苹果园精准施肥控制系统设计
发布时间：2021-08-20 15:26
我国果园种植面积逐年增加,施肥是果园管理的重要环节,目前,普遍存在施肥量大,肥料利用率低等问题,适时适量的施肥对果树的生长具有重要作用,也是响应国家“两减一增”的重要途径之一。针对旱区果园条开沟条施肥存在肥料利用率低、施肥深度及位置不满足农艺要求以及现有的果园施肥机械配套的控制系统较少等现状,本文制定了基于苹果园条开沟间歇定段施肥的精准施肥方案,依据该精准施肥方案设计了一种条开沟间歇定段施肥的精准施肥控制系统,该系统可根据果园施肥农艺技术要求及不同阶段果树需肥特性,实现适时适量施肥,进一步降低肥料使用量,提高肥料利用率。本文主要完成的工作及结论如下:（1）确定精准施肥方案调研果园的种植模式,了解果树各个生长时期的需肥特点、施肥农艺要求,结合旱区果园机械化发展现状,对比分析了三种施肥方式的优劣性,提出并分析了条开沟间歇施肥方式的可行性。（2）总体方案设计依据提出的施肥方式对控制系统进行总体方案设计,对控制系统的关键部件进行方案设计,通过多方案对比确定了控制系统的组成,建立了排肥脉冲信号周期与检测时间的数学关系,使排肥轴转速匹配试验平台行进速度,对施肥量以及施肥长度的控制。（3）控制系统硬...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 精准施肥技术
1.2.2 施肥控制系统设计
1.3 研究内容与方法
1.3.1 研究内容和方法
1.3.2 技术路线
第二章 精准施肥控制系统总体方案设计
2.1 需求分析
2.2 施肥方案的确立
2.3 系统结构与工作原理
2.3.1 系统结构
2.3.2 工作原理
2.4 关键部件方案设计与选择
2.4.1 施肥位置探测方式选择
2.4.2 排肥器选择
2.4.3 控制器选择
2.5 施肥量控制方式与控制原理
2.5.1 施肥量控制方式选择
2.5.2 施肥量控制原理
2.6 施肥位置控制原理
2.6.1 二维图像坐标系与二维成像平面坐标系
2.6.2 世界坐标系与相机坐标系
2.6.3 双目视觉原理
2.7 本章小结
第三章 精准施肥控制系统设计
3.1 系统原理
3.2 施肥位置的获取
3.2.1 颜色空间选取
3.2.2 图像预处理
3.2.3 阈值分割
3.2.4 形态学操作
3.2.5 小面积消除
3.2.6 施肥位置计算
3.3 施肥量及施肥长度关系的建立
3.3.1 行进速度获取
3.3.2 启动延时的获取
3.3.3 施肥时间的计算
3.3.4 排肥轴转速计算
3.3.5 行进速度与排肥轴转速自适应
3.4 本章小结
第四章 系统硬件选择与电路设计
4.1 控制器选型
4.2 排肥模块选型
4.2.1 外槽轮排肥器选型
4.2.2 步进电机及驱动器选型
4.3 驱动模块
4.4 硬件电路总体设计
4.4.1 电源模块设计
4.4.2 控制器通信模块设计
4.4.3 驱动模块电路设计
4.4.4 施肥模块电路设计
4.5 试验平台的搭建
4.5.1 搭建目的
4.5.2 试验平台组成
4.6 本章小结
第五章 系统软件设计与实现
5.1 系统软件总体设计
5.2 开发环境
5.3 系统主程序设计
5.3.1 编码器信号获取子程序
5.3.2 行进速度子程序
5.3.3 施肥位置获取子程序
5.3.4 施肥信号获取子程序
5.3.5 延时信号子程序
5.3.6 步进电机脉冲信号周期T1子程序
5.4 本章小结
第六章 试验及结果分析
6.1 试验目的
6.2 施肥位置精准性试验
6.2.1 相机标定试验
6.2.2 HSV颜色分割试验
6.2.3 施肥位置精度试验
6.3 施肥性能试验
6.3.1 试验指标与因素
6.3.2 试验结果与分析
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
附录A
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]丘陵山区果园开沟施肥机的研制——基于农机与农艺融合[J]. 王攀,陈建,余满江,庹洪章,卢营蓬,易文裕. 农机化研究. 2019(06)
[2]视觉检测技术在图书生产缺陷控制中的应用[J]. 杜万全. 印刷经理人. 2018(08)
[3]果园对靶喷药控制系统的设计及试验[J]. 邹伟,王秀,高斌,范鹏飞,苏帅. 农机化研究. 2019(02)
