濱州學(xué)院電氣工程學(xué)院 李宏俊 賈榮叢

智能施肥機(jī)的設(shè)計(jì)

濱州學(xué)院電氣工程學(xué)院 李宏俊 賈榮叢

我國為農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)國家，人均占有的耕地面積不足，化肥施用存在很大的問題，因此我國應(yīng)盡快發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)，特別是變量施肥技術(shù)。本文提出了智能施肥機(jī)的設(shè)計(jì)方案，以單片機(jī)為控制核心，步進(jìn)電動機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能施肥機(jī)的控制體系。本控制系統(tǒng)主要是單片機(jī)輸出變頻脈沖信號改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變排肥器排肥速度，最終實(shí)現(xiàn)智能施肥的目標(biāo)，提高了化肥使用效率，提供更加高效的施肥方法。

精細(xì)農(nóng)業(yè)；智能施肥；單片機(jī)；步進(jìn)電動機(jī)

1 引言

智能施肥技術(shù)在中國的發(fā)展還處于不成熟階段，然而在外國卻有很多地區(qū)開始使用了，我國的智能施肥技術(shù)發(fā)展還不成熟的原因在于糧食產(chǎn)量的充足忽視了智能施肥的重要性。我國目前的施肥方式除了秸稈還田等可持續(xù)的施肥方法外，主要的施肥方法仍然是以人工拋灑的方式進(jìn)行，不僅占用了大量的勞動力，而且對我國耕地造成鹽堿化，結(jié)塊化的影響[1]。人工施肥不能很好的控制施肥量，過量的施用化肥會對土地和水源造成極大的污染。結(jié)合國外先進(jìn)的智能施肥機(jī)研究經(jīng)驗(yàn)以及國內(nèi)的施肥現(xiàn)狀，研發(fā)適宜本國國情的智能施肥技術(shù)已經(jīng)是刻不容緩。

2 智能施肥機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 施肥機(jī)結(jié)構(gòu)

機(jī)具主要由機(jī)具住架、浮動仿形機(jī)構(gòu)、開溝器、播種單體、排肥器、步進(jìn)電機(jī)、地輪、機(jī)具速度傳感器和單片機(jī)控制系統(tǒng)等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 手動智能施肥機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文主要研究智能施肥技術(shù)的四個(gè)方面：以單片機(jī)為核心的智能施肥系統(tǒng)，步進(jìn)電動機(jī)的速度控制系統(tǒng)，機(jī)具速度傳感器以及BCD撥碼盤輸入。機(jī)具速度傳感器是用來收集機(jī)具前進(jìn)速度?；趩纹瑱C(jī)的控制系統(tǒng)是施肥機(jī)的控制中心，步進(jìn)電動機(jī)是施肥機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，BCD撥碼盤作為施肥量的輸入機(jī)構(gòu)。本文采用的編程語言為C語言，核心控制器選用AT89系列單片機(jī)。單片機(jī)通過速度傳感器獲得施肥機(jī)的實(shí)時(shí)前進(jìn)速度，單片機(jī)結(jié)合施肥量以及肥料箱剩余肥料發(fā)出變頻脈沖改變步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變施肥機(jī)實(shí)時(shí)排肥量，達(dá)到智能施肥的目的。在目前來說，現(xiàn)代控制理論中的控制方式有很多，例如自適應(yīng)控制、模糊控制、切換控制等好多類。因?yàn)楸菊撐牟捎貌竭M(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動要求較低，所以本文最終選擇開環(huán)控制。系統(tǒng)控制框圖如圖2所示。

該系統(tǒng)要求施肥量由BCD撥碼盤輸入到單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出變頻脈沖改變步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變施肥機(jī)實(shí)時(shí)排肥量，達(dá)到智能施肥的目的。

圖2 系統(tǒng)控制框圖

3 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)軟件主要上采用順序結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，一步一步設(shè)計(jì)出智能施肥機(jī)的控制程序?？刂瞥绦蛴芍鞒绦蚝椭袛喾?wù)程序組成，整個(gè)程序由C語言編寫。根據(jù)控制系統(tǒng)要達(dá)到的要求，制定每一步程序應(yīng)達(dá)到的要求，并設(shè)計(jì)中斷服務(wù)程序，設(shè)置中斷優(yōu)先級。控制流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

4 結(jié)論

本文以單片機(jī)為控制核心、步進(jìn)電動機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一款智能施肥機(jī)。本次設(shè)計(jì)中用戶通過撥碼盤的輸入以及從速度傳感器的信號輸入給單片機(jī)從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)的控制，最終實(shí)現(xiàn)控制整個(gè)施肥機(jī)的目標(biāo)，從而達(dá)到對肥料的節(jié)約以及肥料播撒的均勻度，從而提高了化肥使用效率。

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國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：智能施肥機(jī)器人的設(shè)計(jì)（項(xiàng)目編號：201610449076）。