بخشی از مقاله
چکیده
کشاورزی دقیق، آینده ای که در آن مدیریت نهاده های تولید محصولات زراعی، نظیر کود های شیمیایی، آهک، علف کشها، بذرها و غیره براساس ویژگیهای مکانی مزرعه، با هدف کاهش ضایعات، افزایش درآمد و حفظ محیط زیست اجرا میشود. در زمینه فناوری کاربرد نرخ متغیر در مورد نهاده های کشاورزی بخصوص در مورد کودهای جامد دانه ای در کشور ما پژوهش - های اندکی صورت گرفته. در این پژوهش با استفاده از فن اوری علم الکترونیک و بکار گیری ریزپردازنده ها و تلفیق آن با سامانه های رایج، یک نمونه آزمایشی ا ز سامانه ای با توانایی کاربرد میزان متغ ییر کود به گونه ای طراحی شد تا امکان بکارگیری کاربرد نرخ متغیر بر اساس نقشه نیاز کودی مزرعه بررسی شود.
در این دستگاه از میکرو کنترلر AVR به عنوان کنترل کننده، موتور پله ای به عنوان محرک، از تلفیق چرخ پنجم و کد کننده د ورانی برای سنجش فاصله و سرعت پیشروی استفاده شد. ابتدا سامانه از نظر رابطه فرکانس با سرعت دورانی موتور پله ای و سرعت دورانی موزع با نرخ ریزش برای هر کود به صورت ایستایی در آزمایشگاه واسنجی شد، سپس مورد ارزیابی آزمایشگاهی و مزرعه ای قرار گرفت . ارزیابیهای آزمایشگاهی شامل اندازه گیری تاثیر ارتفاع مواد درون مخزن با نرخ مواد خروجی، زمان تاخیر در هنگام تغییر یک نرخ به نرخ دیگر و شبیه سازی افزایش سرعت پیشروی بود .
نتایج آزمونهای آزمایشگاهی نشان داد که ارتفاع مواد درون مخزن تاثیری در نرخ خروج مواد ندارد - p>0.05 - ، در تغییر نرخ افزایشی زمان واکنش افزایش می یابد - p<0.05 - و با افزایش سرعت مجازی میزان ریزش کاهش می یابد. در راستای اجرای آزمون مزرعه ای از طرح کرت های دوبار خرد شده در قالب آزمایش فاکتوریل استفاده شد .
فاکتور اصلی شامل نوع کود - در دو سطح کود سوپر فسفات تری پل و اوره - به صورت طرح کاملاً تصادفی پیاده شد. فاکتور فرعی شامل سرعت پیشروی - در سه سطح 3، 6 و 9 کیلومتر بر ساعت - و فاکتور فرعی فرعی شامل نرخ پاشش - در سه سطح 75، 125 و 175 کیلوگرم در هکتار - بود، آزمایش در سه تکرار با هدف بررسی تاثیر این عوامل بر میزان دقت ریزش - تفاوت وزن ریخته شده با وزن هدف - انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت پیشروی و همچنین افزایش نرخ پاشش اختلاف وزن ریخته شده با وزن هدف افزایش پیدا میکند . - p<0.05 -
مقدمه
دیدگاه بهینه سازی تولید محصولات زراعی برمبنای تغییرات درون کشتزار، آنچنان اساسی و بنیادی است که این فنآوری توانمند را فراگیر و پایدار می سازد. jin و - 2002 - Jiang مطالعاتی را روی تنوع مکانی در بافت عناصر غذایی در دسترس در زمین های کشاورزی در مقیاس کوچک و بزرگ اجرا کردند که نتایج آنها نشان داد که تنوع مکانی همه عناصر غذایی ضروری گیاه در روش های عملی زراعی، متفاوت و در میزان های گوناگون وجود دارد .
Welsh و همکاران - - 2002 از روش اعمال نیتروژن به میزان متغیر در مزرعه جو زمستانه وگن دم استفاده کر دند که میزان عملکرد بترتیب 0/36و 0 /46تن در هکتار نسبت به اعمال یکنواخت کود بیشتر شد . استفاده بیش از حد کودهای شیمیایی نیز می تواند مقدار محصول و کیفیت آن را کاهش دهد . همچنین کشاورز باید اثرات سوء زیست محیطی را نیز در نظر داشته باشد.
بسیاری از کودهای شیمیایی بدون آنکه جذب گیاه شوند وارد آب های سطحی و زیرزمینی و سبب مسمومیت و آلودگی محیط زیست می شوندFleming ] و Westfall ،[2000 عابدی و همکاران - 1380 - آلودگی آب های زیر زمینی مناطقی از اطراف شاهین شهر را مورد مطالعه قرار دادند . نتایج آنها نشان داد که میزان نیترات آب های زیرزمینی در % 90 چاههای نمونه برداری شده بیش از مقدار استاندارد - 10 میلی گرم در لیتر - می باشد.Van Alphen و - 2000 - Stoorvogel با بهکار گیری هر دو روش کود دهی به شیوه سنتی و کوددهی به شیوه مدیریت خاص مکانی در یک مزرعه نشان دادند که کود دهی به روش دقیق باعث کاهش -%23 از مصرف نهاده های ورودی ولی افزایش +%3 محصول غله شد
Molin و همکاران - 2002 - در پژوهشی روی یک پخش کننده سانتریفیوژی با تکنولوژی اعمال نرخ متغییر در طی آزمایش و تغییر نرخ های مختلف اعمال، هم از نوع افزاینده وهم از نوع کاهنده، توانستند بهترین نرخ توزیع در پهنای پاشش را بدست آورند . Fulton و همکاران - 2005 - در پژوهشی که بر روی پخش کننده های VRT - پخشکننده های نوع گریز از مرکز ونوع بادی - مختلف انجام دادند،آنها را از نظر بازده مورد ارزیابی قرار دادند.آزمونها برای تعیین کیفیت مشخصات نرخ پاسخٌ - تاخیرٍو زمان تحولَ - پخشکنندهها هنگام تغییر نرخ پاشش افزاینده وکاهنده انجام شد.
مواد و روشها طراحی موزع :در این طرح برای ایجاد سامانه توزیع از یک غلتک شیاردار مارپیچی با مشخصات خاص از جنس تفلن استفاده شد تا مواد را از هاپر مخزن به خارج انتقال دهد .بر روی موزع غلتکی با شیار مارپیچی که توسط - 1991 - Jafari طراحی شد بذرها به صورت محوری انتقال می یافت. نتایج حاصل از پژوهش آزمایشگاهی Maleki و همکاران - 2006 - که با ساخت این نوع موزع در ابعاد متفاوت صورت گرفت نشان داد افزایش تعداد ماردم، قطر غلتک مارپیچ، عمق و عرض شیار ها و سرعت دورانی سبب افزایش یکنواختی پاشش میشود.از یک موتور پله ای با گشتاور 0.83 N.mg و ولتاز 12V به عنوان محرکه در این سامانه بکار برده شد . موزع، مخزن و موتور روی قابی استقرار داده شد تا بتواند ضمن قرار گیری روی قاب اتصال سه نقطه در آزمونهای آزمایشگاهی نیز شرکت داده شود. به منظور اندازه گیری سرعت پیشروی و اندازه گیری فاصله طی شده روی زمین لازم بود یک چرخ پنجمُ به سامانه ملحق شود.
شکل-1 نمای جانبی از چرخ پنجم و سامانه پخش کود در زمان آزمون مزرعه ای
توسط یک کد کننده دورانی افزایشی با حساسیت 360 پالس بر دور موقعیت سطح مورد پاشش و سرعت پیشروی تعیین میشد. تمامی اجزاء کودکار روی یک قاب اتصال سه نقطه مطابق استاندارد - ASAE S217.12 DEC01 - طراحی شده بود نصب شدند. یک ترازوی الکترونیکی با استفاده یک بارسنج از نوع تک نقطه ِ، دارای ساختار پل کامل با ظرفیت اسمی 5 کیلوگرم به منظور انجام آزمونهای آزمایشگاهی طراحی وساخته شد بطوریکه در هر صدم ثانیه قادر به ارسال وثبت وزن درکامپیوتر بود.
مدار اصلی - مدار کنترل الکترونیکی - : میکروکنترلر اصلی از نوع ATmega16 و از خانواده AVR انتخاب شد. با استفاده از نرمافزارCode Vision AVR برنامه های لازم برای کنترل کننده ها نوشته و در حافظه میکرو کنترلر ذخیره شد . برای نمایش و ذخیره داده های دریافتی توسط رایانه از محیط Terminal در داخل نرم افزار Codevision استفاده شد.جهت کاهش اختلال در کار پردازشگر کنترلکننده اصلی هنگام را اندازی موتور پله ای، از یک میکروکنترلر Atmega8 به عنوان کنترل کننده موتور پلهای استفاده شد.
برای کنترل دقیق تر سرعت تراکتور توسط راننده از یک هشدار دهنده صوتی ّ استفاده شد .برای ایجاد ولتاژ و جریان لازم برای راه اندازی موتور پلهای از نوعی ترانزیستور به نام ماسفت ْ استفاده شد. به منظور تقویت ولتاژ بارسنج از مبدل آنالوگ به دیجیتال که وضوحیَ برابر 24 بیت دارداستفاده شد. برای برقراری ارتباط میان این تراشه ومیکروکنترل از ارتباط SPI استفاده شد.
با توجه به دیاگرام کاری برنامه در برنامه کنترل کننده سرعت پیشروی و مسافت توسط کدکننده محاسبه میشود، سپس با مقایسه داده های نقشه اعمال کود که به صورت یک ماتریس سه بعدی - بعد اول: ردیف کشت، بعد دوم : مسافت طی شده روی هر ردیف و بعد سوم نرخ لازم برای پاشش - در حافظه EEPROM میکرو کنترلر ذخیره شده با سرعت و مکان محاسبه شده تعداد دور لازم برای چرخش موتور محاسبه میشود و سپس از طریق درگاه SPI به میکرو کنترل Atmega8 ارسال میشود. با توجه به اینکه این دستگاه در راستای بومی سازی تکنولوژی
اعمال با نرخ متغییر با هدف پیوست به کارنده ها طراحی شد بنابراین با عبور های متوالی و کنار به کنار کارنده کل سطح مزرعه پوشش داده خواهد شد.
شکل -2 بورد مدار اصلی و مدار راهانداز موتور پلهای
ارزیابی: ارزیابی ها در این پژوهش به دو دسته ارزیابی آزمایشگاهی و ارزیابی مزرعهای تقسیم شد.
الف-آزمون های آزمایشگاهی شامل: -1 واسنجی دور با بسامد ورودی به موتور ، -2 واسنجی دور موتور با نرخ خروج مواد -3 تاثیر ارتفاع مواد درون مخزن با نرخ مواد خروجی و -4 اندازه گیری زمان تاخیر در هنگام تغییر یک نرخ به نرخ دیگر که برای اندازه گیری زمان تاخیر بعد از تغییر نرخ اعمال ، از داده های بارسنج در زیر خروجی موزع، وزن تجمعی مواد هر یک صدم ثانیه به رایانه منتقل می شد.
ب- آزمون های مزرعه ای :در اجرای تمامی آزمون های مزرعه از تراکتور MF285 استفاده شد. با میانگین گیری از تعداد پالسهای شمارش شده از یک مسیر 30 متری بعد از 10 مرتبه چرخ پنجم کالیبره شد . به منظور بررسی رفتار سامانه در زمین های کشاورزی هنگام تغییرات نرخ ریزش ظرف های جمع آوری کننده ای با شبکه بندی طولی یکسان از جنس پارچهُ به طول 30 متر وعرض 25 سانتیمتر که طول هرسلول شبکه 50 سانتیمتر بود به صورت خط مستقیم ودر ارتفاع مناسب نصب شدند تا در زیر لوله سقوط قرار گیرد . بعد از انجام آزمون وزن کود ریخته شده در هر سلول اندازه گیری شد.