[4]水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验（英文）[J]. 王金武,李树伟,张曌,李杞超. 农业工程学报. 2018(08)
[5]不同施肥方式对枣园土壤及叶片养分含量的影响[J]. 付倩雯,宋锋惠,史彦江,吴正保,马合木提·阿不来提. 新疆农业科学. 2018(03)
[6]小田块变量施肥系统优化设计与应用[J]. 余洪锋,丁永前,刘海涛,朱文倩,刘国强,傅秀清,丁为民. 农业工程学报. 2018(03)
[7]沈阳‘寒富’苹果示范园管理水平及果实品质分析[J]. 周恩达,刘文,范世地,吕德国,秦嗣军. 北方果树. 2018(01)
[8]水肥调控技术及其功能性肥料研究进展[J]. 杜建军,阚玉景,黄帮裕,李永胜,王新爱. 植物营养与肥料学报. 2017(06)
[9]外槽轮排肥器关键工作参数对排肥量影响的仿真与试验研究[J]. 汪博涛,白璐,丁尚鹏,姚毓香,黄玉祥,朱瑞祥. 中国农机化学报. 2017(10)
[10]新壮态:为减肥减药注入核动力[J]. 成波. 营销界(农资与市场). 2017(19)
博士论文
[1]果园信息获取现代传感方法及装置研究[D]. 邓小蕾.中国农业大学 2014
[2]基于处方图的变量施肥系统关键技术研究[D]. 张继成.东北农业大学 2013
[3]精准农业大豆变量施肥控制技术研究[D]. 王熙.黑龙江八一农垦大学 2010
[4]RFID关键技术研究与实现[D]. 丁治国.中国科学技术大学 2009
硕士论文
[1]基于双目视觉的无人机障碍物检测研究[D]. 王淏.兰州理工大学 2018
[2]基于离散元法的螺旋式排肥器仿真分析与试验研究[D]. 曹艳文.吉林农业大学 2017
[3]果树土肥搅拌精量控制施肥机的设计与仿真[D]. 张平平.山东农业大学 2016
[4]基于图像的深度获取方法研究[D]. 祝风翔.浙江大学 2016
[5]基于自适应权重的双目视觉立体匹配算法的研究与改进[D]. 王倩.北京邮电大学 2015
[6]嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制技术的研究[D]. 王鹏.黑龙江八一农垦大学 2014
[7]搅刀—拨轮式排肥器排施粉状化肥性能研究[D]. 刘瑞浩.内蒙古农业大学 2014
[8]基于机器视觉的苹果自动套袋关键技术研究[D]. 刘哲.沈阳理工大学 2014
[9]基于ANFIS的面阵相机几何畸变校正方法研究[D]. 金元.南京理工大学 2012
[10]基于双目立体视觉的物体深度信息提取系统研究[D]. 刘维.中南大学 2009
本文编号：3353749
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 精准施肥技术
1.2.2 施肥控制系统设计
1.3 研究内容与方法
1.3.1 研究内容和方法
1.3.2 技术路线
第二章 精准施肥控制系统总体方案设计
2.1 需求分析
2.2 施肥方案的确立
2.3 系统结构与工作原理
2.3.1 系统结构
2.3.2 工作原理
2.4 关键部件方案设计与选择
2.4.1 施肥位置探测方式选择
2.4.2 排肥器选择
2.4.3 控制器选择
2.5 施肥量控制方式与控制原理
2.5.1 施肥量控制方式选择
2.5.2 施肥量控制原理
2.6 施肥位置控制原理
2.6.1 二维图像坐标系与二维成像平面坐标系
2.6.2 世界坐标系与相机坐标系
2.6.3 双目视觉原理
2.7 本章小结
第三章 精准施肥控制系统设计
3.1 系统原理
3.2 施肥位置的获取
3.2.1 颜色空间选取
3.2.2 图像预处理
3.2.3 阈值分割
3.2.4 形态学操作
3.2.5 小面积消除
3.2.6 施肥位置计算
3.3 施肥量及施肥长度关系的建立
3.3.1 行进速度获取
3.3.2 启动延时的获取
3.3.3 施肥时间的计算
3.3.4 排肥轴转速计算
3.3.5 行进速度与排肥轴转速自适应
3.4 本章小结
第四章 系统硬件选择与电路设计
4.1 控制器选型
4.2 排肥模块选型
4.2.1 外槽轮排肥器选型
4.2.2 步进电机及驱动器选型
4.3 驱动模块
4.4 硬件电路总体设计
4.4.1 电源模块设计
