山区烤烟液态肥精准施肥系统关键技术研究

发布时间：2020-08-07 01:20

【摘要】：农业发展水平在国民经济中起着重要作用,烤烟作为我国经济农作物,与众多农作物一样在生长过程中需要施用化肥提高烤烟产量。目前我国比较常用的化肥是固态肥,但是固态肥的有效利用率较低,将液态肥替代传统意义上的固态肥,既可提高肥效又可减少环境污染。液态肥的发展促进了液态肥施用机械的发展,目前市面上液态肥施肥机大多应用于普通平原地区,适用于山区烤烟的施肥机械较少,故针对山区地形开展烤烟精准施肥系统研究具有实际意义,本文主要研究的内容如下:(1)液态肥精准施肥系统方案研究。针对山区烤烟作物施肥需求确定总体设计原则,研究系统的整机方案。(2)施肥系统关键部件设计与分析。首先对肥液供给装置的回路方案进行比较分析,确定采用主路节流调节回路,然后对其结构进行设计,经计算确定该装置的输肥管道管径参数;对田中支撑装置进行设计,并对软管导向梁进行优化设计,确定其尺寸参数;最后进行施肥枪结构设计和相关元器件选型,建立施肥枪控制模型。(3)施肥通道流体特性研究与分析。计算校核系统扬程损失和管道压损,确保肥液能够成功输送至施肥枪进口;对施肥枪流体域进行Fluent仿真分析,数值验证施肥枪的设计满足出口施肥量需求。(4)施肥枪精准控制系统硬件设计。应用Altium Designer软件工具设计单片机最小系统模块、按键输入模块、LCD显示模块、电动调节阀驱动模块及流量报警电路模块,确定精准施肥控制系统的硬件电路原理图。(5)精准控制系统的软件设计与实现。采用PID控制方法和自适应模糊PID控制方法,以阶跃信号作为输入,在MATLAB中建立二者控制模型并进行仿真,可得出常规PID控制响应时间是0.35s,而自适应模糊PID控制的响应时间为0.15s,对比得出自适应模糊PID控制方法更优越,并根据此方法在Keil uVision中对系统的软件程序进行编程实现。(6)试制施肥枪样机并进行施肥枪精准控制试验。经试验可得出施肥量在施肥枪施肥范围控制误差最高是4.7%,最低仅为1%,低于烟草行业要求的8%的误差,验证精准施肥控制系统的硬件和软件可行性。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S224.2
【图文】：

图 1.1 凯斯爱国者 3310 自走式液态施肥喷药机 图 1.2 Great Plians 喷药机图 1.3 约翰迪尔 4000 自走式液态施肥喷药机 图 1.4 海吉 STS-10 喷洒去雄组合机液体肥料滴灌设备的设计原理简单，操作方便快捷，可实现灌溉时间，灌溉量的远程控制，该技术是将足够液态肥置于储肥箱中，通过输肥相应管道将液态肥送至滴灌设备，随后滴管设备将之送至施肥管道末端，这种施肥管道埋于土壤中作物根部，故只需启动滴灌设备即可将液肥送至相应作物根部。以色列在该种设备上有较先进的

图 1.1 凯斯爱国者 3310 自走式液态施肥喷药机 图 1.2 Great Plians 喷药机图 1.3 约翰迪尔 4000 自走式液态施肥喷药机 图 1.4 海吉 STS-10 喷洒去雄组合机液体肥料滴灌设备的设计原理简单，操作方便快捷，可实现灌溉时间，灌溉量的远程控制，该技术是将足够液态肥置于储肥箱中，通过输肥相应管道将液态肥送至滴灌设备，随后滴管设备将之送至施肥管道末端，这种施肥管道埋于土壤中作物根部，故只需启动滴灌设备即可将液肥送至相应作物根部。以色列在该种设备上有较先进的

图 1.3 约翰迪尔 4000 自走式液态施肥喷药机 图 1.4 海吉 STS-10 喷洒去雄组合机液体肥料滴灌设备的设计原理简单，操作方便快捷，可实现灌溉时间，灌溉量的远程控制，该技术是将足够液态肥置于储肥箱中，通过输肥相应管道将液态肥送至滴灌设备，随后滴管设备将之送至施肥管道末端，这种施肥管道埋于土壤中作物根部，故只需启动滴灌设备即可将液肥送至相应作物根部。以色列在该种设备上有较先进的研究，发展在世界前列，如以色列耐特菲姆（Netafim）施肥机，其包括三路施肥通道，可根据需要设定的 EC/PH 值调节灌溉系统的施肥量，这种施肥方式的施肥量用相应的 PLC 进行控制，基本不浪费，减轻了土壤负担，实现了较高的吸收率，但是施肥成本也较高，其管道需遍布整块土壤，需定期更换铺设的管道，且其滴灌头容易被土壤堵塞，其工作量不可预估，故不适合大范围投产使用[11]。液体肥料深施机设备是将液态肥深施到土壤表层以下作物根部的一种机械，该类设备技术含量较高，目前全球研发的公司较少，发展较不成熟[12]。但是液肥深施机的投产使用是以后的发展趋势，它的化肥吸收率是目前施肥方式中最高的一种，基本无污染，深施至根系，无浪费。如 A. R.Womac 等人设计了曲柄摇杆型液体肥料设备，

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本文编号：2783249