توصيفگر ها :
مديريت خاص مكاني , فناوري نرخ متغير , سامانه اطلاعات جغرافيايي , زمان پاسخ , PWM , GPS
چكيده فارسي :
با افزايش تقاضاي مواد غذايي و به طبع آن بالا رفتن مصرف كودهاي شيميايي، بهرهگيري از روشهاي توسعه پايدار در كشاورزي دقيق ضرورت مييابد. كشاورزي دقيق يا مديريت خاص مكاني (SSCM) به نوعي از كشاورزي اطلاق ميشود كه اعمال نهادهها با توجه به نياز هر ناحيه به كمك فناوري نرخ متغير تغيير داده ميشود. يكي از راههاي دستيابي به قابليت نرخ متغير در كودپاشي، اضافه كردن كنترلكننده به دستگاههاي كودپاشي است كه نرخ يكنواخت را اعمال ميكنند. در اين تحقيق اعمال نرخ متغير نهاده به روش نقشه-مبنا بكار برده شده است. در فناوري اعمال نهاده به صورت نرخ متغير، در ابتدا نقشه نرخ كودپاشي در هر ناحيه از مزرعه در سامانه اطلاعات جغرافيايي (GIS) تهيه ميشود. قبل از ورود به مزرعه، نقشه در حافظه داخلي سامانه كنترلي بارگذاري شده و با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافيايي و سامانه موقعيتياب جهاني (GPS)، نرخ كاربرد نهادهها را به صورت پيوسته كنترل ميشود. در پژوهش حاضر براي توسعه سامانه نرخ متغير كودپاشي، مراحل اجرا شده عبارتند از: 1) طراحي و ساخت سامانه كنترل مدار باز براي كودپاشي با نرخ متغير، 2) نوشتن برنامه مناسب براي جمعآوري دادههاي مربوط به موقعيت و سرعت پيشروي به منظور ارسال فرامين كنترلي به مدار كنترل نرخ كودپاشي (از نرم افزار Code vision استفاده شد)، 3) ارزيابي استاتيكي دستگاه و اندازهگيري زمان پاسخ سيستم و مقدار خطا و 4) ارزيابي مزرعهاي كودپاش به منظور دستيابي به دقت كار بر اساس استاندارد ASABE. كودپاش سانتريفيوژ با استفاده از يك سامانه كنترل حلقه باز به صورت كودپاش نرخ متغير استفاده شد. از روش تعديل عرض پالس (PWM) براي تغيير سرعت موتور استفاده شد. اجزاء مورد استفاده در سامانه كنترل شامل: 1) موتور 370 وات DC به همراه كوپلينگ اتصال و جعبه كاهنده دور، 2) انكدر (متصل به چرخ تراكتور براي محاسبه سرعت خطي تراكتور)، 3) سامانه كنترل نرخ كودپاشي، 4) گيرنده GPS و 5) دو باتري 12 ولت (تغذيه سامانه كنترل و موتور) ميباشند. قبل از ورود به مزرعه سامانه كنترل براي نرخهاي حقيقي پاشش و انكدر متصل به تراكتور براي سرعتهاي مختلف حركت تراكتور،كاليبره شدند. در اين پژوهش از كود سوپر فسفاته (SP) براي ارزيابي عملكرد كودپاش نرخ متغير استفاده شد. اندازه جعبهها براي جمعآوري دانههاي كود 10×40×50 سانتيمتر و ابعاد زمين براي انجام آزمون مزرعهاي 20×30 متر در نظر گرفته شد. رابطه بين نرخ جريان خروجي پاشش كود در هكتار و سرعت دوراني موتور با ضريب تبيين 98/0 تخمين زده شد. دو نرخ ثابت 57 و 150 كيلوگرم در هكتار براي بررسي پاشش توزيع طولي و عرضي كودپاش تعيين شد. در آزمون طولي براي نرخ 150 كيلوگرم در هكتار، ضريب تغييرات 02/16% و انحراف معيار 80/22 و براي نرخ 57 كيلوگرم در هكتار مقدار ضريب تغييرات 68/26% و انحراف معيار 06/15 محاسبه شد. با افزايش ميزان كاربرد نرخ كودپاشي، درصد ضريب تغييرات (CV) كاهش و يكنواختي در الگوي پاشش افزايش يافت. در آزمون عرضي، الگوي سه بعدي توزيع براي هر نرخ رسم شد و ميانگين عرض پاشش مؤثر كودپاش 9 متر بدست آمد. در حالت كودپاشي نرخ متغير دستي (Manual) زمين به دو سلول با ابعاد 12×15 متر تقسيم شده و تغيير نرخ توسط سامانه كنترل صورت پذيرفت. نمودار S شكل بر هر دو زمان پاسخ تغيير نرخ بذركاري از زياد به كم و بالعكس، برازش شد و معادلات زمان پاسخ با ضريب تبيين 97/0 بدست آمد. در حالت كنترل دستي در انتقال نرخ از زياد به كم، زمان تأخير 84/1 ثانيه و زمان پاسخ 36/7 ثانيه محاسبه شد. در انتقال نرخ از كم به زياد زمان تأخير 48/2 ثانيه و زمان پاسخ 2/9 ثانيه محاسبه شد. علت افزايش زمان پاسخ در تغيير نرخ پاشش از كم به زياد، غلبه موتور بر گشتاور مقاوم بود. ميانگين اندازه سلولها با توجه به زمان پاسخ 11 متر در نظر گرفته شد. در حالت كودپاشي خودكار(Auto)، در انتقال نرخ از زياد به كم زمان پاسخ 8 ثانيه و از كم به زياد زمان پاسخ 76/9 ثانيه اندازهگيري شد. بهترين مكان اعمال نرخ براي افزايش دقت در فاصلهي حدود 2/3 متر در انتهاي سلول اول و 3/6 متر در ابتداي سلول دوم گزارش شد.
چكيده انگليسي :
