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自动变量施肥机控制系统研究（一）

论文关键词：精确农业变量施肥GPSGIS单片机控

论文摘要：精确农业技术研究发展的驱动力是对农业耕作中发现的作物生长环境

和实际收获产量分布的空间差异性的认识，其核心是GPS、GIS、RS等技术支持下的精确

定位与变量作业。化肥是农业高产和增产的主要投入要素，化肥成本在农业总成本中占了

较大的比重，而且化肥的投入量与利用率直接影响农业产出、农民收入和环境质量。变量

施肥适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要进行全面平衡施肥，

提高肥料利用率，具有明显的经济和环境效益。

我国的化肥投入存在结构不合理、肥料平均利用率低、肥料的增产效益没能充分发挥

等问题。在变量施肥技术研究方面，我国基本是引进国外先进技术设备，进行消化、吸收

的跟踪研究。因此，研究和开发自动变量施肥技术，对发展符合我国国情的变量施肥技术

和实现农业可持续发展具有重要的理论意义和实用价值

本文研究的是基于地图的自动变量施肥控制系统，可自动接收DGPS信号，获得施肥

机位置和速度信息，根据施肥决策数据实现变量施肥控制。通过手动和自动两种控制模

式，施肥量均可以实现80～500kg/ha范围之内的调整，电机转速范围为10～200rpm。系

统具有结构简单、操作方便易学、施肥量变化范围大、控制性能比较稳定可靠、控制精度

理想等特点。此外，本系统借鉴国内外研究经验，以自主开发为主，成本较低，而且可适

用于不同型号的变量施肥机控制，适合我国国情，有利于促进变量施肥技术的实施及在

中国的推广应用

第一章绪论

1.1研究的目的和意义

传统农业的发展日益成熟，一味地依赖高能源投入提高单产的潜力越来越小。同时，

现代农业生产方式所秉承的高资源投入、高能耗及其造成的环境危害，使人类体验到强

烈的生存危机。人类必须合理地与大自然相处，充分发挥人类的智慧，寻找大自然自身

的规律，利用高科技的手段服务于农业生产，走可持续农业的发展道路。高效低害的农

业生产方式成为人类追寻的目标

中国是一个农业大国，农业是国民经济的基础，农业和农村经济的发展状况直接影

响到整个国民经济的持续发展和社会稳定

中国人多地少，人均资源相对紧缺。同时，土地资源、水资源都面临着严峻的形势。

由于人口仍在继续增长，人口与资源的矛盾将日益突出。中国农业发展普遍面临农产品生

产成本高、品质差、化肥利用率低、环境污染严重、劳动效率低等问题。过去的半个世

纪，中国的化肥投入和粮食单产已经达到了一个较高的水平，其进一步上升的空间有限。

参考发达国家因农业工程技术所带来的劳动效率和粮食单产增长的经验，中国有必要加

大农业工程技术装备的投入，以提高土地利用率、劳动生产率和农业产出率

因此，我国农业发展的途径和方式，既要充分有效地利用资源，又要节约、保护和合

理利用资源，大力发展中国式的可持续农业则可望有力地解决人口与资源这一矛盾

精确农业（PrecisionAgriculture）作为可持续农业的有效发展模式，近年来成为

国际上农业科学研究的热点领域。其含义是指利用遥感技术、地理信息系统、全球定位

系统等信息技术，在定位采集地块信息的基础上，根据地块土壤肥力、作物病虫害、杂

草、产量等在时间与空间上的差异，按农艺要求进行精确定位、变量耕种、变量施肥、变

量灌水、变量用药等农业技术的调整和管理，最大限度地优化使用各项农业投入，以获得

最高产量和最大经济效益。精确农业有利于提高农产品产量和品质，高效利用资源，同时

保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源，减少对环境的污染，代表着农业的发展方

向

由于化肥成本在农业投入中占有比较大的比重，而且化肥的投入量与利用率直接影响

农业产出、农民收入和环境质量，因此，变量施肥技术是精确农业作业体系中重要的组成

部分之一

1.2变量施肥及其必要性

精确农业的核心是GPS、GIS、RS支持下的精确定位与变量作业。变量投入技术

VRT(VariableRateTechnologies)如图1.1所示

变量施肥，是指根据地块的不同要求，有针对性地撒施不同配方及不同量的混合肥。

变量施肥的田间操作，主要由变量施肥机来完成，这种机器是一台装配有GPS系统和计

算机的拖拉机。具体过程如下：田间各小区所需肥料的比率及单位面积施用量，都经过

专家系统决策事先存入计算机；当拖拉机在田间行驶时通过GPS的准确定位获取机具当前

位置信息；经计算机的提示控制撒播施肥量，