精准变量施肥（精选7篇）
精准变量施肥 篇1
精准农业是当今世界农业发展的新潮流,其基本涵义是根据作物的生长特性及土壤性状,调节对作物的投入,最终的目的是以最少的投入获得最高的经济效益及环境效益。变量施肥技术是精准农业的重要组成部分,目前,国外已经达到了产业化及规模化的水平,而我国的施肥技术大多还停留在经验施肥的层面,存在肥料元素配比不合理及肥料利用率低的现象。这不仅造成了经济上的损失,还造成了土壤酸化、水体富氧化等环境污染问题。实行科学的变量施肥是农业可持续发展的必要举措。
1精准变量施肥技术的概念
精准变量施肥技术是将土地细化成网格单元,不同地块单元的土壤特性、作物生长状况及田间环境等因素都有很大的不同,结合这些地块单元因素以及历年产量等相关信息,形成资料齐全的土壤养分信息化管理系统,并决策生成作物施肥作业的变量处方图,利用装有田间计算机、定位信息接收器、电子变量控制器的农业机械设备,根据处方图中的信息在田间有针对性的、定时定量地进行精准的施肥作业。
2国内外技术研究现状
2.1国外
20世纪90年代以来,精准农业在欧美国家发展速度非常快,已经形成了一定的规模,尤其是变量施肥技术在北美最为成熟,在加拿大、美国等已经有了广泛的应用。
美国凯斯公司(Case)研制的空气免耕系统播种机和空气播种机可以随时改变播种量及施肥量,能在一次作业中改变三种不同类型的种子或肥料的比例,满足不同作物生长特性及环境特性对肥料的需求。此外,还可以根据作物施肥的变量处方图控制肥料元素的配备及施肥量。
美国约翰迪尔公司生产的1910气吹式种肥车能保存施肥作业后的田间数据信息,且配有指令选配系统,能通过人机交互界面显示农机的位置、土壤需肥的情况、施肥变量处方图等信息,可提前设置农田区块的播种量和施肥量,并通过使用指令选配系统来实现播种施肥作业。
美国Rawson公司生产的多功能变量控制器ACCU-RATE不仅适用于固态化肥的变量控制,还适用于液态化肥的变量控制,它通过2个RS-232接口输入2种GIS决策信息。此外,在人工模式下还可以手动输入播种量或施肥量。
德国Amazone公司研发的变量施肥机具有安装光传感器,可实时获取作物的反射光谱特征信息,从而计算每平方米的作物产量、肥料元素的投入量等,并通过控制安装在农业机具上的变量施肥装置直接进行施肥作业。
俄罗斯全俄农机化研究所针对颗粒状化肥研制了变量施肥机,其利用了电磁铁和共振片的原理,通过调整安装在排肥口共振片的振动频率来控制施肥口的开启和闭合,从而实现施肥量的自动控制。
日本针对固体氮肥研制了适用于水稻田的施肥系统。该系统小巧轻便,自带GPS,驾驶室内有监视器,可以查询作业处方图,通过地轮检测机具的前进速度和GIS获得农业机具的位置信息,并能通过查询储存在地图中相应的处方来控制精准出肥。2.2国内
20世纪90年代后期,我国对精准农业进行了引进。在引进、消化、吸收国外研究成果的基础上,研究和探讨了适合中国国情的精准农业技术体系。目前,精准农业的思想已经被科技界和社会广为接受,并在实践上有一定的应用。
黑龙江八一农垦大学精准农业研究中心设计了2BJ-6W型变量施肥密种机,其将土壤肥力作为信息提取目标,使用地学统计方法,可在平原、丘陵、低洼地带等不同地形结构情况下生成土壤养分肥力分布图,并根据此图来实现对同一地块不同区域中施肥量及肥料配比的控制。
吉林大学的研究人员进行了基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)、数字集成电路的变量施肥控制系统的研究。施肥区块地理位置的经纬度信息能够通过GPS获得,并将田地利用倾斜网格划分为小的操作单元。通过GIS可以绘制出区块的三维轮,施肥作业处方采用通过分析土壤养分组成的状态及农作物的理想产量现场即刻生成,通过采集施肥机的位置信息、速度信息,结合施肥作业处方信息产生控制信号,通过控制排肥轴转速准确地控制调节出肥量。
上海交通大学针对变量施肥作业缺乏数字处方图的问题,建立了基于土壤养分图、作物产量图、土壤墒情图及作物生长规律信息的变量施肥作业处方模型,该模型可在复杂多元信息环境下生成施肥处方图。
中国农业机械化科学研究院等单位在国家科技部“863”计划的支持下,研发了多种型号变量播种施肥机和变量配肥施肥机。中国科学院将精准农业列入知识创新工程计划,在河北栾城、上海、新疆、吉林等地同时开展了精准农业的相关试验研究和技术集成的示范工作。
与发达国家相比,我国在变量施肥的研究上起步较晚,差距明显。目前,我国对变量施肥技术的主要侧重于理论研究,距形成产业化及规模化还有一段距离。
3精准变量施肥的关键技术
3.1变量投入技术
变量投入技术(VRT,Variable Rate Technologyh)是指装有计算机、DGPS等先进设备的农机具,根据其所处的耕地位置自动调节物料箱里农业物料投入速率的技术。变量投入控制主要有2种方式,即基于处方图数据变量分类和基于传感器数据变量分类。基于处方图数据变量分类是将相关的地图信息提前存储到车载计算机上,通过GPS系统对施肥机具位置进行定位后,调用并解析该区块位置的地图信息,包括地域作物的土壤养分分布信息、土壤墒情、土质历史产量分布等信息,再合专家系统模型生成变量施肥处方图。变量施肥机在行进过程中可实时进行定位和速度检测,根据处方图可实现变量施肥作业。变量施肥处方图的主要依据为土壤的养分含量,目前,适用于变量施肥系统的处方图主要有以下3种:①根据土壤中各类养分光谱反射特性不同的特点,寻找土壤各养分含量的光谱反射波段,建立土壤养分光谱分析模型。但是土壤中的磷和钾难以用特定光谱波段的特征来描述,因此,光谱技术无法完全承担处方图的生成工作。②在遥感数据中提取有用的信息,主要是从土壤光谱及植被光谱中间接提取土壤养分含量特征,但土壤多被植被覆盖,且遥感技术的应用也易受到天气的影响。③使用近红外分光光度计可以高精度地测定土壤中的养分及土壤特性,但这种技术大多用于土壤样品的测试分析。虽然测定时间较短,但是仍需要人工采样测定,其采样密度难以达到精准农业的要求。
