAISHIPIN 现代食品 / 69
现代食品2017年2月下正文-20170328.indd 69
2017/4/1 9:22:41
行业综述
Modern Food
用率，减小生态环境污染具有重要意义。
机车测速，提高了机车速度采集的准确性与实时性。 ③在排肥器上安装编码器，通过采集的脉冲数计算施 肥量，具有体积小、精度高、方便安装和拆卸的优点。 ④系统采用无线模块建立主从系统间的通信，减少布 线，提高了系统的可靠性。
２ 国内外研究现状
近年来，变量施肥技术成为国内外研究热点。我国 科研人员在变量施肥控制方面也开展了许多研究，但多 数方法单一，兼容性不强。邵利敏 等提出了以 PLC 为 控制器的变量施肥控制系统，系统采用无损测试技术 和模糊控制算法，通过归一化植被差异指数指导变量 施肥，试验表明归一化植被差异指数与产量存在正相 关，在制定变量施肥策略时，可以使用归一化植被差 异指数作为施肥依据 。洪青梅 等以甘蔗施肥为研究 对象，设计了基于 C 语言的具有变量监控和报警功能 的甘蔗中耕管理机施肥控制系统，可以及时、准确地 监测肥量的变化，提高施肥的质量和效率 。 国外在变量施肥控制上的研究较早，技术成熟， 但使用成本较高，不利于国内的推广使用。国内与国 外的研究具有一定的差距，且国内排肥器的控制上研 究较少，已见报道的排种控制系统处于研究或试验阶 段，无法投入生产使用，控制方式单一，存在较多问 题 。施肥控制上仅研究了混合肥的变量控制，仍然 需要人工按需进行肥料的混合配比。
液体肥变量施用控制系统性能的试验研究
作者 简 介：梁 春 英 （ ９ １一） 女 ， 东 商河 人 ， 教 授 ， 士 ， Ｅ— １７ ， 山 副 硕 （
究液 体 肥 浓 度 、 定 流 量 和 管道 压 力 等 ３因素 对 系统 误 差 的 影 响 ； 用 单 因 素 和双 因 素 分 析 法 分 析 各 因 素 与 试 设 利
验指 标 的关 系 ， 定 指 标 和各 因素 之 问 的 回 归 数 学 模 型 及各 因 素 在 回 归 模 型 中 的 主 次 顺 序 。试 验 结 果 表 明 ， 确 设 定 流 量 对 系统 误 差 的影 响最 大 。通 过 优 化计 算 ， 出 液体 肥 变 量 施 用 系统 的 最 优 工 作 参 数 ： 体 肥 浓 度 为 ２ ． 得 液 ２ ８ ， 定 流 量 为 ２ ． Ｌ ｍｎ， 道压 力 为 ０ ８ ａ ％ 设 ３９／ ｉ 管 ． ＭＰ 。此 参 数 下 系统 误 差 为 ０ ５ ％ 。 ．９ 关 键 词 ：变 量 施肥 ；控 制 系 统 ；参 数 ；液 体 肥 中图分类号 ：Ｔ ２ ３ ５； １ ６ Ｐ ７ ． Ｓ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３—１ ８ ２ １ ） ８—０ １ ０ ８ Ｘ（ ０ ０ Ｏ １ ７— ４
代 ¨ 。发展 优 质 高 效 农 业 促 进 了对 液 体 肥 料 的 消 费 Ｊ 需 求 ， 液 体 肥 料 的 发 展 创 造 了有 利 条 件 。 因此 ， 为 大
力 研究 和 开发 液 体 肥 料 ，科 学 与 合 理 施 用 液 体 肥 料 ， 不 仅会进 一 步 降低 农 业 生产 成本 ， 高 农 产 品 的经 济 提
农 作物 的生 长状 况 的 基 础 上 ， 据 土 壤 本 身 的理 化 特 根
变量施肥液压系统设计与试验研究
水稻作为我国主要的粮食作物之一 ， 在幼苗期、 分
５ 连接悬挂支架总成 ．
６ 施肥装置 ．
７ 液压变量施肥系统 ．
叶期 、 拔节期 、 孕穗期、 抽穗期等生长阶段对各种营养
元素的需求 ， 随着水稻 品种、 气候 、 土壤和施肥技术 等
