播種作業(yè)新農(nóng)業(yè)管理發(fā)展

　　文章是一篇農(nóng)業(yè)類論文，主要講述了播種作業(yè)導(dǎo)航控制系統(tǒng)優(yōu)化和終端設(shè)計(jì)事項(xiàng)等等。本文選自：《農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(新能源產(chǎn)業(yè))》,《農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(新能源產(chǎn)業(yè))》特別突出“為政府服務(wù)，為新農(nóng)村建設(shè)服務(wù)”的特色，為循環(huán)農(nóng)業(yè)、節(jié)能減排行動(dòng)提供支持，為可再生能源在農(nóng)村的普及推廣助力。

　　摘要：隨著技術(shù)的發(fā)展, 電氣與液壓控制相結(jié)合的電液控制將會(huì)逐步取代單純的液壓控制,實(shí)現(xiàn)控制更為精準(zhǔn)、系統(tǒng)更加穩(wěn)定安全的同時(shí)也可以減少農(nóng)機(jī)操作時(shí)的人力投入,提高農(nóng)機(jī)作業(yè)的效率。

　　關(guān)鍵詞：播種作業(yè),農(nóng)業(yè)科技,農(nóng)業(yè)發(fā)展,農(nóng)業(yè)論文

　　1.1 論文研究的背景和意義

　　隨著科技的不斷進(jìn)步,科學(xué)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都給人們帶來(lái)了技術(shù)成果。科技的發(fā)展與創(chuàng)新在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不但帶動(dòng)了農(nóng)業(yè)自身發(fā)展,而且逐步替代了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,使其朝著自動(dòng)化和智能信息化方向發(fā)展。無(wú)論從中國(guó)的自身國(guó)情出發(fā),還是著眼于國(guó)際視野,大力發(fā)展與提高我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化以及自動(dòng)化水平是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然之路,也是對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)走可持續(xù)發(fā)展策略的有力保障[1]。中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),也是人口大國(guó),農(nóng)業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系到民生等問(wèn)題,我國(guó)很早就開始對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)研究,但是土地利用率較低、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問(wèn)題依然沒有得到很好的解決。

　　近年來(lái)隨著電子、信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的概念得到了廣泛的認(rèn)可與推廣。“精細(xì)農(nóng)業(yè)”在國(guó)外已經(jīng)得到很好的應(yīng)用,其主要內(nèi)容是以信息技術(shù)為基礎(chǔ),利用定位系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、信息采集與處理系統(tǒng)、智能農(nóng)業(yè)裝備等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的低投入高產(chǎn)出,對(duì)節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境具有重要意義[2]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中拖拉機(jī)是不可缺少的農(nóng)業(yè)機(jī)械,其通過(guò)掛載、牽引農(nóng)具實(shí)現(xiàn)耕地、播種、收獲等大多數(shù)的農(nóng)田工作,所以能否充分利用拖拉機(jī)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中起著非常重要的作用。

　　由于拖拉機(jī)的工作環(huán)境較差,工作的多樣性以及復(fù)雜性,以及操作者的技能水平不一,這些都影響著農(nóng)田耕種、收獲的效率與經(jīng)濟(jì)效益[2-4]。將自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用于拖拉機(jī)可以有效提高耕地、播種、收獲等過(guò)程中的行間精度,有效降低生產(chǎn)過(guò)程中的重復(fù)作業(yè)、漏作業(yè)等現(xiàn)象的產(chǎn)生,從而提高了農(nóng)耕效率,降低成本。最重要的是拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛可以將拖拉機(jī)的操作者從繁重、單一、重復(fù)的生產(chǎn)過(guò)程中解放出來(lái)。目前國(guó)外公司研制的拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行了推廣使用,但其成本較高,而且由于技術(shù)問(wèn)題大部分產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)無(wú)法進(jìn)行維修,不利于拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)期的使用。

　　另一方面,由于目前針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的導(dǎo)航控制科研成果較少,科研成果與產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率較低,目前在國(guó)內(nèi)導(dǎo)航控制系統(tǒng)仍處于理論與科研探索階段。加強(qiáng)拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的研究有利于減少我國(guó)對(duì)國(guó)外產(chǎn)品和技術(shù)的依賴,降低產(chǎn)品成本、開發(fā)出針對(duì)我國(guó)自身的地塊情況的導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　1.2 拖拉機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　1.2.1 國(guó)外發(fā)展趨現(xiàn)狀

