自动计量麦田水肥一体化装置研究设计

摘要

黄淮海地区冬小麦产量高但水肥的利用率较低，造成了水肥资源的浪费。水肥一体化技术依据作物生长需求施肥灌溉，提高了水肥利用率，具有节约水肥、高效高产等优点。因此，该论文研究设计了一种麦田水肥一体化装置：用户预设水、肥量，装置自动称取相应量的固态水溶肥，然后控制加入相应量的水溶解肥，再将配好的肥液输送到麦田灌溉网。实验证明该装置能够根据预设水、肥值，较准确的自动完成水肥配比，达到了预期设计目的。 该水肥装置主要工作流程是：用户在手机端设置水、肥量,通过Wi-Fi局域网传给单片机，单片机启动外槽轮式排肥器，排肥到正下方的称重托盘中，称取到需要的肥量后停止排肥；启动步进电机依靠齿轮传动旋转托盘，倾倒肥料到下方圆柱状混肥桶中，步进电机再转回原位置为下次称肥做准备；向圆柱状混肥桶内注水，依靠超声波液位器实时监测液位控制水的注入量；注水结束后开启搅拌机搅拌两分钟加快肥的溶解，然后开启吸肥泵输送肥液到麦田。实现上述工作流程时完成的主要研究工作有： （1）使用Wi-Fi局域网无线连接智能手机与单片机实现手机端设置水、肥量；选用DS18B20温度传感器和YL-69土壤湿度传感器实时采集麦田环境信息上传到手机端供用户查看。 （2）设计机械机构和控制程序，实现较精确的固态水溶肥的动态称取，并制作试验台测量称肥误差；分析误差来源，研究获取减小称肥误差的方法。 （3）选用精度、灵敏度好的超声波液位器，监测混肥桶内的实时液位；“立管式”安装液位器并采用多管分流的方式向混肥桶内注水，减小注水时的液面波动，提高液位监测的准确性；搭配圆柱状混肥桶实现单片机对水量的监测控制。 （4）结合“二位式控制算法”设计称肥、控制水量的程序流程图，设计程序自动减少25g预设肥量，减小对干燥粉剂或小颗粒固态水溶肥的动态称取误差，因肥料有所差异，误差值有望控制在30g以内。 基于自主机械设计和程序控制，本装置创新性的实现了较精确的固态水溶肥的称取，结合控制水量部分完成水肥配比，进而实现对麦田的水肥一体化管理。

目录

声明

1前言

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3研究内容

1.4研究路线图

2麦田水肥需求分析和系统整体设计

2.1 固态水溶肥的调查总结

2.2麦田氮磷钾肥量需求分析

2.3 麦田水量需求分析

2.4系统整体设计

2.5 本章小结

3称肥部分设计与研究

3.1固态肥称重部分总体介绍

3.2排肥器的选取与使用

3.3称肥部分机械设计与仿真

3.3.1 机械设计

3.3.2有限元仿真

3.4动态称重误差来源分析与实验测试

3.4.1误差来源分析

3.4.2误差实验测试

3.5减小误差的方法研究

3.6称重传感器选取和使用

3.7步进电机的选取与使用

3.7.1步进电机的选取

3.7.2步进电机的使用

3.8称肥部分程序流程图

3.9本章小结

4监测控制水量部分设计与研究

4.1液位传感器选取与使用

4.2减小液面波动

4.3 灌溉用时与清洁用水量

4.4控制水量程序流程图

4.5本章小结

5 Wi-Fi无线控制部分的设计与实现

5.1总体介绍

5.2麦田温度与土壤湿度的采集

5.2.1需求分析

5.2.2麦田温度的获取

5.2.3麦田土壤湿度的获取

5.3 Wi-Fi无线信号传输的实现

5.4 系统无线控制部分的实现与测试

5.5本章小结

6试验台制作与测试

6.1试验台制作与测试

6.1.1试验台制作

6.1.2试验分析

6.2本章小结

7总结与展望

7.1总结

7.2创新点

7.3展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果