whatsapp call admin

مقاله طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاه کنترل خودکار موقعیت ادوات کشاورزی نسبت به سطح زمین

word قابل ویرایش
15 صفحه
10700 تومان
107,000 ریال – خرید و دانلود

طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاه کنترل خودکار موقعیت ادوات کشاورزی نسبت به سطح زمین
چکیده
در این پژوهش اقدام به طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاه کنترل موقعیت ادوات کشاورزی نسبت به سطح زمین شده است . این دستگاه موقعیت مناسب ادوات کشاورزی را نسبت به سطح زمین در هر نقطه از زمین کشاورزی محاسبه میکند، و سپس وسیله کشاورزی را در موقعیت بهینه قرارمیدهد. موقعیت بهینه ادوات توسط نرم افزار نوشته شده برای دستگاه و با استفاده از داده های ورودی محاسبه می شود. دستگاه ساخته شده در عملیات خاکورزی دقیق بوسیله زیرشکن مورد آزمایش قرار گرفت . میزان دقت دستگاه در اعمال عمق مورد نظر، زمان و سرعت عملکرد دستگاه در رسیدن به موقعیت مطلوب در زمین کشاورزی مورد بررسی قرار گرفت . همچنین مسافت طی شده توسط تراکتور در زمین کشاورزی، از لحظه صدور فرمان تغییر عمق تا لحظه رسیدن به عمق تعیین شده نیز مورد ارزیابی قرار گرفت . فاکتورهای در نظرگرفته شده نوع تغییر عمق (افزایش و یا کاهش ) و هفت مرحله تغییر عمق به اندازه ۵٠ میلیمتر در بازه ٠تا ٣۵٠میلیمتر بوده است . علاوه بر دو فاکتور ذکر شده ، فاکتور دنده پیشروی نیز در نظر گرفته شد (دنده های یک، دو و سه تراکتور مسیفرگوسن ٣٩٩). میزان دقت بدست آمده در زمین کشاورزی برای افزایش ۴.١٩ درصد در دنده یک، ۵.١٩ درصد در دنده دو و ۵.٧٨ درصد در دنده سه محاسبه شد. دقت دستگاه در اعمال عمق مورد نظر در حالت کاهش عمق مقادیر ۶.٨۴درصد برای دنده یک، ۴.۶٧درصد برای دنده دو و ۶.۴١درصد برای دنده سه بدست آمد.
واژگان کلیدی : حسگر اندازه گیری، خاکورزی دقیق ،عملگر هیدرولیکی،نرم افزار کنترل

مقدمه
جمع آوری اطلاعات، پردازش آن ها و تصمیم گیری بر مبنای نتـایج بدسـت آمـده در کشـاورزی موجـب پیـدایش علـم جدیدی به نام کشاورزی دقیق شده است . روشهای جدید کشاورزی دقیق بر این عقیده استوار است ؛ که خصوصیات مختلف زمـین کشاورزی و محصول در نقاط مختلف زمین متفاوت مـی باشـد؛ و انجـام عملیـات مختلـف کشـاورزی ماننـد سمپاشـی، کودپاشـی، خاکورزی و سایر عملیات کشاورزی، با نرخ یکسان و ثابت در تمام مزرعه ، اشتباه است . چراکه ممکن است میـزان عملیـات انجـام شده در یک نقطه بیشتر از مقدار مورد نیاز باشد، که در نتیجه موجب تخریب محیط زیست ، از بـین رفـتن زمـین هـای کشـاورزی، افزایش مصرف نهاده های کشاورزی (کود، بذر، سـم ، عمـق شـخم ، سـوخت ، انـرژی)، افـزایش اسـتهلاک ماشـین آلات، افـزایش هزینه های تولید، کاهش میزان تولید، کاهش سود و غیره خواهد شد؛ و یا اینکه ممکن است نرخ عملیات انجام شده در یک نقطـه کمتر از میزان لازم باشد، که باز هم اثرات نامطلوب در کیفیت کار خواهد داشت .کشاورزی دقیق ، یـک نگـرش مـدیریتی جدیـد در مزارع کشاورزی میباشد که مبنای تصمیم گیری در آن ، داده هـا و اطلاعـات جمـع آوری شـده از زمـین کشـاورزی اسـت .
