精準農業(yè)是當今乃至未來世界農業(yè)發(fā)展的大方向,是由電子信息技術提供支持的根據空間變異,包括地理精確定位、工作狀態(tài)定時、投入資源定量地施行全方位現代化田間農事操作管理的系統。變量施肥播種控制技術,則是精準農業(yè)最中重要的一個環(huán)節(jié),主要是應用電子計算機實時指導田間施肥播種作業(yè),以實現對農作物的整體生長周期所必須的資源進行變量投入。合理布局播種,降低化肥投入不僅可以取得極大的經濟效益,同時對自然環(huán)境可持續(xù)發(fā)展也有重要的歷史意義。針對精準農業(yè)要求結合目前我國的施肥播種機,本文先后設計出了兩款變量施肥播種控制器,主要是由核心控制器、人機交互模塊、實時傳感檢測以及驅動執(zhí)行機構組成。不僅能夠滿足田間變量施肥播種作業(yè)的基本要求,還加入了無線傳輸測控及智能決策算法,通過采集影響施肥播種作業(yè)的變量因素,判斷出合理有效的調節(jié)方式并執(zhí)行。對于施肥播種作業(yè)而言,機具行進速度、預設排量標準、實時施撒情況等因素都會影響作業(yè)的精度,為了檢測這些影響因素,并且做出相應的調整控制。本文提出兩套變量施肥播種控制方案,分別以51單片機為核心的控制系統和ARM11為核心的智能控制系統。兩種方案均包括上下位機兩部分,上位機主要進行人機交互、運算決策和指令下達任務,下位機則主要完成傳感采集及指令執(zhí)行任務。由于控制系統中存在多路信息采集并且傳感器分布較為分散,為了簡化布局,系統的整體通訊方式采用無線雙向收發(fā),避免復雜的接線結構。單片機控制器可以滿足簡單的變量施肥播種作業(yè)控制,由于本身功能的局限性,無法開發(fā)過多附加功能。ARM控制器能夠滿足整體系統的智能化,后臺程序采用多線程同步運行方式,并且配備液晶觸摸屏進行人機交互,外部存儲設備擴容等拓展功能。執(zhí)行機構通過控制步進電機轉速驅動排肥播種變量施撒,為了提高步進電機控制精度,本文研究了基于模糊控制的PID閉環(huán)調節(jié),利用matlab數學軟件中的模糊控制工具箱,完成了模糊控制器的設計,并推導步進電機傳遞函數模型,在simulink庫中創(chuàng)建其控制系統仿真模型,通過對比仿真結果,模糊PID的自適應調節(jié)響應時間比常規(guī)PID的響應時間縮短了近一倍,故而采用模糊PID的方式進行C語言編程,實現控制器的模糊調節(jié)。為了驗證控制器田間施肥播種的控制效果,將其與施肥播種機連接,組成整體系統,根據施肥播種量、機具參數和控制信號之間的關系,完成了一系列試驗。包括各部分傳感信息測試、肥料種子標定以及田間作業(yè)試驗。經過多組試驗結果表明,控制系統整體運行穩(wěn)定,并且肥料使用量得到有效控制,播種效果均勻適量。
【學位單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S223.24
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究目的及意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 國外研究現狀
        1.2.2 國內研究現狀
        1.2.3 現階段存在的問題
    1.3 研究的主要內容
    1.4 本章小結
第二章 單片機施肥播種控制器設計
    2.1 控制系統硬件設計
        2.1.1 控制器選型
        2.1.2 液晶顯示及按鍵電路設計
        2.1.3 無線收發(fā)電路設計
        2.1.4 GPS模塊電路
        2.1.5 PWM驅動脈沖電路
    2.2 硬件電路原理圖
    2.3 控制系統軟件程序設計
        2.3.1 相關開發(fā)軟件介紹
        2.3.2 上位機控制器程序設計
        2.3.3 下位機控制器程序設計
    2.4 控制器調速原理
        2.4.1 手動換擋調速
        2.4.2 自動定位調速
    2.5 單片機施肥播種控制器
    2.6 本章小結
第三章 ARM智能施肥播種控制器設計
    3.1 控制系統硬件設計
        3.1.1 控制器選型
        3.1.2 GPS定位電路
        3.1.3 無線通訊模塊電路
        3.1.4 霍爾測速傳感電路
        3.1.5 多路傳感采集模塊
        3.1.6 供電電源轉換模塊
        3.1.7 攝像頭功能模塊
    3.2 硬件電路原理圖
    3.3 控制器軟件程序設計
        3.3.1 相關開發(fā)軟件介紹
        3.3.2 程序設計思想
        3.3.3 上位機控制器圖形界面程序設計
        3.3.4 上位機信息接收采集程序設計
        3.3.5 上位機控制指令發(fā)送程序設計
        3.3.6 下位機信息采集發(fā)射程序設計
    3.4 ARM智能施肥播種控制器
    3.5 控制器相關算法研究
        3.5.1 模糊控制器設置
        3.5.2 步進電機數學模型
        3.5.3 模糊PID的Simulink仿真
        3.5.4 模糊化控制策略的C程序實現
    3.6 本章小結
第四章 施肥播種系統及相關參數
    4.1 施肥播種器選擇
    4.2 施肥播種機
        4.2.1 施肥播種機技術要求
        4.2.2 施肥播種機具
    4.3 兩種施肥播種控制器對比
    4.4 施肥播種總體系統
    4.5 施肥播種環(huán)境因素及控制變量
    4.6 本章小結
第五章 施肥播種系統及試驗
    5.1 傳感信息測試
    5.2 室內試驗
        5.2.1 排肥性能試驗
        5.2.2 控制效果試驗
    5.3 田間試驗
        5.3.1 田間標定試驗
        5.3.2 施肥播種作業(yè)
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 完成的主要工作
    6.2 進一步的研究與展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間取得的科研成果

【參考文獻】

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本文編號：2863977