我国农业正在由传统粗犷式农业向现代精准农业发展,精准农业是信息技术、生物技术与农业生产相结合的新型农业,它的推广和应用是实现高效农业的基础,而可变量技术更是实施精准农业的重要手段。变量施肥能够有效地减少环境污染,提高作物的品质和产量,减少化肥的投入量,降低生产成本,在现代化精准农业发展进程中具有深远的战略意义。20世纪90年代以来,精准农业在欧美发达国家发展很快,已初具规模。目前,精准农业已涉及施肥、精量播种、耕作和水分管理等各相关领域。综合运用GPS,RS,GIS等先进技术,研制了很多已经商品化的精准农业装备,但大多制造成本高,且实际作业效果受到土壤环境等因素影响较大。近年来,我国变量施肥技术取得了较大的发展,在变量施肥处方制定、变量施肥控制算法、施肥决策控制系统等领域都取得了很多成果,然而国内变量施肥机主要问题在于无法进行多肥料田间按需配比作业、施肥精度不高、操作复杂,在实际农业生产中应用较少,尤其无法在广大农村推广使用。本文针对现有施肥播种机械播量精度低,并结合农户基肥作业最为关注的两个实际问题:目标施肥(播种)量自动调节和自然田块内均匀施肥(播种),构建了变量施肥播种一体机控制系统,实现了小麦、尿素、复合肥按需配比,作业参数智能化设置以及相关信息动态显示与存储;为了推广变量施肥技术,结合我国南方农村分田到户,单户田块面积小且土壤肥力相对均匀、不同田块护理差异显著等特性,尝试简化变量施肥操作步骤,构建了基于自然田块亩产潜力和目标产量的电子处方图系统,以自然田块作为作业单元,实现了不同自然田块间自动调节施肥播种量,同一自然田块内均匀施肥(播种)作业的功能。具体的研究内容和研究成果如下:(1)传统施肥播种机的机构优化设计:结合农机制造提倡的”一机多用、复合作业”的理念,改装了丹阳良友机械有限公司生产的2BFG-14(8)A型旋耕施肥播种一体机,在保留该机械施肥、播种、旋耕、整压、开沟功能的基础上,重点对肥箱和施肥播种驱动方式进行了改进,肥箱由原来的一个种箱一个肥箱改进为两个肥箱、一个种箱,实现双肥料按需配比施肥;施肥播种驱动方式由原来的机械链式传动改为步进电机驱动,实现播量的按需自动调节。(2)变量施肥播种控制系统的构建:控制系统作为小麦变量播种施肥一体机的核心,主要完成车载传感器信号采集,施肥作业的控制以及施肥机工况数据显示与保存。系统由GPS测速定位节点、主控器节点、施肥(播种)执行节点、人机交互界面四部分组成。通过软件配置CAN总线通信协议,实现了系统各个模块快速、可靠、稳定的数据通信。按照分布式系统设计思想,将系统主要功能模块封装成具有CAN接口的ECU单元,构建成一个便于拓展的分布式控制系统。(3)提高变量施肥一体机播量精度的技术措施:为解决低成本普通精度GPS模块存在数据波动大、抗干扰能力弱的问题,自主设计了基于Kalman滤波和位置差分的低成本GPS测速定位系统;为解决外槽轮式施肥播种器实际田间作业播量与静态标定量误差大,导致播量不准的问题,改进了现有的外槽轮式施肥播种器结构。(4)开展了施肥播种性能测定试验,试验结果表明:实际田间施肥播种累积量与目标值最大误差小于5%,实时单位面积施肥播种量动态波动小于5%;同时试验表明:所改进的外槽轮式施肥播种器,能有效的降低实际田间作业播量与静态标定量之间的误差。(5)构建了基于亩产潜力与目标产量的变量施肥电子处方图软件系统:后续研究的目标是根据作业田块的亩产潜力和目标产量,结合内嵌的施肥策略正确给出目标施肥量,实现以自然田块为处理单元的变量施肥作业,为南方农村小田块区域推广变量施肥积累经验。