With increasing demand for food and, consequently, increasing consumption of chemical fertilizers, sustainable development methods are used in developed agriculture. Site-Specific Crop Management (SSCM) known as a method in which the farm is divided into several different areas and using variable rate technology (VRT), the application of inputs is changed according to the needs of special area. One way to access variable rate capability in agricultural machinery is to add controllers to distributers which uses a constant rate. In this research, the input variable rate is applied using the map-based method. The stages of this research were: 1) design and construction of closed-circuit television control system for variable rate fertilizer, 2) write a suitable program to collect data related to the position and speed of progress in order to send controlling commands to the fertilizer’s rate-control circuit (Code vision software was used), 3) Static evaluation of the device and measurement of system’s time responses and the error’s rate, 5) evaluation of fertilizer fields in order to achieve accuracy according to ASABE standard. Centrifugal distributer was used as a variable rate distributer using a close-loop control system. The Pulse Width Modulation (PWM) method was used to change the speed. Components used in the control system include: 1) 370watt DC motor with coupling and gearbox, 2) encoder (connected to the tractor wheel to calculate the linear speed of the tractor), 3) rate control system, 4) GPS receiver, 5) Two 12-volt batteries (control system and motor power supply). Before entering the field, the control system was calibrated for actual spraying rates and the encoder connected to the tractor was calibrated for speed. Superphosphate (SP) fertilizer was used for spraying. The size of the boxes for collecting fertilizer grains was 10×40×50 cm and the dimensions of the test area were 20×30 m. The relationship between output flow rate, manure spraying per hectare and engine rotational speed was calculated with a coefficient of determination of 0.98. distributer’s evaluation was performed in longitudinal and transverse distribution test for fixed rates of 150 and 57 kg/ha. In the longitudinal test, for a rate of 150 kg / ha, the coefficient of variation was 16.02% and the standard deviation was 22.80, and for the rate of 57 kg/ha, the coefficient of variation was 26.68% and the standard deviation was 15.06. With increasing application of fertilizer rate, we saw a decrease in the percentage of coefficient of variation (CV) and uniformity in the distribution pattern. In the transverse test, a three-dimensional distribution pattern was designed for each rate and the average effective spray distribution width of the distributer’s was calculated 8 m. In the case of manual variable fertilization, the soil was divided into two cells with dimensions 15×12 m and the rate change Was done by the control system. The S-shaped diagram was fitted to both response time of seed rate change from high to low and vice versa and the response time equations were obtained with a coefficient of determination of 0.98. In manual control mode and in rate transfer from high to low, the delay time was 1.84 seconds, and the response time was 7.36 seconds. In transmitting the rate from low to high, the delay time was 2.48 seconds and the response time was 9.2 seconds. The reason for the increase in response time in the second case is the dominance of the motor over the resistant torque. The mean cell size was considered to be 11 m according to the response time. In the case of automatic variable fertilization, the rate of transfer from high to low response time was 8 seconds and from low to high the response time was 9.76 seconds. The best place to apply the rate to increase accuracy at a distance of about 3.2 meters at the end of the first cell 6 meters at the beginning of the second cell.