智能变量施肥控制系统及控制方法与流程

技术特征：

1.智能变量施肥控制系统，其特征在于，包括控制器、信息采集模块、作业执行模块、GPS定位模块、数据读写模块、显示模块和人机交互模块，所述控制器安装于牵引拖拉机驾驶室内，显示模块和人机交互模块与控制器连接；

所述作业执行模块包括步进电机驱动电路(7)、步进电机(8)，步进电机驱动电路(7)通过用户输入输出端口与控制器(1)相连接；所述步进电机(8)安装于施肥机储肥箱(6)底部的排肥轴(10)端部，并通过连轴器(12)与排肥轴(10)端刚性连接；

所述GPS定位模块(3)设置有GPS定位信息接收天线、信号处理电路，通过TTL串行端口与控制器相连接；

所述信息采集模块包括分别通过用户输入输出端口与控制器相连接的速度传感器(5)、拉杆式直线位移传感器(4)、陀螺仪(2)、转速传感器(13)，所述速度传感器(5)安装在牵引拖拉机的车轮驱动轴端部，用于测量机具的行走速度；拉杆式直线位移传感器(4)安装在田间作业一体机的开沟铲拉伸杆处，用于测量开沟铲的开沟深度；陀螺仪(2)安装在牵引拖拉机驾驶室内方向盘处，用于机具运动状态监测；所述转速传感器(13)装在排肥轴处，用于测量步进电机的转速；

所述数据读写模块设置有USB存储卡，通过USB设备读写端口与控制器相连接；所述USB存储卡用于存储不同地块需肥量信息，分别对应有地块区域的经纬度定位范围与需肥量对应的驱动电机转速信息；

所述控制器内置基于神经网络数据融合算法的多信息决策控制方法与施肥误差矫正方法，根据采集的行走速度、机具运动状态、步进电机转速进行神经网络数据融合，并与USB存储卡中的处方图信息比较，提取相应的施肥信息，由控制器发出相应的PWM脉冲数给步进电机驱动电路，进而带动步进电机调速，最终实现执行机构的变量精密作业。

2.根据权利要求1所述的智能变量施肥控制系统，其特征在于：所述的控制器(1)选用ARM，以S3C系列芯片为控制核心；采用GPS通信控制模块定位；USB存储设备读写控制模块采用USB总线通用接口芯片。

3.根据权利要求1所述的智能变量施肥控制系统，其特征在于：智能变量施肥控制系统选择WINCE、android或linux操作系统。

4.根据权利要求1所述的智能变量施肥控制系统，其特征在于：所述速度传感器(5)选用多圈绝对式角度传感器，采用变压器原理测角度，由标定信息进行机具速度计算。

5.根据权利要求1所述的智能变量施肥控制系统，其特征在于：所述作业执行模块中步进电机驱动电路(7)输入端通过用户输入输出端口与控制器连接，接收控制器的脉冲控制信号，输出端通过两相四线接口与步进电机(8)接线端连接，发送四路电信号控制电机转速；所述步进电机控制端与驱动电路两相四线接口相连，反馈接口由用户输入输出端与控制器连接，实时反馈转速信息。

6.根据权利要求1所述的智能变量施肥控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：作业机具前进时，GPS定位模块(3)接收实时定位信息，速度传感器(5)、陀螺仪(2)、拉杆式直线位移传感器(4)、转速传感器(13)分别实时检测机具的行走速度、行驶状态、开沟深度以及步进电机(8)的转速；控制器(1)结合定位信息、机具的行走速度、行驶状态及步进电机的转速进行神经网络数据融合，并与USB存储卡中的处方图信息比较，提取相应的施肥信息，由控制器(1)发出相应的PWM脉冲数给步进电机驱动电路(7)，进而带动步进电机(8)调速，即排肥轴(10)的转动的速度，变量施撒肥料；实现执行机构的变量作业；

所述神经网络数据融合算法中，速度传感器、陀螺仪、步进电机转速反馈信号的激活函数采用阈值函数分别为f₁(v)，f₂(t)，f₃(x)，

其中K₁、b₁为速度计算常参数，v₁、v₂分别为机具行进速度的两个阈值；

其中t₀为陀螺仪信号阈值；

其中K₃、b₃为步进电机转速反馈信号计算常参数，x₁、x₂分别为反馈信号的两个阈值；

得出f＝w₁₁f₁(v)+w₁₂f₂(t)+w₁₃f₃(x)，其中f为控制决策函数，施肥区域信息采用阈值函数其中K₄、b₄为施肥区域信息计算常参数，y₁、y₂分别为施肥区域信息的两个阈值；

由f函数和f₄(y)函数拟合得出执行函数F＝w₂₁f+w₂₂f₄(y)；

其中w₁₁+w₁₂+w₁₃＝1，w₂₁+w₂₂＝1，w₁₁、w₁₂、w₁₃分别为速度传感器、陀螺仪、步进电机转速反馈信号的激活函数权系数，w₂₁、w₂₂分别为、f₄(x)拟合权系数。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征还在于：作业过程中，控制器(1)会将整个作业过程中的信息生成文本保存在USB存储卡中，用于后期的分析处理。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征还在于：所述控制器(1)内置施肥误差矫正方法，为区域性缓冲矫正法，对相邻地块A、B施肥时，经过矫正缓冲区，对两部分的施肥决策函数F_A和F_B取加权均值F_X，作为此交叉区域的施肥决策，即满足函数w₃₁、w₃₂分别为F_A、F_B的拟合权系数。