本文是一篇開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容一般包括：題目、理論依據(jù)(畢業(yè)論文選題的目的與意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀)、研究方案(研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、研究方法、研究過(guò)程、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題及創(chuàng)新點(diǎn))、條件分析(儀器設(shè)備、協(xié)作單位及分工、人員配置)、課題負(fù)責(zé)人、起止時(shí)間、報(bào)告提綱等。（以上內(nèi)容來(lái)自百度百科）今天為大家推薦一篇開(kāi)題報(bào)告，供大家參考。

 

題目：嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制技術(shù)的研究

 

一、研究的意義

 

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，也叫精確農(nóng)業(yè)（precisionagriculture），是在20世紀(jì)90年代，為了倡導(dǎo)環(huán)境保全型的農(nóng)業(yè)，由美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的土壤學(xué)者的提出。通過(guò)使用科學(xué)技術(shù)手段，從而讓農(nóng)田內(nèi)不同單元小區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入為最經(jīng)濟(jì)和科學(xué)合理的，以達(dá)到獲得經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面最高的回報(bào)目的，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)管理的方式，這種方式是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)思想的實(shí)質(zhì)。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)核心是用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，將全球定位系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)等高新技術(shù)集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。拖拉機(jī)是實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)所必須的物質(zhì)載體，它可以與附裝的、懸掛的或牽引的的農(nóng)機(jī)具一起完成起壟、播種、施肥、噴藥等大部分田間作業(yè)。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系可以分成兩類(lèi)，一是基于3s技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，另一類(lèi)基于傳感器技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。

基于3s技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，也被稱(chēng)為基于地圖的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（map-basedapproach），是以地理信息系統(tǒng)（gis）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（gps）、遙感技術(shù)（rs）和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)為其主要核心。農(nóng)業(yè)信息的重要組成部分是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，特點(diǎn)是在土壤的監(jiān)測(cè)和作物信息數(shù)據(jù)分析使用地理信息系統(tǒng)，作為屬性數(shù)據(jù)，并與矢量化地圖數(shù)據(jù)一起制成具有實(shí)效性和可操作性的田間管理信息系統(tǒng)。

基于傳感器的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（sensor-basedapproach），可以通過(guò)使用傳感器及時(shí)性的特點(diǎn)，測(cè)定所需的特性，如土壤、作物等，對(duì)這些測(cè)得的信息，經(jīng)過(guò)快速的數(shù)據(jù)處理以后，就可以直接用于控制變量管理，所以，這種操作可以不依賴(lài)gps系統(tǒng)的支持，同樣也不依賴(lài)gis的支持。

從當(dāng)前的研究進(jìn)展得知，以3s技術(shù)為基礎(chǔ)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用較為普遍，主要原因是因?yàn)樘镩g實(shí)時(shí)傳感器昂貴，精度差。另一方面，采用gps定位技術(shù)和gis技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)土壤的取樣、產(chǎn)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遙感、土壤地圖的繪制等都非常的便利，加上統(tǒng)計(jì)學(xué)、作物模擬的多種方法，使得以3s技術(shù)為基礎(chǔ)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用模式更為普遍。

隨著勞動(dòng)生產(chǎn)率的挑高，農(nóng)用拖拉機(jī)向大型化方向的發(fā)展，這種趨勢(shì)在歐洲和北美表現(xiàn)尤為明顯。近幾年，在我國(guó)東北地區(qū)，其發(fā)展勢(shì)頭也日益迅猛，另外，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作業(yè)要求作業(yè)速度越來(lái)越快、作業(yè)幅寬越來(lái)越寬、作業(yè)質(zhì)量越來(lái)越高，其結(jié)果就是人們?cè)絹?lái)越依賴(lài)少數(shù)幾臺(tái)功率較大的拖拉機(jī)，并迫切需要能夠最大限度的提高這些拖拉機(jī)的作業(yè)效率。這也對(duì)駕駛員的操作水平提出了越來(lái)越高的要求，駕駛員的工作負(fù)荷也越來(lái)越大。在高速寬幅作業(yè)機(jī)械行進(jìn)過(guò)程，要求駕駛員操縱作業(yè)機(jī)械精確的沿作物行間隙或預(yù)定路線行走。