基于传感器数据变量分类是指将农田的基本数据信息通过传感器进行实时检测,检测到的数据信息将实时传送至控制系统进行解释分析,进而进行变量实时作业。但目前传感器只能实时检测出少量的土壤养分含量。由此可见,目前虽然有多种土壤养分的检测技术,但仍找不到一种比较成熟的处方图的生成方法。因此,处方图的生成是精准变量施肥的瓶颈之一。
3.2变量施肥控制系统
变量施肥机控制系统是整个变量施肥机的核心。施肥机在行进过程中采用GPS定位,并实时测速,结合变量施肥的处方图,由控制系统发布指令,驱动变量施肥机构进行施肥作业。对于固体肥料多采用液压马达、步进电机和伺服电机驱动排肥机构实现施肥,主要通过上诉多种驱动机构的转速来控制排肥量。而液态肥多通过电磁比例阀来实现施肥操作。
3.3变量施肥、排肥机构
变量施肥、排肥机构是主要的执行机构,排肥器机构常见的主要有外槽轮式、转盘式、离心式、螺旋式等类型。由于国外的耕地面积大,因此,国外多采用离心式圆盘撒肥机。但其并不适合我国中小型的农业经营模式,因此,我国多采用外槽轮排肥机构。
目前,国内变量施肥机排肥机构还没有同时具备高精度、大宽幅、变异系数小、均匀性好和施肥排量范围大等优点,多数装置还处于研究阶段。
4展望
我国的精准变量施肥技术仍然处于起步阶段,要想发展成熟,还需要攻克多个难关。目前,主要面临的问题为:变量施肥处方图的生成仍没有成熟的方法;传统的化学检测虽然精准,但是采样点密度非常小,不适用于变量施肥的实施,且耗时耗力,效率低下;依据光谱反射特性及遥感技术虽然可以解决传统检测方法中的问题,但是仍然存在难以推广的问题;专家决策系统数据更新慢,造成脱离农业生产实践,且不同地域的土壤特性差异很大,通用性较差。目前,国内外对变量施肥机的研究大多集中于提高施肥的精度,对肥料的配比控制研究较少。为了满足田间地块对不同种类肥料不同量的需求,多变量施肥控制系统及多变量混合机构的研究也将成为精准变量施肥研究的方向之一。
参考文献
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变量施肥试验台的设计 篇2
变量施肥技术能够根据不同地区、不同土壤类型、土壤中各种养分的盈亏情况、作物类别和产量水平,将氮、磷、钾及多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配方,做到有目的地科学施肥,这样既减少了过量施肥造成的环境污染和农产品质量下降,又起到了节本增效的作用[1]。精准农业变量施肥技术是精准农业的重要组成部分,是以不同空间单元的产量数据与土壤理化性质、病虫草害、气候等多层数据的综合分析为依据,以作物生长模型、作物营养专家系统为支持,以高产、优质、环保为目的的施肥技术,要求对农业生态系统进行养分平衡研究,从而可以实现在每一操作单元上因土壤、因作物预计产量的差异而按需施肥,有效控制物质循环中养分的输入和输出,防止农作物品质变坏及化肥对环境的污染和破坏,大大提高了肥料的利用率,降低生产成本,减少了多余肥料对环境的不良影响,增加了农民收入。
1 变量施肥机械现状
1.1 国外发展现状
美国凯斯公司精准农业系统在世界上一直处于领先地位[2],它的空气免耕系统播种机及空气播种机可随时改变播种、施肥量,可改变3种不同类型的种子或肥料的比率。可完成多种作物的作业,如玉米、大豆、小麦及水稻等。具备简便、易控制、精确、可靠性高等优点,但价格昂贵,成本较高。Case公司ST820型空气输送式变量施肥播种机[3],施肥作业前在计算机上利用CaseIH AFS软件制作处方图,生成处方文件,存入PCMCIA卡中,作业时将该数据卡插入变量控制器中,施肥机自动实施变量作业。法国国内使用的肥料撒播机械和植保机械,在全部农业机械中自动化水平较高,并开始由电子化拖拉机与自动喷洒装置组成的联合机组所替代,这为精准农业——变量投入的实施创造了条件。变量离心撒播机和变量自动喷雾机在GPS和GIS的支持下开始投入生产和使用,法国“女骑士”肥料撒播变量控制系统已大量应用于各种类型的离心式肥料撒播机上[4]。
1.2 国内变量施肥机械现状
我国近年来不断增大对农业的投入力度,并把变量施肥技术作为促进农业增产、农民增收的重要手段,进行大力推广。黑龙江八一农垦大学王熙教授经过对变量施肥理论的不断研究,根据精准农业变量投入的技术要求,研制成功国产六行大豆变量施肥播种机。该播种机由变量控制器控制机械式无级变速器,根据GPS的位置信号,完成处方图设计的播种施肥作业。通过对播种机的静止和地块工作试验可知,变量施肥控制可靠,变量数据记录正常,作业效果良好,己经取得了很好的社会效益。吉林农业大学潘世强研制的2BFJ—6型变量施肥播种精密播种机能一次完成开沟、变量施肥 、精量播种 、覆土、镇压等作业。该机变量施肥装置采用 GPS实时定位,根据各个地块的测土配方施肥结果,由田间计算机控制液压马达的转速实现实时变量施肥。该机可有效保证变量施肥系统的稳定性和快速响应性及变量施肥的准确性。
1.3 存在的问题和未来发展方向
目前的精准施肥技术体系不可避免地存在一些问题,如土壤数据采集仪器价格昂贵,性能较差,不能分析一些缓效营养元素的含量,而遥感由于空间分辨率和光谱分辨率问题,使遥感信息和土壤性质、作物营养胁迫的对应关系很不明确,不能满足实际应用的需要。随着高分辨率遥感卫星服务的提供,加强遥感光谱信息与土壤性质、作物营养关系的研究和应用将是近几年精准施肥研究的热点和重点。差分GPS(DGPS)的定位精度已完全能满足精准施肥的技术需要,DGPS导航自动化施肥或耕作机械已有研究,但DGPS与GIS数据库结合进行自动化机械施肥还有待进一步发展,同时GPS—RS—GIS也正趋向于一体化[5]。作物模型和专家系统方面,除进一步加强作物营养机理和生理机理研究外,模型的适用性和通用性方面应于精准施肥紧密结合,因为现在许多模型需要的变量过多或普通方法难以测定,即模型需要进一步简单化和智能化。
2 设计的目的及意义
