针对目前水稻远程灌溉系统存在的硬件资源浪费、系统响应差等弊端,应用了一种"服务器—用户手机"直接通讯的方式,并设计了一套基于GPRS(General Packet Radio Service)和GSM(Global System for Mobile Communications)的水稻智能灌溉系统。该系统以STC12C5A60S2单片机作为现场终端的核心处理器,通过GPRS DTU无线通信模块完成现场终端与远程服务器之间的通讯,利用GSM短消息方式实现用户手机与远程服务器之间的信息交互,极大地减少了现场终端的任务处理量,加快了系统的实时性。系统能够通过液位传感器获取田间水位信息,并根据水稻不同时期的需水量完成灌溉或排水操作。同时,系统通过对水稻灌溉监控管理软件的设计实现了服务器软件监控和用户手机监控的双重监控功能。试验结果表明,该系统工作稳定,灌溉控制精度在93%以上,能够达到远程监控、灌溉的目标。
为实现大面积区域农田环境的实时远程连续监测,对比保护性耕作和传统耕作技术的农田环境信息,开发农田环境信息采集与远程监测系统。该系统利用STC12C5A60S2单片机为核心控制器,通过GSM(Global System for Mobile Communications)无线传输网络进行SMS(Short Messaging Service)信息发送,利用太阳能电池板对采集节点进行供电,通过GIS(Geographic Information System)软件进行农田环境的实时监测。实验结果表明:远程监测系统能够连续准确地传送实时数据,监测时间分别为播种期,生长期,收获期,系统在传统耕作模式下检测精度为97.30%,95.18%,96.64%,在保护性耕作模式下检测精度为96.39%,95.11%,95.34%;在中国北方玉米生长季节,保护性耕作土壤含水量明显高于传统耕作土壤含水量,并且当降雨量减少时,采用保护性耕作的土壤水分利用率较传统耕作技术有明显的提高。
针对地轮驱动的玉米排种工作方式存在地轮打滑而造成漏播率增加的问题,设计了基于无刷直流电机驱动(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)的智能播种控制系统。该系统以STM32单片机作为PID控制器的核心处理器,利用无刷直流电机作为排种器驱动源,并通过增量式编码器实时采集排种器的转速,同时利用霍尔传感器获取播种作业速度。为实现PID控制的最优化,在Simulink环境下建立无刷直流电机的仿真模型,并结合PSO(Particle Swarm Optimization,粒子群优化)算法对PID参数进行优化设计。仿真结果表明:经PSO整定后,PID控制器的阶跃响应效果良好,超调量为4%,调节时间为0.12s。田间试验结果表明:在低速、中速、高速和变速作业条件下,本电机驱动系统较传统地轮驱动系统在漏播指数方面分别降低了0.9%、1.1%、1.4%和1.3%,在播种合格指数方面分别提高了1.8%、3.8%、2.8%和1.7%。
