变量施肥播种控制系统的设计与试验
发布时间：2020-10-31 13:00
精准农业是当今乃至未来世界农业发展的大方向,是由电子信息技术提供支持的根据空间变异,包括地理精确定位、工作状态定时、投入资源定量地施行全方位现代化田间农事操作管理的系统。变量施肥播种控制技术,则是精准农业最中重要的一个环节,主要是应用电子计算机实时指导田间施肥播种作业,以实现对农作物的整体生长周期所必须的资源进行变量投入。合理布局播种,降低化肥投入不仅可以取得极大的经济效益,同时对自然环境可持续发展也有重要的历史意义。针对精准农业要求结合目前我国的施肥播种机,本文先后设计出了两款变量施肥播种控制器,主要是由核心控制器、人机交互模块、实时传感检测以及驱动执行机构组成。不仅能够满足田间变量施肥播种作业的基本要求,还加入了无线传输测控及智能决策算法,通过采集影响施肥播种作业的变量因素,判断出合理有效的调节方式并执行。对于施肥播种作业而言,机具行进速度、预设排量标准、实时施撒情况等因素都会影响作业的精度,为了检测这些影响因素,并且做出相应的调整控制。本文提出两套变量施肥播种控制方案,分别以51单片机为核心的控制系统和ARM11为核心的智能控制系统。两种方案均包括上下位机两部分,上位机主要进行人机交互、运算决策和指令下达任务,下位机则主要完成传感采集及指令执行任务。由于控制系统中存在多路信息采集并且传感器分布较为分散,为了简化布局,系统的整体通讯方式采用无线双向收发,避免复杂的接线结构。单片机控制器可以满足简单的变量施肥播种作业控制,由于本身功能的局限性,无法开发过多附加功能。ARM控制器能够满足整体系统的智能化,后台程序采用多线程同步运行方式,并且配备液晶触摸屏进行人机交互,外部存储设备扩容等拓展功能。执行机构通过控制步进电机转速驱动排肥播种变量施撒,为了提高步进电机控制精度,本文研究了基于模糊控制的PID闭环调节,利用matlab数学软件中的模糊控制工具箱,完成了模糊控制器的设计,并推导步进电机传递函数模型,在simulink库中创建其控制系统仿真模型,通过对比仿真结果,模糊PID的自适应调节响应时间比常规PID的响应时间缩短了近一倍,故而采用模糊PID的方式进行C语言编程,实现控制器的模糊调节。为了验证控制器田间施肥播种的控制效果,将其与施肥播种机连接,组成整体系统,根据施肥播种量、机具参数和控制信号之间的关系,完成了一系列试验。包括各部分传感信息测试、肥料种子标定以及田间作业试验。经过多组试验结果表明,控制系统整体运行稳定,并且肥料使用量得到有效控制,播种效果均匀适量。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S223.24
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 现阶段存在的问题
1.3 研究的主要内容
1.4 本章小结
第二章 单片机施肥播种控制器设计
2.1 控制系统硬件设计
2.1.1 控制器选型
2.1.2 液晶显示及按键电路设计
2.1.3 无线收发电路设计
2.1.4 GPS模块电路
2.1.5 PWM驱动脉冲电路
2.2 硬件电路原理图
2.3 控制系统软件程序设计
2.3.1 相关开发软件介绍
2.3.2 上位机控制器程序设计
2.3.3 下位机控制器程序设计
2.4 控制器调速原理
2.4.1 手动换挡调速
2.4.2 自动定位调速
2.5 单片机施肥播种控制器
2.6 本章小结
第三章 ARM智能施肥播种控制器设计
3.1 控制系统硬件设计
3.1.1 控制器选型
3.1.2 GPS定位电路
3.1.3 无线通讯模块电路
3.1.4 霍尔测速传感电路
3.1.5 多路传感采集模块
3.1.6 供电电源转换模块
3.1.7 摄像头功能模块
3.2 硬件电路原理图
3.3 控制器软件程序设计
3.3.1 相关开发软件介绍
3.3.2 程序设计思想
3.3.3 上位机控制器图形界面程序设计
3.3.4 上位机信息接收采集程序设计
3.3.5 上位机控制指令发送程序设计
3.3.6 下位机信息采集发射程序设计
3.4 ARM智能施肥播种控制器
3.5 控制器相关算法研究
3.5.1 模糊控制器设置
3.5.2 步进电机数学模型
3.5.3 模糊PID的Simulink仿真
3.5.4 模糊化控制策略的C程序实现
3.6 本章小结
第四章 施肥播种系统及相关参数
4.1 施肥播种器选择
4.2 施肥播种机
4.2.1 施肥播种机技术要求
4.2.2 施肥播种机具
4.3 两种施肥播种控制器对比
4.4 施肥播种总体系统
4.5 施肥播种环境因素及控制变量
4.6 本章小结
第五章 施肥播种系统及试验
5.1 传感信息测试
5.2 室内试验
5.2.1 排肥性能试验
5.2.2 控制效果试验
5.3 田间试验
5.3.1 田间标定试验
5.3.2 施肥播种作业
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 完成的主要工作
6.2 进一步的研究与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的科研成果
【参考文献】
本文编号：2863977
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S223.24
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 现阶段存在的问题
1.3 研究的主要内容
1.4 本章小结
第二章 单片机施肥播种控制器设计
2.1 控制系统硬件设计
2.1.1 控制器选型
2.1.2 液晶显示及按键电路设计
2.1.3 无线收发电路设计
2.1.4 GPS模块电路
2.1.5 PWM驱动脉冲电路
2.2 硬件电路原理图
2.3 控制系统软件程序设计
2.3.1 相关开发软件介绍
2.3.2 上位机控制器程序设计
2.3.3 下位机控制器程序设计
2.4 控制器调速原理
2.4.1 手动换挡调速
2.4.2 自动定位调速
2.5 单片机施肥播种控制器
2.6 本章小结
第三章 ARM智能施肥播种控制器设计
3.1 控制系统硬件设计
3.1.1 控制器选型
3.1.2 GPS定位电路
3.1.3 无线通讯模块电路
3.1.4 霍尔测速传感电路
3.1.5 多路传感采集模块
3.1.6 供电电源转换模块
3.1.7 摄像头功能模块
3.2 硬件电路原理图
3.3 控制器软件程序设计
3.3.1 相关开发软件介绍
3.3.2 程序设计思想
3.3.3 上位机控制器图形界面程序设计
3.3.4 上位机信息接收采集程序设计
3.3.5 上位机控制指令发送程序设计
3.3.6 下位机信息采集发射程序设计
3.4 ARM智能施肥播种控制器
3.5 控制器相关算法研究
3.5.1 模糊控制器设置
3.5.2 步进电机数学模型
3.5.3 模糊PID的Simulink仿真
3.5.4 模糊化控制策略的C程序实现
3.6 本章小结
第四章 施肥播种系统及相关参数
4.1 施肥播种器选择
4.2 施肥播种机
4.2.1 施肥播种机技术要求
4.2.2 施肥播种机具
4.3 两种施肥播种控制器对比
4.4 施肥播种总体系统
4.5 施肥播种环境因素及控制变量
4.6 本章小结
第五章 施肥播种系统及试验
5.1 传感信息测试
5.2 室内试验
5.2.1 排肥性能试验
5.2.2 控制效果试验
5.3 田间试验
5.3.1 田间标定试验
5.3.2 施肥播种作业
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 完成的主要工作
6.2 进一步的研究与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的科研成果
【参考文献】
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1 李述孟;基于ARM的自动变量施肥控制系统的研究[D];吉林大学;2006年
本文编号：2863977
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