双变量施肥播种机控制系统研究
作者单位：上海交通大学
学位级别：硕士
导师姓名：刘成良
授予年度：2012年
主 题：变量施肥 开度转速双变量 嵌入式控制系统 GPS/GPRS 模糊推理系统 施肥播种控制序列
摘 要：精准农业是被广泛承认的可持续发展农业,并在国外已获得了显著的经济和社会效益。变量施肥技术是精准农业体系的重要组成部分,是解决我国化肥投入不合理问题的有效途径。但目前国内研制的绝大多数变量施肥机都是采用单片机或PLC作为主控制器,其不能提供友好的用户交互界面。并且受系统本身的计算资源限制,难以实现多个驱动电机的实时测控以及GPS、GPRS等外部信息的实时融合,功能不便于扩展。 基于上述问题的解决,本文开发了基于ARM和DSP双CPU架构的嵌入式系统平台。基于PCB制作的可靠性及信号完整性的考虑,将系统划分为硬件上相互独立的四个部分:基于ARM的上位机控制系统、基于DSP的下位机主控系统、基于CAN总线的测速系统以及GPS/GPRS通信系统,并分别进行了相应软硬件的设计: 基于ARM的上位机控制系统安装有WinCE 5.0的系统,并且配备有7寸液晶显示触摸屏,可以提供良好的人机界面。它所要完成的任务是:提供图形化人机界面和触摸操作,实现施肥播种过程的实时控制;实现电子地图的绘制以及多种方式的处方生成;通过串口与基于DSP的下位机主控系统通信,完成施肥播种控制;与远程服务器进行GPRS通信,实现处方的下载和作业信息的实时上传。 基于DSP的下位机主控系统利用DSP/BIOS的实时调度来完成施肥播种过程的实时控制。它所要完成的任务是:对DGPS模块进行管理,并完成定位信息的解析;实现排肥盒转速和开度的闭环控制;实现排种盒转速和开度的闭环控制;与基于CAN总线的测试系统以及基于ARM的上位机系统进行通信。 基于CAN总线的测速系统主要用于车辆行驶速度的测量,利用CAN总线的高速度和高可靠性,实时的将拖拉机的速度通过CAN总线发给基于DSP的下位机主控系统,用于实时的施肥播种控制。 GPS/GPRS通信系统主要用于DGPS定位信号的获取和与远程服务器进行GPRS通信。GPS部分和GPRS部分分别通过独立的串口与DSP系统和ARM系统进行通信,完成信号的接收和发送。 另外,针对原始控制算法的不足,本文提出了一种基于模糊推理系统的控制策略。该方法综合考虑前、中、后连续3次施肥播种量的相互影响,实现了实时计算近优的施肥播种控制序列,避免了小施肥量下的大开度小转速现象,减小了外槽轮脉动性的影响。 最后,为综合验证本文设计的双变量施肥播种控制系统的性能,进行了标定实验、DGPS定位精度测量实验和控制算法验证实验。实验结果表明,研制的变量施肥机控制系统性能可靠、操作方便、具有较高的控制精度,满足了系统的设计要求。本文研制的双变量施肥播种控制系统已通过了科技部专家组的验收。
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