در حال حاضر در ایران ، بدون بررسی های قبلی و به طور وسیع در عملیات تهیه زمـین از گـاوآهن برگـردان دار اسـتفاده میشود. بررسیها نشان میدهد که این ادوات در بسیاری از موارد منجر به ایجاد لایه متراکم و فشرده ای از خاک و یا بـه عبـارت دقیق تر لایه سخت شخم میشوند؛ که اغلب برای شکستن این لایه ، مشابه لایه سخت خاک نیاز به انجـام شـخم عمیـق توسـط زیرشکن میباشد. (امیرجوادی و شهیدزاده ، ١٣٨۴)
برای از بین بردن لایه سخت خاک، که مانعی برای افزایش عملکرد محصول میباشد؛ نیاز به انجام عملیات زیرشـکنی است . به عبارت دیگر هدف اصلی استفاده از زیرشکن ، ایجاد شکاف در لایه سخت خـاک مـیباشـد. امـا در بسـیاری از تحقیقـات مشخص گردید که ، عمق تشکیل این لایه و نیز ضخامت آن در نقاط مختلف یک زمین کشـاورزی دارای اخـتلاف بسـیار زیـادی میباشد (Raper et al 2005) اگرچه می توان اثرات نامطلوب لایه های فشرده خاک را توسط زیرشکن کاهش داد، اما انجام زیرشکنی در عمق بیشتر از مقدار مورد نیاز، موجب افزایش مصرف سوخت ، مخلوط شدن خاک رسی لایه هـای زیـرین بـا خـاک سـطحی و فرسـایش خـاک میشود. ضمن اینکه افزایش بیمورد عمق شخم تاثیر معنیداری بر افزایش عملکرد محصول نخواهد داشت . در طی تحقیقـی کـه طی ۴سال در مزارع پنبه در دانشگاه آلاباما انجام شد، نیروی کششی مورد نیاز و سـوخت مصـرفی در عملیـات زیرشـکنی بـه دو صورت عمق ثابت و عمق متغیر مورد مقایسه قرار گرفت . آزمایش ها در زمین هایی انجام شد که لایه سخت آن ها در عمق های ٢۵، ٣۵ و ۴۵ سانتیمتر قرار داشت . عملیات زیرشکنی عمق ثابت در عمق ۴۵ سانتیمتر انجام شد (عمق زیرشکنی متداول مزارع پنبـه در امریکا). میزان مصرف سوخت در حالت زیرشکنی عمق متغیر در شرایطی که لایه سخت در عمق ٢۵ سانتیمتری قـرار داشـت ؛ در مقایسه با زیرشکنی عمق ثابت مقدار ۴٣ درصد و در حالتی که لایه سخت خاک در عمق ٣۵سانتیمتری قرار داشت ؛ ٢٧ درصد کاهش داشت . البته در شرایطی که لایه فشرده خاک در ۴۵ سانتیمتری زمین قرار داشـت ، اخـتلاف قابـل ملاحضـه ای در میـزان مصرف سوخت بین دو روش خاکورزی دیده نشد.برطبق نتایج حاصل می توان گفت که ، انجام زیرشکنی عمق متغیـر بـا توجـه بـه کاهش قابل ملاحضه میزان مصرف سوخت و توان مورد نیاز موجب صرفه جویی زیادی در هزینه عملیات میگردد (Raper et al 2005) می توان گفت با کاهش عمق زیرشکنی در نقاطی از زمین کشاوزی که لایه سخت خاک در عمـق هـای بـالاتر قـرار دارد؛ می توان به مقدار قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت صرفه جویی کرد. که در نتیجه موجـب کـاهش هزینـه هـای تولیـد و افـزایش سودآوری میگردد. این نکته دلیل قانع کننده ای بـرای سـود آور بـودن عملیـات زیرشـکنی برمبنـای خصوصـیات نقطـه ای زمـین