目前,我国国内变量施肥技术还不十分成熟,很多设备还主要靠进口,进口设备价格昂贵,普通农民根本承受不起,只有少数地区农业机械化程度还相对较高,因此,要在全国范围内发展精确农业,就必须使农业机械国产化,降低成本,普遍应用。本设计首先对国外先进变量施肥设备进行研究,检验并校准系统精度,进行误差分析,并且对我国发展精确农业提出自己的看法。最终目的就是为促进我国精细农业技术的快速发展和精准农业设备的国产化作出努力。变量施肥在整个精细农业体系中起着一个承上启下的作用,它既是一个工作循环的结束,又是下一个循环的开始。因此,做好变量施肥的管理和决策对于精细农业有十分重要的意义。要做好变量施肥,必须有一台性能良好的变量施肥试验台,这样才能及时准确地收集到需要的数据和信息,为接下来的管理和决策作最充足的准备。变量施颗粒肥试验台很好的满足了上述要求,它可以进行多种转速的施肥试验,能提供第一手的数据和信息。因此,变量施颗粒肥试验台为完善变量施肥技术和精准农业的实施有着重要的作用和意义。
3 试验台的设计
3.1 基本结构与工作原理
该变量施颗粒肥试验台主要是由肥料箱、排肥器、机架、接肥箱、电动机、无级变速器等部件组成,如图所示。
1. 电动机 2.排肥器 3.肥料箱 4.接肥箱 5.机架 6无级变速器
该试验台的工作原理以施肥变量信号为基础,施肥信号通过控制器来改变电机输入电流,控制电机转度,再通过无级变速器完成对排肥器施肥的变量控制,同时电机的反馈系统实时监测电机转速,并不断调整,达到对电机转速的精确控制,最终实现变量施肥功能。
3.2 主要技术性能参数
(1)电机的功率:1.1 kW;
(2)外形尺寸:2300 mm×580 mm×1250 mm;
(3)排肥部件:外槽轮排肥器;
(4)排肥器数量:4个;
(5)传动机构:带传动;
(6)排肥量:≤26.8 kg/min。
4 主要工作部件的设计
4.1 电机与无级变速器选用
根据试验台整体形式及其所需的功率和扭矩以及速度的要求等应该选用YCT-132-4A调速电机,该电机具有调速范围广、调速性能好、能平滑无级变速、速度负反馈自动调节系统、速度变化率小、调速精度高等优点。电机输出转速高,因此必须选择一台无级变速器来降低电机的转速以满足排肥器要求。选择型号为U34-0.75SI的三相并联脉动无级变速器。该变速器具有以下优点:体积小,重量轻,变速围大,操作灵活,可手动、电动,可在静止或运转状况下调速,并可交换输出轴的旋向。
4.2 排肥量的计算
星轮式排肥器的排肥能力除与肥料特性有关外,主要决定于排肥星轮的形状、尺寸和活门开度大小。当排肥活门调节到一定开度时,即活门开度高于导肥板下底线时,则排肥量由齿槽内肥料和排肥活门进肥口进入的肥料层两部分组成。
星轮每转的排肥量q按下式计算:
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式中
F—星轮每单个齿槽面积(cm2);
δ0—星轮齿厚(cm);
h—活门开度(cm);
a—肥料充满系数。决定于肥料物理特性、湿度和流动性,一般取0.7;
z—星轮齿槽数;
γ—肥料单位容积质量(g/L)。
故单排肥器在外槽轮最大工作长度时转一圈的排肥量q=50 g/r。再根据电机转速和减速机传动比计算出试验台的最大施肥量是26.8 kg/min。
3 结论
随着变量施肥技术的迅速发展,其监控装置也日趋完善。本试验台是基于变量施肥理论而设计的,该试验台是通过改变调速电机的转速来改变施肥器的转速,从而实现施肥量的调整。该试验台具有结构简单、操作方便等特点。有了它避免了必须到户外试验的环节。变量施肥技术的运用是今后发展的趋势。它可以减轻劳动强度,极大提高施肥机械的工作质量,进一步提高自动化和智能化水平。
参考文献
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变量施肥自动控制系统的研制 篇3
智能化农业机械设备中的变量施肥播种机是精准农业技术实施的一个重要机械设备。精准农业采用测土配方平衡施肥技术,能根据不同地区、不同土壤类型以及土壤中各种养分的盈亏情况、作物类型以及产量水平,将氮、磷、钾及多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配方,从而做到有目的的科学施肥。变量播种是精细农业的重要组成部分,能提高作物产量,增加经济效益,最大限度地保护环境和促进农业的可持续发展。自动变量播种作业系统实现的前提条件是:首先通过播种地块土壤养分含量的测定形成带有田间坐标的养分处方图;根据不同作物生长过程中的需肥量,计算得到田间不同位置的播种量决策GIS电子地图;施肥机械作业时,根据装配的GPS接收机确定其在田间所处的位置,对应施肥决策GIS电子地图,由机载计算机提供对施肥量的控制决策;嵌入式控制系统接收机载计算机施肥量数据,控制执行机构完成变量施肥的实施。本文利用Motorola单片机MC68HC908GP32设计了嵌入式控制系统,并编写软件实现了变量施肥机构的实时控制作业。
1 系统设计
1.1 控制系统组成
系统包括差分GPS系统(DGPS)、机载电脑(变量作业处方图)、单片机控制系统、液压控制系统和位移传感器等主要部分,如图1所示。
当系统上电后,首先通过机载计算机收集GPS,GIS数据,通过查表方式计算出排肥机构的瞬时排肥量,数据通过RS485总线发送至单片机嵌入式控制系统。单片机接收数据后,通过位移传感器获取排肥机构开度,并计算出当前排肥量信息以及与上位机给定量的差值,经过PID运算,输出PWM信号,控制液压油缸运动。
设计中液压缸直线运动调节采用基于电液比例阀的电液一体化控制方式。电液比例阀能按输入电信号指令连续、成比例地控制液压系统压力、流量等参数,与普通液压阀相比,大大提高了液压系统的控制水平,且结构简单、成本低,适合在本系统中使用。
1.2 电路设计
本系统硬件组成如图2所示。
其主要包括电源及单片机复位、时钟模块,AD采集、PWM输出模块及通讯模块。
1.2.1 电源及单片机复位、时钟模块