８ 后桥 ９ 后轮 ． ．
１． Ｏ 前轮
１． 桥 １． １前 ２ 油箱
质循 环 中养分 的输 人 和 输 出 ， 少化 肥 对 环境 的污 染 减 和破 坏 ， 大提 高 了肥 料 的利 用 率 ， 低生 产 成 本 ， 大 降 增
加农 民收人 。
水稻变 量施 肥机整 机方 案 主要 以合 理配 置整机 重 心， 降低接 地压力 ， 高 水 田作 业 性 能 ， 提 改善 驾 驶 操 作 条件 等方 面 出发 。结 构 设 计 方 面从 提 高 可靠 性 ｝发 ， ｎ 尽量 简化 机构 ， 增加功 用 。如 图 １所示 ， 整机 由前 面 的 机体 、 液压 变量施 肥 系统 和后面 的施肥 装置组 成 ， 机体 作 为动力 装置 由发 动机 、 盘 、 向系统 、 底 转 机体 框架 、 前 后轮 、 压变速 系统 等部件 组成 ， 液 底盘 由前桥 、 后桥 、 传
１ 变量施肥 机 总体设 计
精确农业变量施肥技术（ 简称精确施肥或变量施 肥） 是以作物生长模 型、 作物营养专家系统 为支持 ， 以 高产 、 质 、 优 环保 为 目的的施 肥 技 术 ， 求 对农 业 生 态 要 系统进行养分平衡研究 ， 从而可以实现在每一操作单 元上 因作 物营养 水 平 的差 异 而按 需 施 肥 ， 效控 制 物 有
肥盘 变速 的工 作原 理是 通过调 节 电磁 式流 量 阀开度来
一种简易变量施肥控制器的设计与实现
一种简易变量施肥控制器的设计与实现赵改宾1，司宾强21中国农业大学工学院(100083)2广西大学机械电子工程系(530004)E-mail：zhaogaibin007@ T摘 要：介绍了一种能根据测土配方施肥的控制器，该控制器以AT89C51为控制中心，通过读取存储在IC卡中的施肥量和对机具前进速度的实时检测，计算后输出不同频率的脉冲使步进电机输出不同的转速，从而驱动排肥轴转动，最终达到变量施肥的目的。
关键词：变量施肥；控制器；步进电机；霍尔传感器；IC卡1. 引言目前我国传统的施肥方式是在一个区域内或一个地块内使用一个平均施肥量，由于土壤肥力在地块的不同区域差别较大，所以在肥力低而其它生产性状好的区域往往施肥量不足，而在某种养分含量高而丰产形状不好的区域则引起过量施肥。
其结果不仅仅浪费资源，更重要的是造成环境严重污染，直接危害人体健康[1]。
为解决化肥这种施用不合理的情况，在测土配方施肥的基础上设计了一种按需施肥的变量施肥控制器。
2. 决定施肥量的因素[2][3]在田间变量施肥过程中，施肥机每公顷的施肥量为：Q＝0.6q/vB （1）式中：q——单行排肥器的排肥量（g/min）；v——机具前进速度（km/h）；B——施肥机行距（m）或单行排肥器覆盖的幅宽。
从上式可见，施肥量跟机具前进速度、单行排肥器排肥量和施肥机行距有关。
施肥量可以由专家系统给出并存储IC卡中；机具的前进速度由传感器对机具进行实时测量得出；只要施肥机具确定后，机具的行距也随之确定。
单行排肥器的排肥量由排肥轴转速决定，可以通过定量试验得出一个关于排肥轴转速的三元一次方程，如：q＝an3＋bn2＋cn＋d （2）当然对于不同种类的化肥，a、b、c、d值也不同。
试验表明，三次方程的三次项合二次项系数都很小，可以忽略不计，得：q＝an＋b （3）将（3）式代入（1）式，得：n＝3QvB/5a－b/a （4）最终得到了排肥轴的转速。
- 1 -3. 工作原理首先把地块按一定规律分成若干操作单元（最好地块的纵向分成整数块m，横向分成施肥机具幅宽的整数倍），各个操作单元的施肥量由专家系统给出并存储在IC卡中，施肥机具前进速度由检测机具地轮的传感器获得。
变量撒肥机设计参数研究及控制系统设计
sohu． com。