4.4.2 控制器通信模块设计
4.4.3 驱动模块电路设计
4.4.4 施肥模块电路设计
4.5 试验平台的搭建
4.5.1 搭建目的
4.5.2 试验平台组成
4.6 本章小结
第五章 系统软件设计与实现
5.1 系统软件总体设计
5.2 开发环境
5.3 系统主程序设计
5.3.1 编码器信号获取子程序
5.3.2 行进速度子程序
5.3.3 施肥位置获取子程序
5.3.4 施肥信号获取子程序
5.3.5 延时信号子程序
5.3.6 步进电机脉冲信号周期T1子程序
5.4 本章小结
第六章 试验及结果分析
6.1 试验目的
6.2 施肥位置精准性试验
6.2.1 相机标定试验
6.2.2 HSV颜色分割试验
6.2.3 施肥位置精度试验
6.3 施肥性能试验
6.3.1 试验指标与因素
6.3.2 试验结果与分析
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
附录A
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]丘陵山区果园开沟施肥机的研制——基于农机与农艺融合[J]. 王攀,陈建,余满江,庹洪章,卢营蓬,易文裕. 农机化研究. 2019(06)
[2]视觉检测技术在图书生产缺陷控制中的应用[J]. 杜万全. 印刷经理人. 2018(08)
[3]果园对靶喷药控制系统的设计及试验[J]. 邹伟,王秀,高斌,范鹏飞,苏帅. 农机化研究. 2019(02)
[4]水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验（英文）[J]. 王金武,李树伟,张曌,李杞超. 农业工程学报. 2018(08)
[5]不同施肥方式对枣园土壤及叶片养分含量的影响[J]. 付倩雯,宋锋惠,史彦江,吴正保,马合木提·阿不来提. 新疆农业科学. 2018(03)
[6]小田块变量施肥系统优化设计与应用[J]. 余洪锋,丁永前,刘海涛,朱文倩,刘国强,傅秀清,丁为民. 农业工程学报. 2018(03)
[7]沈阳‘寒富’苹果示范园管理水平及果实品质分析[J]. 周恩达,刘文,范世地,吕德国,秦嗣军. 北方果树. 2018(01)
[8]水肥调控技术及其功能性肥料研究进展[J]. 杜建军,阚玉景,黄帮裕,李永胜,王新爱. 植物营养与肥料学报. 2017(06)
[9]外槽轮排肥器关键工作参数对排肥量影响的仿真与试验研究[J]. 汪博涛,白璐,丁尚鹏,姚毓香,黄玉祥,朱瑞祥. 中国农机化学报. 2017(10)
[10]新壮态:为减肥减药注入核动力[J]. 成波. 营销界(农资与市场). 2017(19)
博士论文
[1]果园信息获取现代传感方法及装置研究[D]. 邓小蕾.中国农业大学 2014
[2]基于处方图的变量施肥系统关键技术研究[D]. 张继成.东北农业大学 2013
[3]精准农业大豆变量施肥控制技术研究[D]. 王熙.黑龙江八一农垦大学 2010
[4]RFID关键技术研究与实现[D]. 丁治国.中国科学技术大学 2009
硕士论文
[1]基于双目视觉的无人机障碍物检测研究[D]. 王淏.兰州理工大学 2018
[2]基于离散元法的螺旋式排肥器仿真分析与试验研究[D]. 曹艳文.吉林农业大学 2017
[3]果树土肥搅拌精量控制施肥机的设计与仿真[D]. 张平平.山东农业大学 2016
[4]基于图像的深度获取方法研究[D]. 祝风翔.浙江大学 2016
[5]基于自适应权重的双目视觉立体匹配算法的研究与改进[D]. 王倩.北京邮电大学 2015
[6]嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制技术的研究[D]. 王鹏.黑龙江八一农垦大学 2014
[7]搅刀—拨轮式排肥器排施粉状化肥性能研究[D]. 刘瑞浩.内蒙古农业大学 2014
[8]基于机器视觉的苹果自动套袋关键技术研究[D]. 刘哲.沈阳理工大学 2014
[9]基于ANFIS的面阵相机几何畸变校正方法研究[D]. 金元.南京理工大学 2012
[10]基于双目立体视觉的物体深度信息提取系统研究[D]. 刘维.中南大学 2009
本文编号：3353749
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