施肥机电源为12V,单片机工作电压为5V,在此采用了L7812和L7805两个三端稳压器进行两级稳压,得到系统电源,并在12V和5V电源增加2个发光二极管作为电源指示。复位、时钟模块采用典型电路,外部晶振采用32.768kHz时钟,通过单片机内部PLL锁相环模块、倍频,其总线时钟高达8MHz。采用低频晶振大大降低了微控制器系统晶振电路的电磁干扰,提高了系统的可靠性,而且锁相环频率合成器的输出频率可以用软件设定修改,为用户程序设计提供了更大的灵活性。
1.2.2 AD采集及PWM输出模块
MC68HC908GP32有8路8位A/D转换器,其8个模拟输入通道的引脚与并行端口PORTB复用。为了得到可靠的A/D转换结果,利用锁相环产生的内部总线时钟,同时设置时钟分频系数为8,使A/D时钟频率位1MHz。在本设计中,占用了两路模拟通道AD0和AD1,一用一备。PWM输出使用带缓冲的脉宽调制方案,将一个定时器的两个通道联合起来交替控制通道0、通道1的脉宽调制输出,其输出的PWM波形将出现在TCH0和TCH1引脚上。功率驱动部分采用TLP250光电耦合器驱动小功率N通道MOSFET IRF740。其中,光电隔离不仅能够有效的消除干扰,同时可解决线路阻抗匹配和负载驱动问题。为了防止感性负载上电流突然被切断而产生的自感电势对电路的干扰,应在感性负载两端接入续流二极管回路,以抑制反电势的产生。
1.2.3 通讯模块实现
在单片机端通过相应的RS-485转换芯片将485信号转换成单片机需要的串口信号,在本文中采用的是MAX485芯片。MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS-485芯片,采用半双工通讯方式,它完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能,与单片机的接口如图2所示,芯片能由单片机的一个引脚PTC0来控制。通讯程序框图如图3所示。
1.3 软件设计
针对设计变量施肥控制系统的要求,分析了控制系统的输入、输出和通信等要求,然后使用C语言以及汇编语言混合方式进行了软件编程, 其系统软件流程图如图4所示。
当系统上电后,首先通过PLL初始化设定总线时钟,通过定时器初始化设定PWM输出,以及通过串口初始化实现通讯设置。初始化完毕,关闭单片机看门狗(单片机集成看门狗电路),读取485总线传送的上位机流量设定数据,并通过位移传感器测得当前施肥量,对施肥量数据进行均值处理,比较采集数据与给定值的偏差,PID运算,改变单片机输出PWM信号的占空比,直接返回到循环流量检测,直至偏差小于设定阈值,打开看门狗并再次接收上位机流量设定数据。
为了保证排肥驱动机构运转的稳定性和良好的动态响应特性,设计了数字PID控制器,兼顾系统动态控制特性和静态性能。
计算机控制系统中的数字PID算式为
PID控制原理简单、易于实现、适用面广,应用PID控制,关键在于适当地调整参数Kp,Ki,Kd,使整个系统取得良好的性能,设计中PID 参数由技术人员在线整定优化。作者经多次实验调整,确定PID参数为Kp=1.5,Ki=0.001,Kd=0.002,其动态调整效果如图5所示。由机载电脑给定正弦信号位移曲线(实线部分),单片机接收数据并经过PID计算,实时输出不同占空比PWM信号来驱动液压活塞,同时返回当前位移数据(虚线部分)。由图5可见实际位移与给定值非常接近,说明系统稳定效果非常理想。
2 结束语
通过对嵌入式控制系统硬件、软件的设计,实现对电液比例液压系统实时变量控制。设计中充分利用了MC68HC908GP32丰富的片上资源和优越的编程、控制性能,集机电液一体化技术与自动控制技术于一体。本文给出的控制方案经过调试,已能够平稳运行,经过大量的调试和实验,实现了根据GIS处方图、GPS等信息进行综合运算进而控制液压缸来变量施肥。
摘要：以MC68HC908GP32单片机为核心,开发了变量施肥的电液比例控制驱动系统。施肥机根据已知施肥处方图以及GPS的位置信号计算出流量信息并传送至嵌入式系统,由单片机实时控制液压执行机构,变量输出田间不同位置的施肥量。通过对施肥机的静止和地块工作试验验证,变量控制可靠,作业效果良好。
关键词：MC68HC908GP32,变量播种施肥机,精准农业,单片机,电液比例控制
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变量施肥抛撒机撒肥机构研究 篇4
在施撒底肥、苗期追肥生产作业环节,肥料抛撒机是一种作业效率较高的作业机械,具有施肥均匀等优点,特别在大面积作业下,具有广阔的应用前景。然而,我国对于小幅宽变量施肥机研究较多[1,2,3],而对于针对肥料抛撒机的研究相比较少。在国外,对于肥料抛撒施肥机的研究较早,包括针对肥料粒子在圆盘上的运动研究[4,5],并对肥料颗粒在圆盘上的运动测量也进行了相关研究[6]。相关研究人员对圆盘式变量施肥模型以及田间试验等进行了大量工作,实现了基于处方图的变量作业[7]。近年来,我国也就施肥抛撒机进行了相关研究[8,9],并开发了出相应的变量施肥抛撒机[10]。
肥料抛撒机构是施肥抛撒机的重要组成部件,也是影响肥料抛撒均匀性的重要部件。因此,对其进行研究,具有重要的现实意义。目前,国外拨肥机构中拨肥叶片多采用“U”型,国内有弧形结构[10],本文进一步进行了相关研究,通过改进拨肥叶片,设计了一种新型的肥料抛撒机构。试验结果表明,本文设计的肥料抛撒机构有较好的肥料抛撒均匀性。
1 肥料抛撒工作原理
作业过程中,当输肥机构把肥料输送到落肥口后,经落肥装置,使肥料落入到撒肥机构。通过控制液压系统,控制液压马达带动撒肥机构工作。当肥料从落肥口落到旋转的撒肥盘上时,靠旋转圆盘产生的离心力以及肥料和圆盘间的摩擦力作用,肥料在圆盘以及沿拨肥叶片上经过滑动或滚动,最终通过拨肥叶片作用,将肥料均匀抛撒到地表,完成施肥作业。随后,可经耕整机组将肥料翻于土层,或在小麦追肥期通过灌溉方式将撒于地表的肥料渗入到土层内。
2 撒肥机构设计
撒肥机构是抛撒机重要的部件之一,直接影响着抛撒施肥的均匀性。施肥抛撒机撒肥机构主要包括撒肥盘和拨肥叶片两部分。
2.1 撒肥盘设计