次试验排肥口选择为长方形，试验所用肥料为普通颗 粒尿素。
将相同质量 、相同 种 类 的 固 体 颗 粒 肥 料 放 入 肥 箱 中，分别 在 排 肥 口 总 开 度 S0 的 2 /10 、3 /10 、4 /10 、
图 1 瞬时流量与高度之间的关系 Fig． 1 Ｒelationship between instantaneous flow rate and height
1． 2 出肥口开度对施肥量的影响
排肥口形状有圆 形 、长 方 形 、正 方 形 多 种 形 式 ，本
收稿日期： 2014 － 04 － 09 基金项目： 陕西省农业机械科研开发项目（ SNJKY2012． 26） 作者简 介： 侯 蕊 （ 1987 － ） ，女，西 安 人，硕 士 研 究 生，（ E － mail ）
本设计以 C 语言为开发平台，开发变量施肥机控 制系统［6］。该系 统 可 根 据 车 速 的 变 化 而 改 变 施 肥 口
度对施肥量对施肥影响不大，在撒肥机设计中可以忽 略不计；但排 肥 口 开 度 对 施 肥 量 有 较 大 影 响，在 产 品
开度大小，并对不同施肥口开度施肥流量用所得修正 设计中应加以控制。
·115·
2015 年 4 月 器和比较器组成，应用电路如图 4 所示。
农机化研究
第4 期
图 4 行程和车速检测电路
Fig． 4 Distance and speed detection circuit
2． 2． 2 控制脉冲输出 由于步进电机的驱动电源具有功率放大电路和
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
根 据 以 上 实 际 需 求，本 系 统 选 用 工 业 级 STM32F103Ｒ8T6 作为本系统的核心微控制器。该微 控制器包含一个主频为 72MHz 的 AＲM 32 － bit CortexTM － M3 核 心，存 储 空 间 包 含 128 kb Flash 和 20kb SＲAM，43 个中断源，最多 47 个可用 I / O，包含有多个 PWM 输出单元；此外还包含 有 丰 富 的 接 口 模 块，如 I2 C 接口、UAＲT 和 CAN 等，宽工作电压，2． 0 ～ 3． 6V 皆可正常工作。 2． 2 控制系统设计
生产实践表明，在作物不同生长阶段，因地制宜施用 度对施肥量的影响。
肥料已经成为农事活动特别是作物增产措施的重要 内容［2］。合理利 用 化 肥 及 研 究 施 肥 技 术 对 我 国 农 业 发展有着非 常 积 极 的 意 义［3］。 变 量 施 肥 技 术 是 精 确
将固体颗粒肥料在排肥口开口大小一定的情况 下，在肥箱内 肥 料 平 面 以 下 的 不 同 高 度 测 其 流 量，每 次取 10 个不同高度，测得 10 个流量值，通过 8 次实验
践表明，变量施肥可大大地提高肥料利用率、减少肥 流量影响不大，在实际应用中可以不考虑高度对施肥
料的浪费以及多余肥料对环境的不良影响，具有显著 量的影响。
的经济、社会和生态效益。但传统的人工撒施肥料不
仅施肥劳动强度大、生产效率低，而且施肥均匀性差；
现有的撒肥机械当车速变化时，由于不能及时地改变
排肥量，使得 施 肥 量 随 车 速 增 大 而 减 少，不 能 满 足 农
在不同的撒肥机设计时应根据实际排肥口尺寸再做实
验，确定其函数关系。
2 撒肥机的硬件选择与设计
2． 1 撒肥机的整体结构 变量撒肥机由 车 速 信 息 采 集 系 统 、单 片 机 控 制 电
路、步进电机驱动系统、排肥设备等 4 部分组成。车 速信息采集系统由电磁传感器来完成，通过采集机具 的运行速度和设定的肥料施撒信息一起输入单片机 控制电路，经 过 运 算 得 出 所 需 的 脉 冲 数； 将 这 个 脉 冲 数输入步进 电 机 的 驱 动 器，控 制 步 进 电 机 变 速 转 动， 进而改变排肥口的大小，按需输出肥料。其变量施肥 机控制结构如图 3 所示。