کشاورزی میباشد(kichler et al 2005)انرژی مورد نیاز و سوخت مصـرفی و مقـدار نفـوذ ریشـه گیـاه در خـاک، در دو زمـین کشاورزی، در منطقه کوستال امریکا برای سه حالت بدون زیرشکنی، زیرشکنی با عمق ثابت ۴۵سانتیمتر و زیرشکنی عمق متغیـر براساس عمق و ضخامت لایه سخت خاک مورد مطالعه قرار گرفت . انرژی مورد نیاز برای زیرشکنی براساس خصوصیات مکانی در مقایسه با زیرشکنی عمق ثابت مقدار ۵۶.۴ درصد کاهش یافت . همچنین سوخت مصرف شده در حالت زیرشکنی عمـق متغیـر در مقایسه با زیرشکنی مرسوم ٣٣.٨درصد کاهش یافت . همان طور که ازقبل انتظار مـیرفـت ؛ مقـدار نفـوذ ریشـه بـه اعمـاق زمـین کشاورزی در حالت بدون زیرشکنی بسیار کمتر از حالتی بود که از عملیات زیرشکنی استفاده شده بود؛ و این به دلیل فشار وارد شده از سوی لایه سخت خاک به ریشه برای توسعه در راستای افق میباشد(gorucu et al 2005)
در بررسی اثر زیرشکنی بر عملکرد کمی و کیفی سیب زمینی در ایستگاه تجرک همدان ، نتیجه گیری شد که زیرشـکنی در عمق بیش از ٢٠تا ٢۵ سانتیمتر موجب کاهش مقاومت خاک به مقدار ناچیز در لایه های پـایین تـر از ٢۵ سـانتیمتـری زمـین شده است . براساس نتایج حاصله ، در محصولات آبی همچون سیب زمینی کـه آب مـورد نیـاز در فواصـل کـم در اختیـار گیـاه قـرار میگیرد، نیازی به عملیات زیرشکنی در عمق بیش از ٢۵ سانتیمترنمی باشد. (حیدری و همکاران ، ١٣٨٢) بنابر تحقیقات انجام شده میتوان نتیجه گرفت که ، به منظور انجام عملیات زیرشکنی با حداکثر کیفیت ، نیـاز اسـت کـه عمق زیرشکنی برمبنای موقعیت و ضخامت لایه سخت خاک تعیین گردد.
طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاه کنترل و تنظیم موقعیت ادوات کشاورزی نسبت به سطح زمین جزء فرضـیه هـای ایـن تحقیق میباشد. بطوریکه موقعیت مناسب ادوات کشاورزی نسبت به سطح زمین در هر لحظه و هر نقطه از زمین کشاورزی با توجه به داده های ورودی محاسبه شود، و سپس وسیله کشاورزی در عمق و یا ارتفاع بهینه قرارگیرد. البته آزمایش های انجام شده در این پژوهش محدود به انجام عملیات زیرشکنی به صورت عمق متغیر بوده است .
مواد و روش ها
به منظور قرارگیری ادوات در عمق و یا ارتفاع بهینه ، دستگاهی تحت عنوان «دسـتگاه کنتـرل خودکـار موقعیـت ادوات کشاورزی نسبت به سطح زمین » طراحی و ساخته شده که از سه بخش اصلی واحد اندازه گیری و تشخیص ، واحد کنترل و فرمان و در نهایت واحد عملگرهیدرولیکی تشکیل شده است .
واحد اندازه گیری دستگاه شامل حسگر تعیین عمق میباشد؛ که این حسگر با شاسی افقی ادوات متصـل بـه تراکتـور از طریق یک قوطی ٢*٢ در ارتباط است ؛ وموقعیت ادوات را، از طریق مدار الکترونیکی واسط بـرای واحـد کنتـرل و فرمـان ارسـال میکند.