圆盘式撒肥盘主要起承接肥料以及安装拨肥叶片的作用,同时决定着颗粒肥料抛撒幅宽及抛撒均匀性。一般来说,撒肥盘的大小不同。这是其设计的施肥叶片长短也不同,由于圆盘大小和拨肥叶片长短的的不同可以改变肥料在圆盘上的运动时间和离开圆盘时转过的角度。
在肥料颗粒以相对于施肥圆盘相同的位置落下时,如撒肥盘直径较小,颗粒肥料在经撒肥盘和拨肥叶片上运动到离开的时间较短;在相同转速下,转过的角度也较小;同时离开撒肥盘时,肥料颗粒受到拨肥叶片的作用力较小。因此,当施肥圆盘大小不同时,对于施肥距离有较为明显的影响[11,12]。
本文所设计的撒肥盘直径尺寸为500mm,考虑到肥料腐蚀性,圆盘材料采用316不锈钢板材料,2mm厚;同时在拨肥叶片安装位置设计了可以调节拨肥叶片偏置角度的槽孔,以便在抛撒作业中,根据不同肥料特性调整拨肥叶片安装的偏置角度。该圆盘设计调整角度为±30°。其结构如图1所示。
2.2 拨肥叶片设计
为了提高肥料抛撒的均匀性,目前成熟的设计主要是通过在撒肥盘上间隔均布不同长短的叶片,从而改变肥料颗粒抛撒的距离,达到肥料的均匀抛撒。考虑结构设计,两个圆盘之间距离较近,通过拨肥叶片不同长短间隔布置的方式易产生干涉。
在同一转速下,根据抛射理论,斜向上抛射时,肥料可以抛射较远距离,使没有分肥叶片时的肥料通过产生的落地时间差提高抛撒均匀性,从而把原先不采用分肥叶片抛撒的肥料量分散抛撒,形成二次抛撒,从而使分开的两束肥料产生落地位置的变化。而抛射物的运动可描述为平面上一个动点的轨迹,即抛射曲线,不考虑空气阻力等因素,其参数方程为
其中,g是重力加速度,v0为肥料颗粒离开撒肥盘斜向上的初始速度,α为肥料离开撒肥盘斜向上的抛射仰角。
为此,本文通过在拨肥叶片上加入分肥装置,从而在抛肥过程中产生斜向上抛出的肥料。即根据抛射理论,通过分肥装置上部斜向上抛出的肥料,其落地位置时间比分肥装置下部抛出的肥料要滞后的原理,设计了带有分肥装置的拨肥叶片。该分肥装置采用了曲线结构,从而通过分肥装置使其上部的肥料产生斜向上的抛射运动。
为了实现肥料有斜向上的抛撒,要求分肥叶片曲面有一个较为柔和的变化过程,符合这样要求的曲线很多,本文采用一段圆弧作为分肥叶片的曲线面,如图2所示。
如图3所示,假设A点为坐标原点,A点坐标为(0,0),圆弧上两点坐标为A(0,0),B(60,60tanα/2)。由于点A和点B皆为圆弧的切点,因此圆心坐标位于点(0,R),由此可设圆的方程为
x2+(y-R)2=R2 (2)
由前节肥料颗粒运动分析可求得肥料颗粒对应落地时间为
由抛射曲线参数方程,可求得经过斜向上抛出的肥料,当回落到抛出点水平位置期间所用时间为
取t1=2t2,则可求得经分肥叶片抛出的肥料,抛出仰角为
对于式(5)中,分母远远大于分子,根据常用的几种抛撒幅宽,圆盘转速范围在450～700r/min之间,由设计相关参数可估算,α取为20°。
由图3设计,点A沿x方向到拨肥叶片末端的距离为60mm,因此可得
ABC为等腰三角形,因此有AB=2AO′,且有O′C=tanα/2AO′,AO′=ACcosα/2,△AOC相似于△AO′C,因此可得
x2+(y-178)2=1782
3 试验
抛撒机抛撒均匀性是评价抛撒性能的重要指标之一,为进一步分析设计叶片性能,分别在相同试验环境下分别与传统“U”型拨肥叶片进行了对比试验。试验地在国家精准农业示范基地的试验地进行,试验所用肥料为尿素;肥料收集采用0.35mm×0.25mm,深9 mm的接肥盒均匀布置在试验地面,从而接收撒施于地表的肥料。
试验收集方法采用二维矩阵形式。在横向撒幅宽方向每间隔1.5m安放1列收集肥料的盒子,纵向距离上,每隔3.5m安放1行。中间两列为方便拖拉机行走,相隔距离为2.0m。
试验中肥料抛撒量预置为225kg/hm2,肥料抛撒幅宽为30m,拖拉机行走速度为2m/s。在肥料抛撒机通过试验区后,收集每个收集点上的肥料,标号记录。试验结果如表1所示。
从表1中可以看出,在有效施肥幅宽内,采用“U”型拨肥叶片平均施肥量为183.04kg/hm2,标准差为61.89,变异系数(CV)为33.81%;而采用分肥叶片拨肥叶片进行施肥,在有效施肥幅宽内平均施肥量为205.06kg/hm2,标准差为33.68,变异系数(CV)为14.15%,肥料抛撒均匀性有明显提高,可以较好地满足实际生产。
4 结论
1)针对变量施肥抛撒机对肥料抛撒机构,设计了一种具有分肥装置的肥料抛撒机构,并确定了相关部件结构以及参数。
2)通过抛射运动理论,设计了一种具有分肥装置的拨肥叶片,对其结构和参数设计进行了分析计算。该分肥装置可将进入拨肥叶片内的肥料束分为两路,使进入拨肥叶片的部分肥料斜向上的抛出。
3)试验表明,对比“U”型结构的拨肥叶片,增加了分肥装置的撒肥机构具有较好的抛撒均匀性,在有效施肥幅宽内平均施肥量为205.06kg/hm2,样本数据标准差为33.68,变异系数(CV)为14.15%。
摘要：针对变量施肥抛撒机,研究设计了一种肥料抛撒机构。运用抛射运动理论,分析了肥料斜向上抛射的运动和受力,设计并确定了具有分肥装置拨肥叶片的结构和参数,对其结构和参数设计进行了分析计算。通过对比“U”型结构的拨肥叶片,该抛肥机构具有较好的抛撒均匀性,在有效施肥幅宽内平均施肥量为205.06kg/hm2,变异系数为14.15%。
关键词：变量施肥,抛肥机构,农业机械
参考文献
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精准变量施肥 篇5
1 试验材料与方法
试验地设在黑龙江省八五二农场科研站。试验中1/4N肥和全部P、K肥作底肥播种时施入, 3/4N肥追施。N、P、K肥按6个水平施用, N肥分别为0、45、90、135、180、225kg/hm2;P肥分别为0、30、60、90、120、150kg/hm2;K肥分别为0、60、90、120、150、180kg/hm2。
试验采用随机区组排列, 3次重复, 试验小区行长5m, 6行区, 试验重复间留过道1.5m, 试验区周边设保护行6垄, 5月13日人工播种。