我國(guó)目前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)比較落后，普遍存在資源利用率低，投入產(chǎn)出率低的的現(xiàn)象。現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要基于農(nóng)業(yè)原料（如化肥等）的大量投入條件下獲得的，由于盲目的施用大量的化肥，化肥投入量大，每年單位耕地面積化肥投入量高于世界平均水平的3倍多。

嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了嵌入式技術(shù)、gps、gis和計(jì)算機(jī)編程等技術(shù)。

gps和gis技術(shù)是嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，如何利用相關(guān)的技術(shù)提高嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)的整體性能正處于不斷的發(fā)展與完善中，開(kāi)展針對(duì)基于gps和gis技術(shù)的研究不僅可以提高系統(tǒng)的性能，而且還提高系統(tǒng)的可靠性。

綜上所述，通過(guò)對(duì)嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究，可以提高對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的控制和駕駛水平，保障農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)時(shí)，可以安全、高效的進(jìn)行。不斷完善嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)的研究，相當(dāng)于提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)效率、降低駕駛員的工作量，減輕駕駛員的生理和心理上的負(fù)擔(dān)；而且眾所周知，一些農(nóng)田作業(yè)環(huán)境非常惡劣，如實(shí)施農(nóng)藥和化肥的噴灑作業(yè)時(shí)，會(huì)對(duì)駕駛員身體產(chǎn)生一定的危害。嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低駕駛難度、提高作業(yè)質(zhì)量，將駕駛員從惡劣環(huán)境中解放出來(lái)。因此，開(kāi)展研究嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究是非常有必要的，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械的現(xiàn)代化發(fā)展意義非常的重大。

 

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

 

國(guó)外研究動(dòng)態(tài)目前，世界上對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用到很多方面，例如配方施肥，精量播種，病蟲(chóng)害防治，雜草清除和水分管理，都有精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的參與。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為對(duì)合理使用農(nóng)業(yè)資源、改善生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，為改善生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)農(nóng)業(yè)資源合理的使用，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究上已投入大量人力和物力，而且還成立了專(zhuān)門(mén)的研究機(jī)構(gòu)，并且在大學(xué)里面設(shè)立與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)有關(guān)的課程體系。

發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)最早的國(guó)家是美國(guó)，目前，美國(guó)連接到互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)民約為51%,使用直升機(jī)進(jìn)行耕作管理的農(nóng)場(chǎng)為20%,許多大中型農(nóng)場(chǎng)都安裝了gps定位系統(tǒng)。這些對(duì)高新技術(shù)的應(yīng)用，在美國(guó)成為農(nóng)業(yè)信息化的主要內(nèi)容，同時(shí)也打造出美國(guó)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系。

在美國(guó)，在甜菜、小麥、玉米和大豆等作物的種植上，廣泛的使用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)。美國(guó)case和美國(guó)johndeere研究開(kāi)發(fā)出一套準(zhǔn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，包括：大型氣力輸送試變量施肥播種機(jī)，聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)量檢測(cè)系統(tǒng)，大型自走式變量噴藥機(jī)，農(nóng)機(jī)作業(yè)gps導(dǎo)航自動(dòng)駕駛裝置。

在上世紀(jì)70年代，世界許多工程師，對(duì)農(nóng)田機(jī)械的自動(dòng)導(dǎo)航進(jìn)行了研究。

比較具有代表性的國(guó)家主要以美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家。美國(guó)的conner等人，試驗(yàn)是以jonedeere7800拖拉機(jī)為平臺(tái)，將4個(gè)獨(dú)立的gps安裝在駕駛倉(cāng)外，產(chǎn)生的定位信息頻率是10hz,從而達(dá)到了以4天線載波相位的gps導(dǎo)航目的，定位精度達(dá)到了2.5cm.斯坦福大學(xué)也同樣也以jonedeere拖拉機(jī)為試驗(yàn)平臺(tái)，使用4個(gè)dgps座位導(dǎo)航儀器，由試驗(yàn)結(jié)果可以知道，在以速度為3.25公里/小時(shí)的直線行駛中，其最大偏差的值為2.5cm.

1998年noguchi等人采用extendedkalmanfilter（ekf）對(duì)機(jī)器視覺(jué)、ptk-gps、gds融合導(dǎo)航問(wèn)題進(jìn)行了研究，對(duì)3種傳感器的4種不同的組合方式的導(dǎo)航控制進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)研究，其中包括rtk-gps（精度±20cm）與gds融合后的導(dǎo)航精度達(dá)到±8.4cm.

