طراحی و ساخت سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع نقشه- مبنا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه تهران و پژوهشگر موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

2 دانشیار گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه تهران

3 استاد سنجش از دور دانشگاه تهران

4 استاد گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه تهران

5 پژوهشگر موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

چکیده

هدف از این پژوهش طراحی و ساخت سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع برای برگ­پاشی ذرت است.  از شیرهای سلونوئیدی جهت تغییر بده خروجی افشانک­ها با استفاده از فناوری تعدیل عرض پالس (PWM) و از حسگرهای بده توربینی و ماژول GPS به ترتیب برای اندازه­گیری بده شیرهای سلونوئیدی و تعیین مختصات لحظه­ای دستگاه استفاده شد.  نرم­افزار سامانه با استفاده از زبان برنامه­نویسی ویژوال بیسیک 6 نوشته شد.  وظایف نرم­افزار عبارت است از: دریافت مختصات لحظه­ای GPS، دریافت اطلاعات نقشه کود نیتروژن، مقایسه مختصات لحظه‌ای دستگاه با مختصات نقشه کود، صدور دستور پاشش به شیرهای سلونوئیدی، دریافت خروجی حسگرها و مقایسه با بده مطلوب و سرانجام اعمال سامانه کنترل.  به منظور بررسی عملکرد سامانه، آزمون­های دقت و تأخیر زمانی پاشش در سه تکرار اجرا شد.  نتایج نشان می‌دهد میانگین اختلاف مقادیر بده نقشه کود با بده خروجی سامانه در وضعیت کنترل حلقه باز و حلقه بسته آزمون­ها به ترتیب 0/10 و 6/3 درصد و حداکثر مقدار تأخیر زمانی سامانه 54/0 ثانیه است.  نتایج آزمون t- جفت شده نشان می‌دهد که بین مقادیر بده خروجی سامانه و بده نقشه کود در سطح احتمال یک درصد تفاوت معنی­داری وجود ندارد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Map-Based System for Variable Rate Liquid Nitrogen Fertilizer Application

چکیده [English]

This research designed, constructed and evaluated a map-based variable rate application system for liquid nitrogen fertilizer. Solenoid valves were used to change nozzle flow using pulse-wide modulation technology. A turbine flow sensor and GPS module were used to measure solenoid valve flow and online system coordination, respectively. The graphical user interface software was designed by Visual Basic 6. This program received online coordination from a GPS module, received fertilizer map data, compared online and map coordinates, specified application order, received sensor output and compared it with optimum data and then applied proportional closed-loop control. To evaluate the system, accuracy and time-delay experiments were carried out with 3 replications. The results showed that the average difference between map data and system flow for open and close-loop controllers were 10.0 and 3.6%, respectively. The maximum time delay was 0.54 s. Results also showed that, at 1% probability, no significant difference was observed between the system flow and nitrogen fertilizer map data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fertilizer applicator
  • Nitrogen fertilizer
  • Precision agriculture
  • Variable rate technology
Al-Gaadi, K. A. and Ayers, P. D. 1999. Integrating GIS and GPS into a spatially variable rate herbicide application system. Appl. Eng. Agric. 15(4): 255-262.

Bagheri, N., Ahmadi, H., Omid, M. and Alavipanah, S. K. 2011. Preparing nitrogen variability map for corn based on satellite imagery. Iranian J. Biosystem Eng. 42(1): 103-111.

Bennur, P. J. and Taylor, R. K. 2009. Response time evaluation of real-time sensor based variable rate technology equipment. ASABE Annual International Meeting. Reno. Nevada.

Bora, G. C., Schrock, M. D., Oard, D. L., Grimm, J. J., Kolb, T. C. and Higgins, J. J. 2005. Reliability tests of pulse width modulation (PWM) valves for flow rate control of anhydrous ammonia. Appl. Eng. Agric. 21(6): 955-960.

Carrara, M. Comparetti, A. Febo, P. and Orlando, S. 2004. Spatially variable rate herbicide application on durum wheat in Sicily. Biosystems Eng. 87(4): 387-392.

Fleming, K. L., Westfall, D. G., Wiens, D. W. and Brodahi, M. C. 2000. Evaluating farmer definded management zone maps for variable rate fertilizer application. Precision Agric. 2(2): 201-215.

Ghazvini, H. D., Almasi, M. and Fathi, M. 2006. Application effect of digital maps (for VRT machines) for optimum fertilizer consumption in precision farming in Borkhar, Esfehen. Proceedings of the 4th National Congress on Agricultural Machinery Engineering and Mechanization. Aug. 29-30. Tabriz. Iran. (in Farsi)

Giles, D. K., Young, B. W., Alexander, P. R. and French, H. M. 1995. Intermittent control of liquid flow from fan nozzles in concurrent air streams: wind tunnel studies of droplet size effects. J. Agric. Eng. Res. 62(2): 77-83.

Gopalapillai, S., Tian, L. and Zheng, J. 1999. Evaluation of a flow control system for site-specific herbicide application. T. ASAE. 42(4): 863-870.

Hanna, H. M., Boyd, P. M., Baumgartner, K. J., Baker, J. L. and Colvin, T. S. 2006. Field application uniformity of impellicone and pulse-width-modulated Anhydrous Ammonia manifolds. Appl. Eng. Agric. 22(3): 365-371.

Kim,Y. J., Kim, H. J., Ryu, K. H. and Rhee, J. Y. 2008. Fertiliser application performance of a variable-rate pneumatic granular applicator for rice production. Biosystems Eng. 100(4): 498-510.

Li, F., Gnyp, M. L., Jia, L., Miao, Y., Yu, Z., Koppe, W., Bareth, G., Chen, X. and Zhang, F. 2008. Estimating N status of winter wheat using a handheld spectrometer in the North China Plain. Field Crop. Res. 106(1): 77-85.

Malakouti, M. J. and Keshavarz, P. 2006. Look at the Fertility Status of Iranian Soils ( Evaluation and Utilizeation). Sana Pub. Tehran. (in Farsi)

Noh, H., Zhang, Q., Han, S., Shin, B. and Reum, D. 2005. Dynamic calibration and image segmentation methods for multispectral imaging crop nitrogen deficiency sensors. T. ASAE. 48(1): 393-401.

Rockwell, A. D. and Ayers, P. D. 1994. Variable rate sprayer development and evaluation. Appl. Agric. 10(3): 327-333.

Schrock, M. D., Grimm, J. J., Oard, D. L., Taylor, R. K., Kolb, T. C. and Anderson, J. D. 2001. Performance of a multipoint pulse-width modulation metering system for ammonia. T. ASAE.
44(2): 211-216.

Sui, R. and Thomasson, J. A. 2006. Ground-Based sensing system for cotton nitrogen status determination. T. ASAE. 49(6): 1983-1991.