供试玉米品种为绥玉7号, 肥料选用磷酸二铵、尿素、硫酸钾、三料磷肥。各处理的其它各项农时管理措施均一致, 收获前每处理选取10株进行株高、穗位高的调查, 穗进行考种测产, 均取3次重复的平均值。
2 试验结果与分析
2.1 施不同水平N肥对玉米株高和穗位高的影响
试验结果表明, 玉米株高随施N水平的提高呈抛物线型规律, 在施用水平135～180kg/hm2范围内, 玉米株高无明显变化, 且株高最高为252.7cm, 之后又逐渐下降。在施用水平0～45kg/hm2范围内, 玉米的穗位高随施N肥水平的提高而增加, 当施N肥量在45kg/hm2水平时, 玉米的穗位最高为90.0cm, 之后随施N肥水平的提高而降低, 当施N肥水平为180kg/hm2时, 穗位最低。
2.2 施不同水平P肥对玉米株高和穗位高的影响
试验结果表明, 玉米的株高随施P肥水平的提高呈类似“S”型变化规律, 在施用水平90～120kg/hm2范围内, 玉米的株高无明显变化, 且株高最高为252.7cm;之后又逐渐下降。在施用水平0～30kg/hm2范围内, 玉米的穗位高随施P肥水平的提高而增加, 当施P肥量在30kg/hm2水平时, 玉米的穗位最高为90.0cm, 之后随着施P肥水平的提高而降低, 当施P肥的水平为120kg/hm2时, 穗位最低, 为87.0cm。
2.3 施不同水平K肥对玉米株高和穗位高的影响
试验结果表明, 在施用水平0～180kg/hm2范围内, 玉米的株高随施K肥水平的不断提高呈逐渐上升的趋势, 在施用水平90～120kg/hm2范围内, 玉米的株高无明显变化, 之后又逐渐增加, 180kg/hm2水平时株高最高为254.0cm。在施用水平0～60kg/hm2范围内, 玉米的穗位高随施K肥水平的提高而升高, 在施用水平60～90kg/hm2范围内, 玉米的穗位高无明显变化, 之后随施K肥水平的提高而降低, 在施用水平150～180kg/hm2范围内, 穗位又略有升高。
2.4 施不同水平N、P、K肥与产量的关系
试验结果表明, 玉米产量均随施肥水平的提高而增加, 但在N肥水平不断提高的同时, 玉米产量的增加速率一直较大;在施用水平0～30kg/hm2范围内, 玉米产量随施P肥量的增加而逐渐增加, 但是施肥水平30kg/hm2以上玉米产量的增幅就较平缓;在施用水平0～90kg/hm2范围内, 玉米产量随施K肥量的增加而逐渐增加, 但是施肥水平90kg/hm2以上玉米产量的增幅随施K肥量的增加变化不大。可见, 在一定范围内增施N肥比增施P、K肥更有利于玉米产量的提高。
3小结
玉米的株高随施N肥水平的逐渐提高呈抛物线型变化规律, 随施P肥水平的提高呈类似“S”型变化规律, 随施K肥水平的提高呈逐渐上升的趋势。施不同水平的N、P、K肥对玉米的穗位高的影响规律基本一致, 均是在0水平时较低, 随着施肥量的增加, 穗位增高, 施肥量增加到一定水平后, 穗位高又逐渐降低。在一定范围内, 提高N、P、K的施肥水平均可不同程度的提高玉米的产量, 但提高N肥的施用量对提高玉米产量效应最大, P肥次之, K肥在90kg/hm2的基础上再提高施K肥水平对玉米产量的提高作用不大, 增施N肥并且合理施用P、K肥对玉米的高产起主导性的作用。
参考文献
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精准变量施肥 篇6
关键词：自动控制技术,CPLD,设计,变量施肥,GPS,光电编码,竞争冒险
0 引言
目前, 农业领域正在发生着剧烈的生产方式变革。精细农业所采集的数据, 如土壤类型、肥力、病虫害及农作物产量等都含有精确的位置信息。通过采用计算机、单片机自动控制、卫星定位、传感、遥感、数据库以及网络技术来提高农业耕作的精度, 从而大大降低了资源消耗和增加单位面积的产出。GPS是利用卫星的测时和测距进行导航, 以构成全球定位系统。本文阐述了精确变量施肥系统的下位机控制模块的设计。
1 控制模块框图和功能
施肥系统主要由GPS系统、上位机和下位机构成。下位机即控制模块主要采用CPLD设计, 由于它的芯片集成度高、可以实现多通道数据采集系统的设计;具有大量I/O管脚和较强的带载能力, 内部资源丰富、处理速度快, 可实现复杂的算法设计;器件内部信号延时小, 从而可提高信号的完整性和抗干扰能力。与微处理器相比, 其最大优点就是很多外围电路 (锁存器等) 可在CPLD内部编程实现, 时序可自行设定。模块总框图, 如图1所示。
本模块的工作过程如下:在自动方式下, 模块接收GPS数据进行少量处理后传给上位机;上位机结合数据库, 经过运算在通过控制模块分频得到分频脉冲, 控制步进电机。在手动方式下 (编码器方式) , 上位机通过模块读取编码器的脉冲个数, 结合数据库通过运算在通过模块给出分频脉冲控制电机。本模块包括以下几个部分:数据写入模块、数据读取模块和控制信号生成模块。
本控制模块能够实现与上位机的通信, 数据采集、控制和少量数据处理。其具体功能如下:
1) 能够接收工业控制机的并口数据, 通过锁存、分频, 产生一定频率的脉冲;
2) 能够读出光电编码器在定时时间内的脉冲个数, 供工控机进行处理得到相关信息;
3) 该模块能够控制GPS数据, 即控制串口的开启与关闭。
2 数据交换的关键技术
2.1 读取光电编码数值技术
控制模块必须能够读出光电编码器在定时时间内的脉冲个数, 供工控机进行处理得到相关信息。因项目背景影响, 系统选用的上位机不能工作在中断模式读取数据, 因此上位机不能仅仅因为读取数据而时时查询数据是否准备好, 而放弃所有的工作。所以, 采用上位机处理完GPS等相关任务后, 随时向模块要数据。由于工控机的运行速度的限制, 在上位机向模块要数时, 可能恰好锁存器中数据准备好, 并且此时计数器不向锁存器中写入数据;也可能此时恰好计数器向锁存器中写入数据, 这时可能会产生读取数据上的读写过程产生冲突, 造成前1s和后1s的数据交叉, 丢失数据。解决丢失数据方案如下:用两个计数器交替记数, 设这两个计数器分别为A和B (当然也可以用3个或4个, 越多越保险) 。在有冲突的情况下, 当A计数器计数完毕要往锁存器锁存数据的时候, 恰好上位机正从锁存器读取数据。因此, 此时A计数器为了避免数据交叉不能锁存数据, 等待数据读取过程结束之后才能写入锁存器;而B计数器在A计数器记数结束之后马上复位记数。所以只要是读取过程的时间不超过1s, 也就是说在下1s结束时, B计数器记数结束, A计数器复位记数开始时, 上位机读数过程完毕, 就不会丢失A计数器的记数数据。这种方案正好解决了一个计数器记数丢失数据的缺陷。数据冲突时, 锁存信号获得如图2所示。