 

三、研究的目的

 

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)是當(dāng)今現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的前沿高新技術(shù)，根據(jù)農(nóng)田空間差異和作物栽培的需求開(kāi)展農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航控制和變量施肥技術(shù)。本課題的目的在于使用計(jì)算機(jī)編程方法、serialport控件和esupermap嵌入式地理信息系統(tǒng)控件，利用gps和gis技術(shù)，研究設(shè)計(jì)嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)。通過(guò)rs-232串口接收gps實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航控制和變量施肥機(jī)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的控制，達(dá)到提高農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的效率、減少肥料浪費(fèi)、節(jié)省操作時(shí)間、減輕農(nóng)業(yè)機(jī)械駕駛員的工作強(qiáng)度的目的，從而實(shí)現(xiàn)降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

 

四、研究?jī)?nèi)容

 

本課題研究?jī)?nèi)容是“嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)”.主要研究有以下幾方面：

一是gps技術(shù)在導(dǎo)航和定位上的應(yīng)用研究。利用c#編程語(yǔ)言和serialport控件實(shí)現(xiàn)rs-232串口接收gps實(shí)時(shí)信息的功能，解決對(duì)gps數(shù)據(jù)的截取、導(dǎo)航提示的問(wèn)題。

二是gis技術(shù)在變量施肥控制上的應(yīng)用研究。利用esupermap嵌入式地理信息控件和由rs-232串口接收到的gps信息，研發(fā)了車(chē)載計(jì)算機(jī)變量施肥控制軟件，解決了變量施肥作業(yè)的變量指令在車(chē)載計(jì)算機(jī)中如何發(fā)送給變量控制器、變量施肥的處方數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和農(nóng)機(jī)在處方圖上定位顯示的問(wèn)題。

三是嵌入式編程技術(shù)的研究。由于嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)搭載到車(chē)載一體機(jī)中，必須解決嵌入式硬件設(shè)備資源緊張的問(wèn)題，使軟件做到對(duì)硬件資源消耗低，但是功能強(qiáng)大和性能突出的特點(diǎn)。

四是對(duì)定位導(dǎo)航與變量施肥算法的研究。軟件的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性，取決于算法的優(yōu)劣和對(duì)算法的優(yōu)化，所以為了更好的完成對(duì)嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)，需要對(duì)關(guān)鍵算法進(jìn)行研究，包括：坐標(biāo)投影變換的研究、直線行走導(dǎo)航算法的研究、定位算法的研究和變量施肥算法的研究。

 

五、提綱

 

摘要

 

第一章 緒論

 

1.1研究的意義

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1國(guó)外研究動(dòng)態(tài)

1.2.2國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)

1.2.3研究趨勢(shì)

1.3研究目的和內(nèi)容

1.3.1研究目的

1.3.2研究?jī)?nèi)容

1.4研究方法

1.5本章小結(jié)

 

第二章 硬件系統(tǒng)的組成設(shè)計(jì)

 

2.1系統(tǒng)組成的概述

2.2gps接收機(jī)

2.3車(chē)載觸控計(jì)算機(jī)

2.4gps導(dǎo)航光耙及其設(shè)計(jì)

2.5變量施肥控制器及其設(shè)計(jì)

2.5.1控制系統(tǒng)方案

2.5.2閉環(huán)控制器總體方案

2.5.3變量施肥閉環(huán)控制程序流程圖

2.6本章小結(jié)

 

第三章 定位導(dǎo)航與變量施肥算法研究

 

3.1坐標(biāo)投影變換的研究

3.1.1utm投影系統(tǒng)

3.1.2utm投影的實(shí)現(xiàn)

3.1.3utm投影反算的實(shí)現(xiàn)

3.2直線行走導(dǎo)航算法的研究

3.2.1確定導(dǎo)航ab線

3.2.2農(nóng)業(yè)機(jī)械在導(dǎo)航ab線的位置

3.2.3偏航距離及左右確定

3.3定位算法的研究

3.3.1標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波模型

3.3.2運(yùn)動(dòng)載體的gps動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

3.3.3提高gps定位精度的改進(jìn)卡爾曼濾波算法的實(shí)現(xiàn)

3.4嵌入式地理信息系統(tǒng)及變量施肥算法的研究

3.4.1嵌入式地理信息系統(tǒng)的概念

3.4.2esupermap概述

3.4.3基于esupermap開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)