واحد کنترل از سه بخش مدار الکترونیکی واسط ، نرم افزار کامپیوتری رابط کاربر و پردازشگر(که در اینجا یک نوتبـوک انتخاب میباشد) تشکیل شده است . کاربر از طریق نرم افزار نوع عملکرد دستگاه را تعیین کرده (دستی، اتوماتیک موقعیت ثابت و یـا اتوماتیک موقعیت متغیر)؛ و سپس با توجه به انتخاب خود، اطلاعات مورد نیاز را برای سیستم تعریف میکند. سپس نرم افزار، عمق و یا ارتفاعی را که با توجه به نیازهای اپراتور، ادوات باید در آن قرار گیرد را محاسبه میکند. همچنین نرم افزار سیگنال های موقعیت لحظه ای ادوات را از حسگر اندازه گیری فراخوانی کرده و سپس عمق و یا ارتفـاع لحظـه ای ادوات را محاسـبه مـیکنـد. در نهایـت نرم افزار با مقایسه دو موقعیت محاسبه شده ، فرمان های لازم را از طریق مدار الکترونیکی واسط بـرای سیسـتم هیـدرولیک ارسـال میکند.سیستم عملگر هیدرولیکی دستگاه وظیفه قرار دادن ادوات در موقعیت مطلوب را برعهده دارد. (شکل ١)

شکل ١: شماتیک عملکرد دستگاه
اما برای تعیین موقعیت قرارگیری ادوات متصل به تراکتور نسبت به زمین از مکانیزمی استفاده شده است که ؛ تغییر ارتفاع و یا عمق وسیله کشاورزی باعث چرخش یک پتانسیومتر ولومی فلزی و در نتیجه تغییر ولتاژ در یک مدار الکترونیکی میشود. ایـن اطلاعات توسط برنامه کامپیوتری نوشته شده به صورت عمق و یا ارتفاع نسبت به زمین محاسبه و نشان داده می شود(شکل ٢).

شکل ٢: سنسور اندازه گیری موقعیت
تغییر موقعیت قرارگیری ادوات کشاورزی نسبت به زمین ، موجب حرکت دورانی قوطی تعبیه شده میگردد؛ و این حرکت موجب چرخش یک پتانسیومتر میشود. چرخش پتانسیومتر موجب تغییر ولتاژ میگردد. این تغییر ولتاژ در پردازشگر مرکزی برحسب میلیمتر کالیبره شده است .
ارسال اطلاعات توسط حسگر اندازه گیری برای واحد کنترل و فرمان بصورت پیوسته انجام میشود؛ بطوریکـه براسـاس برنامه نوشته شده برای میکروکنترل ، حسگر اندازه گیری در هر ٢۵٠ میلیثانیه یک سیگنال از موقعیـت ادوات بـرای واحـد کنتـرل ارسال میکند. دریافت سیگنال های حسگر اندازه گیری موقعیت ، دریافت اطلاعات از کاربر، پردازش داده هـای وارد شـده ، محاسـبه عمق و یا ارتفاع بهینه و در نهایت ارسال فرمان به عملگر هیدرولیک توسط واحد کنترل انجام می شـود؛ کـه شـامل سـه قسـمت اصلی مدار الکترونیکی، پردازشگر مرکزی و نرم افزار کنترل و فرمان میباشد. برد الکترونیکی رابط وظیفـه برقـرار ارتبـاط و تبـادل اطلاعات بین حسگر اندازه گیری، پردازشگر مرکزی و شیر هیدرولیکی را برعهده دارد.پردازشگر مرکزی در ایـن تحقیـق ، کـامپیوتر قابل حمل انتخاب شده است . کامپیوتر مذکور دارای پورت سریال RS232 برای برقراری ارتباط با برد الکترونیکی میباشد.
نرم افزار کنترل و فرمان ابتدا با دریافت داده های ورودی مقدار عمق و یا ارتفاع بهینه را محاسبه میکند. ایـن اطلاعـات شامل عمق قرارگیری لایه سخت خاک میباشد؛ که یا از طریق نقشه های GISو یا از طریق فایل های پـیش فـرض تهیـه شـده موقعیت قرارگیری لایه سخت خاک را دریافت میکند.