·114·
2015 年 4 月
农机化研究
第4 期
5 /10、6 /10、7 /10、8 /10、9 /10、10 /10 时测量肥料流完 需要的时间，重复进行 5 次，求其平均值；然后将不同 排肥口开度排完定量体积肥料的时间换算成单位时 间的排肥量（ 流量） ，得到排肥量与排肥口开度之间的 关系，如图 2 所示。从图 2 可以看出：所选用颗粒状 肥料在长方形排肥口条件下，排肥口开度与排肥流量 之间并不是线性关系 （ 阀门移动距离越大，排肥口开 度越大） ，而是呈抛物线函数关系。这表明，随着所需 流量的变化，排肥口开度也要符合抛物线函数关系变 化，才能提高施肥质量。
高 施 肥 质 量 。实 验 为 变 量 撒 肥 机 具 的 控 制 系 统 设 计 提 供 了 依 据 ，所 设 计 的 变 量 撒 肥 机 具 有 更 好 的 施 肥 性 能 。
关键词： 变量撒肥机； 施肥特性； 控制系统
中图分类号： S224． 22
文献标识码： A
文章编号： 1003 － 188X（2015）04 － 0114 － 03
本设计以 C 语言为开发平台，开发变量施肥机控 制系统［6］。该系 统 可 根 据 车 速 的 变 化 而 改 变 施 肥 口
度对施肥量对施肥影响不大，在撒肥机设计中可以忽 略不计；但排 肥 口 开 度 对 施 肥 量 有 较 大 影 响，在 产 品
开度大小，并对不同施肥口开度施肥流量用所得修正 设计中应加以控制。
图 2 排肥口开口大小与流量之间的拟合曲线
Fig． 2 Fitting curve between the size of the fertilizer ejector and flow
本机构中施肥机每公顷的排肥量 Q （ kg） 为
Q = 10 005 × q
（1）
vB
根据拟合曲线得到关系式如式（2） ，Ｒ 的检验值为
·115·
2015 年 4 月 器和比较器组成，应用电路如图 4 所示。
农机化研究
第4 期
图 4 行程和车速检测电路
Fig． 4 Distance and speed detection circuit
2． 2． 2 控制脉冲输出 由于步进电机的驱动电源具有功率放大电路和
4 结语
脉冲分配器，因此单片机输出给步进电机的仅为 5V
图 1 瞬时流量与高度之间的关系 Fig． 1 Ｒelationship between instantaneous flow rate and height
1． 2 出肥口开度对施肥量的影响
排肥口形状有圆 形 、长 方 形 、正 方 形 多 种 形 式 ，本
收稿日期： 2014 － 04 － 09 基金项目： 陕西省农业机械科研开发项目（ SNJKY2012． 26） 作者简 介： 侯 蕊 （ 1987 － ） ，女，西 安 人，硕 士 研 究 生，（ E － mail ）
图 3 变量施肥机控制结构 Fig． 3 Variable manure spreader control structure
目前，微控制器的型号和种类有很多 （ 如 M3 系 列、MSP430 系列、STC51 系列等） ，每一款微控制器都 有自己的优势和适用的环境。本次设计对微控制器 的要求主要有：
［1］ 段洁利，李君，卢玉华． 变量施肥机械研究现状与发展对 策［J］． 农机化研究，2011，33（5） ：245 － 248．
［2］ 龚艳，丁素明，付锡敏． 我国施肥机械化发展现状及对策 分析［J］． 农业开发研究，2009，9（5） ：6 － 9．