2.2 控制信号线的竞争冒险处理技术
在模块设计中, 需要至少7个控制信号:写高8位控制信号;写低8位控制信号;读低4位和次低4位控制信号;读高4位控制信号;开电机控制信号;关电机控制信号;一个信号用来控制串行数据GPS, 它们一般都是负脉冲或者正脉冲有效。并行口向仅仅提供了4位输出控制引线, 必须使用译码器来产生控制信号。3――8译码器输出的控制线理论上足够控制使用。但是当输出引线由一个控制状态向常态变化时, 由于竞争冒险可能会产生另外一种控制状态, 带来不必要的麻烦。解决办法是:充分组合逻辑状态, 使其达到理想组合。经过充分考虑读数据、写数据、开关电机6种控制状态, 在其向常态转换的过程中会出现的状态, 如图3所示。
下面逐一分析图3的状态转换图能否带来附加问题。
1) 开电机向常态转换过程:一是出现110即写低8位控制信号, 没有影响, 因为此时写锁存器中的数据正是刚刚锁存进去的, 再缩存一次没有影响;二是出现000即读高四位控制信号, 没有影响, 因为此时上位机不会读取数据。
2) 关电机向常态转换过程:一是出现110即写低8位控制信号, 没有影响, 因为关掉电机时锁存器里面的数据已经没有意义了;二是出现011即读低四位控制信号, 没有影响, 因为此时上位机不会读取数据。
3) 写高8位向常态转换过程:一是出现011即读低4位控制信号, 没有影响, 因为此时上位机不会读取数据;二是出现000即读高四位控制信号, 没有影响, 因为此时上位机不会读取数据。
2.3 数据读取时的地址线复用技术
由于上位机并口的特性就剩下两根地址线可用于锁存控制信号, 但是上位机只能接收8位数据 (系统选用的上位机) , 所以计数器输出的12位数据, 分3次读入上位机, 这样至少需要3个锁存信号。数据读取控制信号模块仿真波形, 如图4所示。若用CS1和CS2控制, 即CS1有两个脉冲和CS2的一个脉冲共同组成, 但是硬件电路实际要求有3根信号控制信号, 所以设计电路实现了两根地址线产生3根锁存信号控制线, 即用CS1和CS2结合忙信号BUSY产生EN2, EN1和EN03个锁存信号。其具体时序设计如图4所示。
3 CPLD设计及仿真结果
基于资源的数量和工作环境的需要, 选择MAX7128S84-15芯片。在ALTERA可编程逻辑器件开发平台MAX+PLUSII上运用GDF和AHDL语言进行调试, 调试结果如下。
3.1 读模块设计
本模块实现模块12位数据输出控制模块、读取模块DUSHIYAN1和控制信号生成模块进行综合设计, 得到数据读出的总模块。只给出波形图, 如图5所示。
3.2 写模块设计
写入模块是有各个小模块连接而成。包括4, 8, 16位数据锁存模块, 分频模块, 计数单元清零模块, 脉冲控制模块, 这里只给出写入模块的总波形图, 如图6所示。
4 调试
4.1 频率测试
在实际调试中, 在手动方式下, 输入步进电机的转速观察输出脉冲的频率大小, 实际测试结果如表1所示。
4.2 读机具速度测试
该部分调试的目的在于由安装在车轮上的传感器输出的脉冲, 计算出机具的行进速度, 这是计算步进电机转速的一个重要参数。在模拟调试中, 由频率计输出一定频率大小的脉冲, 由工控机读入 (分3次读入) , 观察数值是否吻合。
读取速度= (读取速度/1024) ×车轮周长
5 总结
本研究以精确农业自动变量施肥理论和技术为内容, 从精确农业的基本理论和方法入手, 以试验为基础, 探索了适合吉林省乃至全国的精确农业理论和技术, 特别是自动变量施肥理论和技术, 并在吉林省德惠市和榆树市弓棚镇春阳村的两块试验地块进行了田间试验研究。本模块设计优点是可以对GPS和编码脉冲两种信号进行处理, 充分解决了竞争冒险带来的不必要状态的影响, 准确地读出编码器的脉冲值, 为以后虚拟GPS提供了条件, 使自动变量施肥系统更加能商品化。
参考文献
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精准变量施肥 篇7
变量作业控制系统是实施精准农业与管理的关键技术之一。国外一些发达国家已进行精准农业作业机械变量投入的自动控制研究并推出商品化产品[1,2,3,4,5,6]。由于技术未公开，国内在实施精准农业作业中，在购买国外商品化的变量作业控制系统的同时需要购买与其相配套的农业机械才能使用[7,8]。国内部分科研机构、学者如吉林大学[9,10]马成林、张书慧;国家农业信息化工程技术研究中心[11,12]的赵春江、孟志军;西北农林科技大学[13,14]杨青、翟长远等;黑龙江八一农垦大学[15]王熙等人先后对精准农业变量控制技术开展了系列研究。但是，就目前研究成果的应用状况而言，现有的精准农业变量控制系统存在系统作业模式固定、变量控制方式单一等不足。这不但增加了变量作业机的制造成本，也增加了精准农业实施和日后维护成本，制约了精准农业技术在我国的推广应用。为此，设计了一种具有GPS定位自动控制、推算定位自动控制和手动输入控制3种变量作业控制方式的，适用于变量施肥、变量喷药、变量灌溉等多种耕作环节作业的多功能变量作业控制系统，以达到提高变量控制系统通用性、降低变量作业机械生产与维护成本的目的。
1 系统组成与工作原理
本文研制的精准农业多功能变量作业控制系统由控制器、DGPS、速度传感器、液体压力传感器、流量传感器和变量作业执行机构组成。其原理如图1所示。