　　國(guó)外的導(dǎo)航控制技術(shù)研究起步較早,其先進(jìn)的電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)使得農(nóng)機(jī)的導(dǎo)航控制技術(shù)得以在很多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到應(yīng)用。從 20 世紀(jì) 90 年代開始美國(guó)、日本等國(guó)家就針對(duì)精細(xì)農(nóng)業(yè)理念開始研發(fā)適用于農(nóng)機(jī)使用的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。在農(nóng)機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)中,導(dǎo)航定位系統(tǒng)與多傳感器相互融合技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用最為廣泛,由于導(dǎo)航定位系統(tǒng)與多傳感器融合技術(shù)為核心的導(dǎo)航技術(shù)中的導(dǎo)航路徑是以地面為研究對(duì)象,所以更適合于農(nóng)業(yè)中的播種、施肥過(guò)程,而機(jī)器視覺技術(shù)更加適合于收獲、莖葉噴藥等過(guò)程。導(dǎo)航定位系統(tǒng)與多傳感器融合技術(shù)為核心的導(dǎo)航控制技術(shù)研究較早,目前已經(jīng)有很多公司推出了各自特點(diǎn)的導(dǎo)航控制系統(tǒng)產(chǎn)品,如由美國(guó)約翰迪爾(John Deere)公司推出的 AutoTrac 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、由美國(guó)天寶(Trimble)公司推出的 Trimble Autopilot 自主導(dǎo)航系統(tǒng)、由日本拓普康(Topcon)公司推出的 System150 高精度自動(dòng)控制系統(tǒng)以及美國(guó)凱斯公司推出的 AFS Accu Guide 導(dǎo)航控制系統(tǒng)。

　　2、 拖拉機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)電液提升模塊設(shè)計(jì)

　　2.1 電液提升模塊總體設(shè)計(jì)

　　目前在本設(shè)計(jì)中導(dǎo)航控制系統(tǒng)如圖 2-1 所示,包括導(dǎo)航終端、轉(zhuǎn)向控制器、電液提升機(jī)構(gòu)三個(gè)部分。在播種作業(yè)中通過(guò)拖拉機(jī)懸掛提升系統(tǒng)對(duì)播種器進(jìn)行提升與下降操作是必不可少的,所以電液提升機(jī)構(gòu)是導(dǎo)航控制系統(tǒng)重要模塊之一,該模塊由導(dǎo)航終端實(shí)現(xiàn)控制功能。

　　傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)提升機(jī)構(gòu), 通常采用變化手柄檔位來(lái)控制農(nóng)機(jī)的提升機(jī)構(gòu), 操控者通過(guò)控制手柄使多路閥連接的油道發(fā)生改變,從而實(shí)現(xiàn)上升與下降的功能,但是這種液壓控制方式在控制過(guò)當(dāng)或長(zhǎng)期處于上升或下降狀態(tài)的情況下,容易造成提升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的壓力升高,油溫升高,損壞液壓件、掛桿件或農(nóng)具。

　　機(jī)械部件的摩擦,手柄的漲縮,以及彈性元件的遲滯都會(huì)影響到操作反應(yīng)時(shí)間,而且一般需要在與他人的配合下才能準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)提升與下降,這也提高了勞動(dòng)成本。電液提升機(jī)構(gòu)是導(dǎo)航控制系統(tǒng)中的重要組成部分,在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航控制過(guò)程中出現(xiàn)懸掛設(shè)備故障、地頭轉(zhuǎn)彎等情況需要操作拖拉機(jī)的提升機(jī)構(gòu)。

　　本文的研究是在鐵牛 654 拖拉機(jī)手動(dòng)提升機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。鐵牛654 的液壓提升機(jī)構(gòu)主要是由提升手柄、多路閥、提升油缸、齒輪油泵組成。為了實(shí)現(xiàn)電液控制需要在原有提升機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上改造液壓控制部分,并增加電路控制模塊對(duì)提升動(dòng)作實(shí)現(xiàn)電氣控制。

　　2.2 提升控制器設(shè)計(jì)

　　控制部分采用基于 ARMv7-M 架構(gòu)的 Cortex-M3 內(nèi)核的主控芯片 LM3S5749,控制信號(hào)采用 PWM 脈沖輸出信號(hào),該控制器可以提供 3 個(gè) PWM 發(fā)生器,每個(gè)發(fā)生器有 2個(gè)可以獨(dú)立控制的 PWM 輸出信號(hào),2 個(gè)比較器,1 個(gè) 16 位的遞增/遞減計(jì)數(shù)器。軟件使用 IAR 開發(fā)工具對(duì) ARM Cortex-M3 控制器進(jìn)行開發(fā),ARM 控制器可以實(shí)現(xiàn)GPIO 推挽輸出、PWM 輸出功能。差動(dòng)放大電路的穩(wěn)定性受共模干擾信號(hào)和零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的影響很大,并且本身設(shè)計(jì)較為復(fù)雜,本設(shè)計(jì)采用較為成熟、簡(jiǎn)單、較為穩(wěn)定的共射極三極管放大電路。三極管放大電路對(duì)于交流電放大效果較為理想,所以采用 ARM控制器 PWM 輸出信號(hào)。軟件的開發(fā)平臺(tái)采用的是 IAR 開發(fā)工具,在 C 語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境下對(duì) GPIO 口實(shí)現(xiàn) PWM 輸出控制[15][16]。開發(fā)流程如圖 2-3 所示。

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