3.4.4esupermap控件在變量施肥中的應(yīng)用

3.4.5變量施肥算法的研究與設(shè)計(jì)

3.5本章小結(jié)

 

第四章 軟件功能的研究和設(shè)計(jì)

 

4.1嵌入式系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用

4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4.3數(shù)據(jù)通訊方式

4.3.1rs232串口通訊在。net下實(shí)現(xiàn)

4.4導(dǎo)航功能的研究和設(shè)計(jì)

4.4.1gps信息解析

4.4.2gps導(dǎo)航提示

4.4.3導(dǎo)航光耙測(cè)試

4.4.4導(dǎo)航演示

4.4.5作業(yè)信息記錄查詢(xún)

4.5變量施肥的功能研究和設(shè)計(jì)

4.5.1變量施肥控制

4.5.2變量控制器參數(shù)下傳

4.5.3變量控制器參數(shù)上傳

4.5.4作業(yè)信息記錄查詢(xún)

4.5.5農(nóng)機(jī)作業(yè)回放

4.6軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和工具的選擇

4.7本章小結(jié)

 

第五章 系統(tǒng)的測(cè)試試驗(yàn)

 

5.1系統(tǒng)軟件功能測(cè)試

5.2系統(tǒng)軟件測(cè)試平臺(tái)

5.3數(shù)據(jù)測(cè)試

5.3.1導(dǎo)航控制測(cè)試

5.3.2變量施肥測(cè)試

5.4導(dǎo)航控制試驗(yàn)

5.4.1試驗(yàn)場(chǎng)地

5.4.2試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

5.5變量施肥控制試驗(yàn)

5.5.1試驗(yàn)基本情況

5.5.2試驗(yàn)結(jié)果

5.6本章小結(jié)

 

第六章 結(jié)論與展望

 

6.1結(jié)論

6.2創(chuàng)新點(diǎn)

6.3展望

 

六、研究方法

 

在這項(xiàng)研究中，對(duì)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的理論、地理信息系統(tǒng)的理論、嵌入式編程等理論進(jìn)行了綜合運(yùn)用，使用microsoftofficevisio2003畫(huà)圖軟件，完成軟件功能的流程圖和數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體分析圖，使用caseihafssoftwareafs精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)軟件完成農(nóng)田電子信息地圖，對(duì)土壤包含營(yíng)養(yǎng)成分分布的情況進(jìn)行研究。

在研制變量施肥控制器時(shí)，采用閉環(huán)自動(dòng)控制理論和工程設(shè)計(jì)的方法。在軟件工程相關(guān)理論的指導(dǎo)下，在visualstudio2008開(kāi)發(fā)環(huán)境下，使用c#編程語(yǔ)言、sqlce嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、esupermap嵌入式gis開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行嵌入式農(nóng)機(jī)gps導(dǎo)航及變量施肥控制系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)。運(yùn)用理論分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)實(shí)踐的方法探索適合我國(guó)農(nóng)機(jī)作業(yè)導(dǎo)航與變量施肥控制的技術(shù)方案。

 

七、進(jìn)度安排

 

20xx年11月01日-11月07日論文選題、

20xx年11月08日-11月20日初步收集畢業(yè)論文相關(guān)材料，填寫(xiě)《任務(wù)書(shū)》

20xx年11月26日-11月30日進(jìn)一步熟悉畢業(yè)論文資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告

20xx年12月10日-12月19日確定并上交開(kāi)題報(bào)告

20xx年01月04日-02月15日完成畢業(yè)論文初稿，上交指導(dǎo)老師

20xx年02月16日-02月20日完成論文修改工作

20xx年02月21日-03月20日定稿、打印、裝訂

20xx年03月21日-04月10日論文答辯

 

八、參考文獻(xiàn)

 

[1]張曉輝，李汝莘。法國(guó)的精確農(nóng)業(yè)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[j].農(nóng)機(jī)化研究，2002（1）：12-15.

[2]李強(qiáng)，李永奎。我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械gps導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展[j].農(nóng)機(jī)化研究，2009（8）：242-244.

[3]耿向宇。基于gps/gprs的變量施肥機(jī)控制系統(tǒng)研究[d].上海：交通大學(xué)，2004.

[4]丁圣彥。精確農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系與應(yīng)用研究的發(fā)展[j].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2002,23（3）：222-225.

[5]肖志剛，張曙光，么永強(qiáng)等。精確農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的研究[j].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,26（增刊）：256-259.

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