在田间实施变量施肥作业时，将该系统挂接在施肥机上，在控制器工作界面上选择变量施肥作业后，控制器实时获取施肥机所在位置、作业速度、液体管路压力信号，根据专家系统提供的变量作业处方图数据，实时计算并输出0～10V电压信号控制排肥轴转速完成变量施肥作业。当将控制系统与喷药机挂接时，控制器实时读取喷药机作业位置、工作速度、管路药液的压力与喷出药液流量，结合喷药处方数据输出0～10V电压信号控制药液管路内的电动调节阀开口大小实现药液喷出量的控制;当系统执行变量灌溉作业时，由控制器读取作业机的位置、行走速度、管路压力和流量，根据处方图数据计算输出12V脉冲信号，控制电磁阀开合频率实现变量灌溉作业。在实施变量施肥、变量喷药或变量灌溉作业的同时，系统可选择GPS定位变量控制、推算定位变量控制或手动输入3种变量控制模式实施变量作业。
2 控制器与信息采集
控制器以ARM7系列S3C44B0X微处理器为核心构成。其可完成读取处方数据、GPS信号、管路液体压力、流量信号和变量作业机工作速度信号，实时显示变量作业机械工作状态，并实时写入记录文件中。当机具作业工作正常时，系统实时播报出机具的作业位置;当作业异常时，则发出蜂鸣报警声。
本文采用2个AgGPS132接收机组成差分定位系统，实现GPS定位自动控制模式下机具的定位和测速。为了满足6.5m幅宽植保作业要求，使用HX-L61型压力传感器实时检测变量喷药或变量灌溉作业时液体管路压力，当管路压力低于设定值时，则启动报警装置发出报警提示。液体管路压力信号经由S3C44B0X微处理器的AIN[7]端口读入。手动控制工作模式下的作业速度由LM18-300NA型电感式接近开关测得，作业速度信号由S3C44B0X微处理器的EINT[2]端口获取。液体管路内的流量信号由LWGY型涡轮流量传感器经S3C44B0X微处理器的EINT[3]端口读入。
3 执行机构
3.1 变量施肥执行机构
变量施肥执行机构由液压泵、溢流阀、滤油器、电液比例调速阀和液压马达组成。变量施肥作业时，控制器通过控制调速阀阀门开口大小调节流经液压马达的油液流量，控制液压马达转速实现变量施肥作业。变量施肥执行机构的控制线路如图2所示。
在图2中，电压比较器将控制器输出控制信号与液压马达转速检测反馈信号进行比较后，输出到比例放大器。本文使用H-AP-204型比例放大器，其输入信号范围为DC 0～+10V，最大控制电流为700mA，控制系统给定的输入电压信号与输出电流信号成比例关系。电液比例调速阀采用BYLZ-02型压力—流量复合比例调速阀，可以很小的压差追踪负载压力同时控制系统压力和调节系统油液流量。液压马达采用1QJM001-0.1型定量液压马达。由于变量施肥机田间作业环境尘土大，系统使用ZU—H100×20DLP纸质带发讯的倒装管式纸芯式滤油器。在控制系统挂接施肥机后，执行变量施肥控制程序，系统会根据施肥处方数据、施肥机工作速度输出0～10V电压信号控制液压马达转速，以此调节排肥轴转速实现变量施肥作业。
3.2 变量喷药/灌溉执行机构
当控制系统挂接喷药机，控制器执行变量喷药作业程序。在获得喷药处方信息后，实时读取药液管路内液体压力和流量信息，计算并输出0～10V电压信号控制电动调节阀的开口大小，通过调整回水管调节阀的控制信号，控制喷头喷药量，实现变量喷药作业。变量喷药执行机构的控制线路如图3所示。
本文选用HL2X型电动调节阀作为变量喷药控制系统的变量执行器。该电动调节阀接收0～10V或4～20mA模拟信号。由于S3C44B0X微处理器I/O口只输出数字信号，故使用D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号。同时，使用串并转换器74HC595将S3C44B0X微处理器输出的串行数据转换成并行数据提供给DAC0832。D/A转换后输出0～10V模拟电压调节电动调节阀阀门开口大小，实现变量喷药作业。
同理，在执行变量喷灌作业时，根据处方信息，系统计算输出12V脉冲信号控制电磁阀开合频率实现变量灌溉作业。
4 系统控制软件与应用
本文设计的农用多功能变量作业控制系统软件由实时信号采集与处理程序模块、处方图读取以及网格识别程序模块、液晶屏—触摸屏驱动程序模块、音频接口程序模块、变量执行机构驱动程序模块和作业参数实时保存程序模块组成。其中，实时信号采集与处理程序由GPS数据采集与处理、数字信号采集与处理和模拟量信号采集与处理3部分组成。田间作业记录文件是在UCOS-Ⅱ操作系统上编写一个文件处理模块，使UCOS-Ⅱ操作系统具有*.txt文件的打开、定位文件某字节的读、写操作和关闭*.txt文件的功能，用于实时记录作业机具的工作状态，便于事后数据分析与系统改进。图4为选择变量喷药作业类型后，系统实施变量喷药作业的流程图。
本文的多功能变量作业控制系统在吉林省榆树市工棚镇13号村实施变量施肥、变量喷药作业。图5为GPS定位自动控制变量喷药作业模式下变量喷药作业现场和工作界面。作业过程中实时显示喷药机位置、工作速度、地块编号、管路压力与流量。试验表明:系统工作状态稳定，操作简便，降低了机械投入成本，提高了经济效益和环境效益。
5 结论
1)系统具备的3种作业模式适于多种耕作环节作业。与现有技术相比，该变量控制系统实现了精准农业作业的“一机多用”，降低了先期投入成本，有助于精准农业技术推广与实施。
2)本系统可输出模拟信号和数字信号两种类型控制信号，便于执行器连接，可扩展性强。
3)田间试验结果表明，该控制系统可满足4.2m幅宽的变量施肥作业、6.5m幅宽的变量喷药或变量灌溉作业。系统便于操作，工作状态平稳。同时，系统配置有异常报警启动信号，有效提高了变量作业效率和可靠性。
摘要：以ARM7系列S3C44B0X微处理器为核心,研制了一套具有变量施肥、变量喷药和变量灌溉3种作业类型的精准农业多功能变量作业控制系统。该系统由控制器、传感器和变量执行机构组成。田间作业时,在控制器工作界面上选定作业类型后,系统可提供GPS定位自动控制、推算定位自动控制和手动输入控制3种变量控制作业方式。田间试验结果表明,所研制的多功能变量作业控制系统可以控制相应机具完成4.2m幅宽的变量施肥、6.5m幅宽的变量喷药或变量喷灌作业,降低了精准农业变量作业机械的生产与维护成本,有利于精准农业技术推广与应用。