[实用新型]基于归一化植被指数的玉米氮肥变量施肥控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种实时测量玉米冠层的光谱数据并诊断玉米需氮量，结合施肥机械的行进速度控制施肥量的基于归一化植被指数的玉米氮肥变量施肥控制装置。

技术背景

近年来，我国化肥的消耗量和农作物的产量都在逐年增加，但是投入和产出极不相称。肥料施用量的增加和利用效率的下降，不仅造成了经济上的巨大损失，而且引起了严重的环境污染。如何有效地提高化肥利用率，减少养分损失和环境污染，改善施肥方法已经成为一个刻不容缓的问题。

变量施肥技术根据小尺度田块之间的地力和作物长势差异，施以不同的肥料，可以减少用肥量、提高肥料利用率，减轻对环境的污染。变量施肥的控制目前有两种形式，一种是处方信息控制施肥技术，另一种是实时控制施肥技术。

处方信息控制施肥技术是根据决策分析后的电子地图提供的处方施肥信息，对田块中肥料的撒施量进行定位调控，这些土壤信息和施肥指令都是事先测定、计算好的，至于各小区作物长势的差异则基本上未曾考虑。因此，从严格意义上说，这种变量施肥技术只是一种“测土配方施肥”技术。

实时控制施肥技术是根据监测土壤传感器的信息，实时生成施肥控制决策并调整肥料的投入数量，或根据实时监测的作物光谱信息分析调节施肥量。近几年国外科学家开发出各种“多光谱影像传感器”，通过光谱传感器可以实时获取作物的NDVI(归一化植被指数)。NDVI是广泛使用的一种植被指数，是植物生长状态及植被空间分布密度的最佳指示因子，与植物氮营养状况有较高的相关性。目前这一指标被普遍地用来衡量作物的健康状况和长势的好坏。因此，可以通过对叶片或群体的光谱分析有效地估计作物需氮量。目前国外已有成型的基于实时采集NDVI进行变量施肥的成套设备。但价格普遍很高，而且其所依据的气候和土壤条件等都与我国不甚相同，不适宜在我国推广。

发明内容

本实用新型的目的是要提供一种通过实时测量玉米冠层的光谱数据并诊断玉米需氮量，结合施肥机械的行进速度控制施肥量的基于归一化植被指数的玉米氮肥变量施肥控制装置。

本实用新型的目的是这样实现的，该装置包括以单片机为核心的变量施肥控制装置主控制器、玉米高光谱数据采集传感器、施肥机械行进速度传感器、步进电机、发电机，所述的玉米高光谱数据采集传感器、施肥机械行进速度传感器、步进电机、发电机与主控制器电连接，并由主控制器控制其工作。

所述的玉米高光谱数据采集传感器是采集植物归一化植被指数NDVI值的一种高光谱传感器；所述的施肥机械行进速度传感器是采用霍尔传感器。

所述的玉米高光谱数据采集传感器通过RS232口与主控制器连接。

本实用新型探索了根据NDVI值进行变量施肥的技术。系统采用美国NTeach公司生产的GreenSeeker传感器实时获得NDVI值，分析玉米生长过程中的长势差异，并通过判断玉米的潜在产量，根据玉米需氮的具体情况给出施肥决策，进行变量施肥。系统主要包括信息采集、数据处理和实施机构几个部分。信息采集部分由GreenSeeker高光谱传感器、霍尔传感器和GPS模块组成。数据处理部分采用STC89C516RD+单片机对数据进行实时运算处理。实施机构由步进电机和机械施肥机两部分组成。系统通过GreenSeeker传感器实时获取现场玉米冠层的NDVI值，并依据经过试验取得的最优氮肥用量模型(NFOA)，和通过霍尔元件计算得出的变量施肥机的行进速度，实时计算追肥用量，生成施肥控制策略。最终通过调整步进电机的转速来控制施肥量的大小实现变量施肥，并同时把施肥时间、GPS坐标、NDVI值、施肥量等信息存储下来。

附图说明

图1为变量施肥控制装置整体结构框图

图2为控制装置电路图

图3为控制装置工作原理图

图4霍尔传感器控制电路图

图5高光谱数据采集传感器控制电路图

图6步进电机控制电路图。

具体实施方式

由附图1所示：它包括以单片机为核心的变量施肥控制装置主控制器、玉米高光谱数据采集传感器、施肥机械行进速度传感器、步进电机、发电机，所述的玉米高光谱数据采集传感器、施肥机械行进速度传感器、步进电机、发电机与主控制器电连接，并由主控制器控制其工作。

由图2、4、5所示：所述的玉米高光谱数据采集传感器是采集植物归一化植被指数(NDVI)值的一种高光谱传感器；所述的施肥机械行进速度传感器是采用霍尔传感器。

附图2所示：所述的玉米高光谱数据采集传感器通过RS232口与主控制器连接。

附图2中：霍尔传感器控制电路图1、步进电机控制电路图2、高光谱数据采集传感器控制电路图3。