基于北斗定位的田间变量处方喷药控制系统的研制

摘要

农药防治病虫草害一直是农林植保领域最常用也最有效的方式，然而传统农业中采用田间统一喷施的方式极易造成农药使用过量，不仅增加农业的投入成本、降低农产品质量、激发病虫草害的抗药性，同时还会对生态环境以及人体健康造成威胁。精准农业中变量喷药技术正是针对这些问题而提出来的。与此同时，随着北斗系统的不断完善，北斗已能与GPS一样提供定位服务。因此，为提高农药有效利用率，促进农业可持续，倡导我国自主研发的北斗定位导航系统，本文设计了一套结构相对简单的基于北斗定位的田间变量处方喷药系统。
　　首先，本文就基于北斗定位的田间变量处方喷药控制系统的总体设计方案进行分析，将其整个系统分成田间信息处理系统和变量喷药控制模块两部分，分别对其进行分析并给出设计方案。田间信息处理系统的主要工作是农田信息分布图的生成和变量施药处方图的解译，农田信息分布图是一张关于田间病虫草害密度在田间各分区的分布情况的二维地图，变量施药处方图则是针对分布图生成的一张治理方案图;变量喷药控制模块的主要工作则是按照处方图执行变量喷药工作，同时控制喷药机组喷杆管路压力的稳定。
　　然后，根据系统的总体设计方案及功能对各模块硬件进行分析，并选择较为合适的硬件集成变量处方喷药控制系统。田间信息处理系统的核心硬件是车载电脑，根据分析选择EPCS-8980型工控机及相关配件组成;北斗定位接收设备则选用P207北斗单频多星板卡及配套天线组成;变量喷药控制器则选择DSP56F805芯片并设计相关控制电路构成。选择性能优良的FieldMapper软件作为系统嵌入式GIS软件，其应用程序在EVC软件环境下编写;变量喷药控制模块的程序开发在CodeWarrior集成开发环境下编写，田间信息处理系统与变量喷药控制系统之间通信遵循iCAN通信协议。
　　最后，将设计的变量处方喷药控制系统安装在拖拉机上组成完整的实验喷药机组，设计合理的实验方案，对系统的农田信息分布图生成、变量施药处方图的解译以及变量喷药等功能进行试验测试，试验结果显示其系统能够正常运行并实现其预期功能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 研究目的与意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究意义

1．3 变量喷药系统的种类

1．3．1 基于机器视觉的变量喷施系统

1．3．2 基于处方图的变量喷施系统

1．4 国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 存在的问题

1．6 主要研究内容

1．7 本章小结

第二章 基于北斗的变量处方喷药控制系统的总体方案

2．1 田间变量处方喷施系统的设计方案

2．2 田间信息处理系统的设计方案和结构组成

2．2．1 田间信息处理系统的设计方案

2．2．2 田间信息处理系统的结构组成

2．3 变量喷药控制模块的工作原理和结构组成

2．3．1 变量喷药控制模块的工作原理

2．3．2 变量喷药控制模块的结构组成

2．4 本章小结

第三章 基于北斗的变量处方喷药控制系统的硬件设计

3．1 田间信息处理系统的硬件分析及选型

3．1．1 北斗定位接收设备选型

3．1．2 机组速度检测装置硬件

3．1．3 车载电脑选型

3．1．4 人机对话设备

3．2 变量喷药控制模块的硬件分析及选型

3．2．1 微处理器MCU的选型

3．2．2 控制模块电路的设计

3．2．3 控制模块电路抗干扰设计

3．3 基于北斗的变量处方喷药控制系统的硬件集成

3．4 本章小结

第四章 基于北斗的变量处方喷药系统的软件平台

4．1 田间信息处理系统的软件设计

4．1．1 田间信息处理系统的软件平台

4．1．2 嵌入式GIS系统的加载及功能介绍

4．1．3 北斗定位信息的获取

4．1．4 机组速度测试原理

4．1．5 农田信息分布图的生成

4．1．6 变量施药处方图的生成和解译

4．1．7 文件格式转换

4．2 变量喷施控制模块的软件设计

4．2．1 变量喷施控制模块软件的总体流程

4．2．2 CAN总线通讯控制

4．3 本章小结

第五章 试验与数据处理

5．1 试验平台的搭建

5．2 农田信息分布图的生成试验

5．2．1 试验方法

5．2．2 测试结果及分析

5．3 变量施药处方图的生成和解译试验

5．3．1 试验方法

5．3．2 试验结果及分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文