［3］ 马旭，马成林，桑国旗，等． 变量施肥机具的设计［J］． 农业 机械学报，2005，36（1） ：50 － 53．
2015 年 4 月
农机化研究
第4 期
变量撒肥机设计参数研究及控制系统设计
侯 蕊，朱瑞祥
（ 西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西 杨凌 712100）
摘 要： 为 了 提 高 变 量 撒 肥 机 的 施 肥 精 度 ，尽 可 能 地 减 少 肥 料 浪 费 和 对 环 境 造 成 的 污 染 ，对 变 量 撒 肥 机 的 关 键
设计 参 数 进 行 了 研 究 。结 果 表 明 ，肥 箱 内 肥 料 高 度 对 排 肥 量 影 响 不 显 著 ，排 肥 口 开 度 和 施 肥 量 呈 比 例 函 数 关 系 ，
并 在 此 基 础 上 设 计 了 一 种 用 于 变 量 撒 肥 机 控 制 系 统 。该 系 统 可 以 根 据 撒 肥 机 的 车 速 变 化 控 制 排 肥 口 的 大 小 ，提
DOI:10.13427/ki.njyi.2015.04.027
0 引言
1． 1 肥料高度对施肥量的影响 变量撒肥机的肥箱有多种结构，如圆 筒 形、圆 锥
粮食生产在很大程度上依赖于作物品种的改进、 形、方锥形、方形等。在实际应用中，方锥形的肥箱应 生产技术的 完 善，以 及 施 肥 量、施 肥 效 率 的 提 高［1］。 用最广泛，因此选择一种方锥形的肥箱来研究肥料高
农业的重要组成部分，它根据作物生长的实际需要， 所得数据如图 1 所示。从图 1 看出，流量和高度之间
基于科学的施肥方法 （ 如养分平衡施肥法、目标产量 施肥法等） 对作物进行变量投入，即按需投入［4］。实
不成比例函数关系，流量始终在 0． 100kg / s 左右，上下 浮动不超过 10g，偏差范围不超过 1% 。因此，高度对
2） 农业自动导航中普遍使用 基 于 D － GPS 导 航 的方式，开 发 成 本 高［4 － 5］。 本 文 采 用 航 位 导 航 的 方
函数（ 公式 2） 进行修正，进一步提高施肥质量。其控
3） 基于单片机的撒肥机控制器，可以满足撒肥机
制系统流程图如图 5 所示。
变量控制需要，变量控制显著提高施肥精度［7］。
参考文献：
图 5 控制系统的运行流程图 Fig． 5 Operation flow chart of control system
1） 稳 定。系 统 工 作 环 境 比 较 复 杂，温 湿 度 变 化 大，而且灰尘 比 较 大，要 求 微 控 制 器 能 够 在 较 复 杂 环 境下正常工作。
2） 控制能力强。本系统中机电设备较多，包括两 个行走电机和一个物料投放控制电机，还包括行驶路 程检测等，这就要求选用的微控制器具有强大的控制 能力。
根据系统要求 ，整 个 单 片 机 控 制 电 路 包 括 机 具 作 业速度信号输入及控制脉冲输出等部分。 2． 2． 1 撒肥机行程和作业速度的采集
在本次设计中 ，机 具 的 作 业 速 度 是 一 个 不 可 忽 略 的因素。行程和车速检测一般都是采用光电传感器 或电磁传感器记录车轮或主轴转动圈数的方法。本 设计选用的 是 电 磁 传 感 器，在 主 动 轮 上 安 装 永 磁 体， 通过霍尔开关记录车轮转动圈数；用单片机对单位时 间内脉冲进行检测，测得到运行时的车速。选用的霍 尔传感器为 OH44E，该传感器体积小、功耗低、电路简 单、便于安装。行程和车速检测电路主要由霍尔传感
baobao19870221@ sina． com。 通讯作者： 朱瑞祥（1956 － ），男，陕西三原人，教授，（E － mail）zrxjdxy2006验所用肥料为普通颗 粒尿素。