اما از سوی دیگر نرم افزار کنترل و فرمان با دریافت سیگنال های حسگر انـدازه گیـری، موقعیـت ادوات را در هـر لحظـه محاسبه می نماید؛ و برای اپراتور نیز نمایش میدهد.
در نهایت نرم افزار با مقایسه دو موقعیت محاسبه شده فرمان تغییر و یا ثابت ماندن وضعیت شیرهیدرولیک سه وضـعیتی را از طریق برد الکترونیکی واسط ، برای آن ارسال میکند. با تنظیم وضعیت شیرهیدرولیک با هر بار ارسال فرمان از طرف نرم افزار، جکهای هیدرولیک باز و یا بسته خواهند شد؛ و یا در صورت لزوم بدون تغییر خواهند ماند. بدین ترتیب موقعیت ادوات متصـل بـه تراکتور کنترل و تنظیم میشود. فرایند شرح داده شده بصورت یک حلقه بسته بطور مداوم در تمام طول عملیات اجرا میشود. برای دریافت اطلاعات از راننده تراکتور، دریافت داده های ارسالی حسگر اندازه گیری، محاسبات تعیین عمق و یـا ارتفـاع بهینه ، در نهایت کنترل و فرمان سیستم هیدرولیک دستگاه ، توسط ویژوال بیسیک دات نت ٢٠٠٨ نرم افزاری نوشته شده است کـه وظیفه کنترل و فرمان دستگاه کنترل خودکار موقعیت ادوات را بر عهده دارد. این نرم افزار به نـوعی رابـط بـین اپراتـور و دسـتگاه ساخته شده نیز می باشد، زیرا اطلاعات مورد نیاز را از اپراتور دریافت می کند و در هر لحظه نتایج تمـام محاسـبات خـود و موقعیـت لحظه ای ادوات را به اطلاع کاربر می رساند.نرم افزار نوشته شده سه بخش عملکردی اصلی دارد. به عبارت دیگر نـرم افـزار طـوری طراحی شده است که ، توسط آن می توان موقعیت ادوات را به صورت غیر اتوماتیک، اتوماتیک موقعیت ثابت ، و اتوماتیـک موقعیـت متغیر کنترل نمود.
بخش عملگر دستگاه در واقع سیستم هیدرولیک طراحی شده ، برای اعمال ارتفاع و یا عمق مورد نظر می باشد. به گونه ای که با تغییر طول جکهای هیدرولیک، عمق و یا ارتفـاع ادوات کشـاورزی نسـبت بـه سـطح زمـین تغییـر داده مـیشـود. عملگـر هیدرولیکی دستگاه با دریافت فرمان از واحد کنترل ، ادوات را در موقعیت مورد نظر قرار میدهد. ضمن اینکه عملکرد این بخـش از دستگاه بطور پیوسته توسط سیستم اندازه گیری برای واحد کنترل ارسال میشود. عملکرد مدار هیدرولیک دستگاه کاملا مسـتقل از عملکرد سیستم هیدرولیک تراکتور میباشد؛ بطوریکه در کار این دو تداخلی ایجاد نمیشود؛ و اپراتور میتواند در هر زمان از سیستم هیدرولیک تراکتور و یا از دستگاه ساخته شده استفاده نماید.
برای انجام آزمایشات از تراکتور مسیفرگوسن ٣٩٩ و زیرشکن تک ساقه استفاده گردید. دور موتور تراکتور ١٣٠٠ دور و فشار کاری سیستم هیدرولیک دستگاه ساخته شده ١١٠ بار تنظیم شد. (شکل ٣).

شکل ٣:دستگاه کنترل خودکار موقعیت ادوات کشاورزی نسبت به زمین
برای تست دستگاه در زمین کشاورزی، در یک آزمایش فاکتوریل ٧*٣*٢ میزان عدم دقت دسـتگاه و سـرعت عملکـرد دستگاه در رسیدن به موقعیت مطلوب با یک طرح کاملاً تصادفی تحت شرایط افزایش یا کاهش عمق شخم متشکل از سـه دنـده پیشروی

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 15 صفحه
107,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد