بخشی از مقاله
چکیده
پژوهش حاضر به منظور طراحی و ساخت سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن انجام شد. این سامانه از سه بخش اصلی مکانیکی، الکترونیکی و رایانه ای تشکیل شده است . از فناوری تعدیل عرض پالس - PWM - برای کنترل شیرهای سلونوئیدی استفاده شد . از جمله وظایف این سامانه، دریافت مختصات لحظه ای GPS، دریافت اطلاعات نقشه کود نیتروژن، مقایسه مختصات لحظه ای دستگاه با مختصات نقشه کود، دستور پاشش به شیرهای سلونوئیدی، دریافت خروجی حسگرها و مقایسه با مقدار بده مطلوب و در نهایت اعمال کنترل حلقه بسته تناسبی می باشد.
به منظور ارزیابی سامانه آزمون ها یی در سه تکرار انجام شد. نتایج نشان داد که رابطه چرخه وظیفه و مقدار بده شیر، خطی با R2=0.72 است. هم چنین میانگین اختلاف مقادیر بده نقشه کود با بده دستگاه در وضعیت کنترل حلقه باز و بسته آزمون ها به ترتیب 10/03 و 3/57 درصد به دست آمد. نتایج آزمون نمونه های جفتی نشان داد که در سطح احتمال یک درصد، تفاوت معنی داری بین مقادیر بده دستگاه و نقشه کود وجود ندارد.
مقد مه
امروزه روش مرسوم اعمال کود نیتروژن شامل پاشش یکنواخت کود در سطح مزرعه می باشد. این درحالی است که مقدارکود نیتروژن مورد نیاز برای دستیابی به عملکرد بهینه در موقعیت های مکانی مختلف مزرعه تغییر می کند
پاشش. یکنواخت کود نیتروژن معمولاً منجر به کم پاشی یا بیش پاشی کود می شودکم. پاشی کود موجب کاهش کیفیّت و عملکرد محصول شده و بیش پاشی آن به آلودگی آب های زیرزمینی و محیط زیست و افزایش آسیب پذیری محصول نسبت به آفات و بیماری ها منجر می گردد
کودهای. اضافه بدون جذب توسط گیاه، وارد آب های سطحی و زیر زمینی شده، مسمومیّت و آلودگی زیست محیطی را به همراه دارد
نتایج حاصل از یک پژوهش نشان داد که در روش سراسر پاشی کود اوره برای تولید بیشترین عملکرد، تنها 13درصد از سطح مزرعه کود مناسب دریافت کرده و 36 درصد از سطح مزرعه مقدار بیشتر و 48 درصد آن مقدار کمتری کود دریافت کرده است
با توجه به اثرات منفی مصرف کم و یا بیش از حدّ کودها، لزوم به کارگیری روش های جدید مدیریتی که بر توزیع دقیق و افزایش کارایی کود استوار است، ضروری به نظر می رسد
از جمله فناوری هایی که می تواند موجب تح قق چنین امری گردد، کشاورزی دقیق است . به کمک این فناوری می توان مقدار بهینه کودهای نیتروژن را بر حسب نیاز گیاه و در مکان های مورد نظر مزرعه توزیع کرد
بنابراین هدف از این پژوهش طراحی و ساخت یک سامانه پاشش نرخ متغیرکود نیتروژن مبتنی بر نقشه، جهت مدیریت دقیق توزیع کودهای نیتروژن برای محصولات کشاورزی می باشد. تاکنون پژوهش هایی در خصوص طراحی و ساخت سامانه های نرخ متغیر در سمپاش ها و کودپاش ها انجام شده از جمله گپالاپیلا و همکاران - 1999 - یک سامانه کنترل بده را که به منظور اعمال موضعی علف کش طراحی شده بود، آزمون نمودند. در این سامانه از شیرهای سلونوئیدی که بر مبنای تعدیل عرض پالس در فرکانس 10هرتز عمل می کردند، استفاده شده است . نتایج نشان دادکه سامانه برای پاشش دقیق مناسب است
شروک و همکاران - 2001 - یک سامانه اندازه گیری تعدیل عرض پالسٌ - - PWM به منظور اندازه گیری و توزین کود آمونیاک بی آب را بررسی کردند . نتایج نشان داد که این سامانه قادر به توزیع نرخ های متفاوت کود است
کارارا و همکاران - 2004 - یک سامانه نرخ متغیر را به منظور اعمال علف کش برای مح صول گندم طراحی نمودند. نتایج نشان داد که سامانه پاشش علف کش نرخ متغیر موجب کاهش 29 درصدی علف کش در مقایسه با اعمال یکنواخت آن می باشد
برا و همکاران - 2005 - قابلیت فناوری PWM را برای کنترل نرخ جریان یک کودپاش آمونیاک بدون آب بررسی کردند. نتایج نشان داد که با 3/2 میلیون سیکل، افشانک ها دارای قابلیت اطمینان 84 درصد می باشند
هانا و همکاران - 2006 - به منظور بهبود یکنواختی پاشش آمونیاک از چند راهه ٍ PWM استفاده کردند. نتایج نشان دادکه در سطح اطمینان 99 درصد این سامانه، موجب افزایش یکنواختی در پاشش می شود
کیم و همکاران - 2008 - عملکرد یک کودپاش نیوماتیکی دانه ای نرخ متغیر را برای محصول برنج بررسی کردند . نتایج آزمون ها نشان داد که یکنواختی پاشش در جهات عرضی و طولی به ترتیب 11/2-13/1 و 2/9-15/3 درصد به دست آمد . هم چنین دقت اعمال نهاده از 81/9-97/4 درصد درگستره سرعت کاری دستگاه متغیر بود - . - Kim et al., 2008 بنور و همکاران - 2009 - پاسخ زمانی یک سامانه نرخ متغیر اعمال کود را با دو نوع سامانه تزریق کود شامل استفاده از روش PWM با افشانک های دهانه ثابت و استفاده از افشانک های سطح متغیر بررسی کردند. نتایج نشان داد که این دو نوع کنترلر برای رسیدن به حداقل پاسخ زمانی در حدود 0/5 ثانیه دارای عملکردهای متفاوتی هستند
مواد و روش ها
به منظور پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع از یک سمپاش بوم دا ر پشت تراکتوری استفاده شد . سامانه پاشش نرخ متغیر کود از سه بخش اصلی مکانیکی، الکترونیکی و رایانه ای تشکیل شده است.
بخش مکانیکی سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع
این بخش سامانه شامل شیرهای سلونوئیدی، حسگرهای بده و ماژول GPS می باشد.
- شیرهای سلونوئیدی مورد استفاده در سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع
به منظور امکان راه اندازی افشانک ها به صورت مستقل، از شیرهای سلونوئیدی ٌ جداگانه ای 4 - شیر برای 4 افشانک - برای هر افشانک استفاده شد. دامنه فشار شیرها40 اتمسفر بوده و تغییر بده خروجی آنها با استفاده از تعدیل عرض پالس صورت گرفت. در این روش مقدار چرخه وظیفه به صورت خطی متناسب با مقدار PWM تغییر می یافت. رابطه چرخه وظیفهٍ - DC - پالس PWM و میزان محتوی تایمر هشت بیتی میکروکنترلر عبارت است از:
- حسگرهای بده مورد استفاده در سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع
از حسگرهای بده توربینی دیجیتالی مارک Remag Version2000 برای هر واحد افشانک به صورت جداگانه به منظور اندازه گیری بده عبوری از شیرهای سلونوئیدی در سامانه کنترل حلقه بسته استفاده شد. رابطه سرعت زاویه ای توربین و سرعت جریان مایع خطی است . جهت واسنجی حسگرها، با اعمال فرکانس های متفاوت، بده خروجی حسگر در یک دقیقه اندازه گیری شد.
- ماژول GPS مورد استفاده در سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع
جهت تشخیص مختصات لحظه ای دستگاه از ماژول GPS با دقت دو متر استفاده شد. این ماژول بر روی محور بوم و در وسط افشانک ها نصب شد.
بخش الکترونیکی سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع
این بخش شامل بوردکنترل، برنامه میکروکنترلرها، مدار تغذیه و مدار قدرت می باشد . در این سامانه از میکروکنترلر ATMEGA16 با 4 کانال PWM استفاده شد. هر کدام از کانال ها برای راه اندازی یکی از شیرهای سلونوئیدی استفاده شد. از مدار قدرت دستگاه به منظور تبدیل جریان میکروکنترلر 20 - میلی آمپر - به جریان لازم برای راه اندازی شیرهای سلونوئیدی 2/5 - آمپر - استفاده شد. هم چنین از مدار تغذیه برای تأمین ولتاژ مورد نیاز راه اندازی شیرها 12 - ولت - و ولتاژ تغذیه میکروکنترلر - پنج ولت - استفاده شد.
بخش رایانه ای سامانه پاشش نرخ متغیر کود نیتروژن مایع
بخش رایانه ای به منظور برقراری ارتباط کارور با سخت افزار دستگاه و برقراری ارتباط بخش های الکترونیکی و مکانیکی با یکدیگر طراحی و پیاده سازی شد . برنامه نرم افزاری با واسط گرافیکی با استفاده از زبان برنامه نویسی ویژوال بیسیک َ 6 نوشته شد . قابلیت های این برنامه عبارتند از : دریافت مختصات لحظه ای از ماژولGPS، دریافت اطلاعات نقشه کود نیتروژن ، مقایسه مختصات لحظه ای دستگاه با مختصات نقشه کود نیتروژن، اعمال دستور پاشش به شیرهای سلونوئیدی، دریافت خروجی حسگرها و مقایسه با بده نقشه کود نیتروژن
