玉米免耕播种施肥机精准作业实现变量施肥和精密播种

中国目前玉米生产存在资源利用率低、投入产出率低的现象，精准播种、精准施肥是精准农业主要的技术环节，是保证丰产丰收的基础。本文根据免耕播种施肥机的特点，设计了播种粒距调节自动控制系统以及基于步进电机的排肥量反馈控制系统，取得了良好的实验效果。

随着农村土地承包经营权流转的深入，农业生产越来越需要规模化经营。中国目前农业生产普遍存在资源利用率低、投入产出率低的现象，使得目前的生产模式亟待革新。精准农业通过获取农田小区作物产量分布及影响作物产量的因素的空间及时间差异性信息，分析原因，并采取有效的调控措施，按需实施调控，实现生产效率的提高和环境的可持续发展。精准播种、精准施肥是精准农业主要的技术环节，是保证丰产丰收的基础。精准播种可以大量节省种子，播种玉米可节约40～45公斤每公顷，棉花可节约75公斤每公顷，大豆可节约22.5公斤每公顷，谷子可节约4.65公斤每公顷；此外，还可以节省间苗工时或完全省去间苗工序，使作物苗齐、苗壮，营养合理，植株个体发育健壮，群体长势均衡，增产效果显著。精准施肥通过测量土壤养分含量，按需施肥，在节约肥料的同时，起到环境保护的作用。

为了提高播种精度，设计了变量播种反馈控制系统，以及按处方图精准施肥控制系绕。该系统在播种机上安装全球定位系统(GPS)接收机、排种管和排肥管检测传感器、种箱和肥箱质量传感器、传感器采集模块、排种轴和排肥轴转速控制电机、电机控制模块、霍尔测速传感器等装置。安装在播种机上的车载计算机、变量播种反馈装置和精准施肥控制装置、车载GPS定位导航系统、变量播种反馈装置及精准施肥控制装置分别通过车载信号处理电路与车载计算机连接。在排种管和排肥管上安装压力传感器和电容传感器，检测实施播种量和施肥量，上位机采集信息并与期望的播种量和施肥量对照，计算偏差，根据车辆行走速度，输出排种轴排肥轴期望转速，控制电机实现变量播种和变量施肥。

研究者经过大量的实验验证，排种量、排肥量自动调整系统通过伺服电机控制种肥轴转速来实现，性能稳定，实用性强。对施肥量的控制，能在135～360公斤每公顷范围内实现根据处方图的施肥量变量调节，肥料控制精度为3.31%，解决了目前变量施肥机施肥量开环控制精度不高的问题。对玉米点播,首次提出实时调整播种粒距的变量播种模式，可以实现播种粒距10～20厘米，在线无级调整，最大控制误差不高于4.48%。

目前国外变量播种施肥的实施过程都是通过液压马达驱动排肥机构来实现的，通过控制液压电液比例阀的开度，控制液压油的流量，实现播种量和施肥量的变量控制。应用最广的有CASE公司的Flexi Coil变量施肥播种机、JOHN Deere公司的JD-1820型气力式变量施肥播种机等。这种方法在实际应用中，施肥精度较低，不能满足精密施肥的要求。玉米播种过程中适时调整粒距，没有相关报道。此次研究填补了这项空白。精准播种可以大量节省种子，精准施肥通过测量土壤养分含量，按需施肥，在节约肥料的同时，起到环境保护的作用。