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自动变量施肥控制系统的开发和研制

作　者: 吉建斌
导　师: 张文爱
学　校: 太原理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 变量施肥 C8051F020 液压流量调节阀 速度传感器 反馈控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 47次
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内容摘要


随着现代科学技术的迅猛发展,变量施肥已成为当今世界科学施肥的潮流,它的科学性、合理性、针对性以及高产、高效、优质等特点是本世纪发展“精准农业”值得推广的重点技术之一。然而在我国国内,大多数农村,化肥的田间使用仍然是采用传统的人工撒播方式,劳动效率低下。随着农村从事生产劳动人口数量的逐年减少,化肥的人工施用成为当前限制农业生产发展的主要因素之一。另外,农业生产化肥的过量使用,出现了化肥使用率较低,环境污染和地下水残留超标等问题,对我国农产品的质量安全造成了严重的威胁。20世纪90年代以来,变量施肥技术飞速的发展,许多发达国家都研制出各自特色的变量施肥机,然而大多结构复杂,总体造价昂贵,且受土壤环境等影响较大。国内也有部分施肥系统研制成功,机械结构复杂,成本较高。本文介绍了一种适合国内农业生产的基于脉宽调制(PWM)的全自动变量施肥控制系统,能够实现肥料播撒随农机具行驶速度自动调节,并且可以在施肥过程中随意改变施肥量,也可结合GPS/GIS全自动变量施肥,达到精准施肥的目的。脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM控制主要应用在电力电子技术行业,包括风力发电、电机调速、直流供电等领域.本全自动变量施肥控制系统亦采用PWM脉宽信号来控制液压流量调节阀达到控制液压马达转速的目的。本文做的主要工作有:1)对我国农业现状及农业施肥状况进行分析,论述变量施肥的重要性以及开发变量施肥系统的重要意义;2)在深入分析影响施肥的各种因素和施肥控制原理的基础上,确定变量施肥控制系统实施方案;3)通过大量实测试验,确定了施肥量、机具前进速度和液压马达转速三者之间的关系。建立了变量施肥系统的数学模型;4)分析控制系统信号的输入和输出,设计采用以C8051F020处理器为核心的控制系统作为变量施肥执行机构的控制器,并留出了与上位机的接口,为以后的开发研究奠定了基础;5)确定了变量施肥的控制策略。对系统软件进行设计和编写;6)对所设计的变量施肥控制系统进行模拟测试调试和田间调试实验。分析测得实验数据的误差,并提出改进建议。本控制系统通过大量实验及测试,实验证明,能够准确实现预定施肥目标。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章 引言  9-14
  1.1 我国化肥施用存在的问题  9-10
  1.2 科学施肥  10-11
  1.3 变量施肥控制技术  11-12
  1.4 研究的目的和意义  12
  1.5 论文章节安排  12-14
第二章 变量施肥控制方案  14-24
  2.1 施肥方案  14-19
    2.1.1 影响施肥量的主要因素  14-16
    2.1.2 变量施肥的可用方案  16-18
    2.1.3 变量施肥方案的确定  18-19
  2.2 施肥机结构及液压油路系统  19-23
    2.2.1 施肥机结构  19-21
    2.2.2 系统液压油路结构  21-23
  2.3 小结  23-24
第三章 控制系统及硬件设计  24-37
  3.1 控制系统总体结构设计  24-26
  3.2 系统硬件  26-36
    3.2.1 变量施肥控制的控制芯片选择  26-28
    3.2.2 控制系统硬件结构  28-29
    3.2.3 传感器及其接口  29-30
    3.2.4 液晶显示、触摸屏及其接口  30-32
    3.2.5 控制信号输出  32-33
    3.2.6 GPS/GIS 及其与控制器接口  33-34
    3.2.7 与上位机接口  34-35
    3.2.8 施肥数据输入  35
    3.2.9 系统对电源的要求  35-36
    3.2.10 系统原理图的确定  36
  3.3 小结  36-37
第四章 控制系统软件设计  37-58
  4.1 系统初始化  38-44
    4.1.1 主控芯片初始化  38-40
    4.1.2 施肥机初始化  40-44
  4.2 液晶显示子程序  44-46
  4.3 输入量设定子程序  46
  4.4 速度校准子程序  46-47
  4.5 施肥模式子程序  47-52
  4.6 软件开发环境  52-57
  4.7 小结  57-58
第五章 系统性能测试及分析  58-64
  5.1 系统模拟调试  58
  5.2 系统基地试验  58-61
  5.3 数据分析及改进办法  61-62
  5.4 小结  62-64
第六章 结论  64-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
硕士研究生期间发表的论文  72-73
附录Ⅰ  73-74
附录Ⅱ系统硬件电路图  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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