莊稼也可對癥下藥專家制出處方圖控制變量噴藥系統

根據農田病蟲草害防治的不同需要開出處方，并按處方合理噴灑藥量。吉林大學工程仿生教育部重點實驗室設計出的，基于處方圖控制的變量噴藥系統，具有精度高、成本低、通用性強等特點，適應我國國情，對提高農藥利用率，保護環境，保證農產品品質有重要推廣意義。該研究為國家“863”高技術研究發展計劃和“十一五”國家科技支撐計劃資助項目。

此研究報告刊登于《農業工程學報》2010年第26卷第4期，題為“基于ARM的變量噴藥控制系統設計”第一作者為生物與農業工程學院博士研究生王利霞，通訊作者為張書慧教授。

該系統具有自動控制、手動控制和試驗標定三種工作模式，以及系統作業參數實時記錄功能。當該系統配以相應的噴藥機進行變量噴藥作業時，操作人員可借助觸摸屏選擇該系統的工作模式。中央處理器根據所選的工作模式采集相應的傳感器信號，換算處理后，輸出響應指令控制變量執行器動作，實現變量噴藥作業。

農藥作為農產品病蟲草害防治最為有效的手段，其投入量直接影響著農產品的產量和品質。投入不當，不僅增加農產品生產成本，而且會破壞周圍環境的生態平衡，但是，到目前為止，我國大部分農村地區在農田病蟲草害防治過程中，沒有考慮病蟲草害的空間變異性，仍采用常量噴灑方式。隨著生活水平的提高，農藥過量使用對人體和環境造成的危害日漸引起人們的關注。因此，為了有效防治農田病蟲草害，提高農產品品質，國內外農學專家以及相關領域學者設計出一系列變量噴藥控制系統。

根據變量噴藥控制系統變量控制實施途徑不同可將該類控制系統分為兩大類：即基于機器視覺的變量噴藥控制系統和基于處方圖的變量噴藥控制系統。基于機器視覺的變量噴藥控制系統是通過光學傳感器實時采集作物圖像，通過圖像處理技術完成目標（病蟲草害）與作物的分割和識別，以圖像處理結果為依據進行噴藥決策運算，以此來控制噴頭噴藥量的，其中央處理器多以計算機為主。基于處方圖的變量噴藥控制系統是利用GPS（全球定位系統）和GIS（地理信息系統）技術，在農學專家進行田間病蟲草害調查的基礎上，生成作業處方圖，以處方決策數據為標準控制噴頭噴藥量，實現變量噴藥作業，其中央處理器多以51系列單片機為主。

雖然與基于機器視覺的變量噴藥控制系統相比，基于處方圖的變量噴藥控制系統構造簡單，對操作人員專業技能要求低，更適于我國農業智能裝備發展現狀。但是由于51系列單片機是一個8位機，無論如何擴展外圍設備，其性能、邏輯運算速度、存儲器、通信能力等仍受到8位機的局限，影響了該類系統的控制精度和功能設計。因此，吉林大學工程仿生教育部重點實驗室以ARM7系列的S3C44B0微處理器為核心，設計出一套基于處方圖的變量噴藥控制系統。并于2009年6月在吉林省榆樹市弓棚鎮13號村3號地進行玉米出苗后四葉一心期的玉米地變量噴藥田間試驗，試驗面積1.07公頃。試驗結果表明：在20米×20米作業網格內，噴藥機以4.2千米/小時速度工作，噴藥處方量在465ˉ600公斤/公頃范圍內變化時，采用該系統完成變量噴藥作業，自動控制工作模式下，設定的噴藥處方量與測得的噴藥處方量間相對誤差最大值為4.94%，最小值為1.13%。相同作業條件，手動控制工作模式下，設定的噴藥處方量與測得的噴藥處方量間相對誤差最大值為4.91%，最小值為2.05%。分析產生誤差的主要原因是電動調節閥動作滯后的特性所致。由于電動調節閥動作的滯后性屬機械鑄造中不可避免的固有特性，且控制系統對噴頭噴藥量控制誤差≤5%，進一步表明該系統性能穩定、軟硬件設計合理。