عنوان :

پروژه ارزیابی یک کودپاش مایع نرخ متغیر با استفاده از روش مدیریت موضعی

تعداد صفحات :۱۸

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

هدف پروژه طراحی و ساخت کودپاش نرخ متغیر با استفاده از  GIS ، GPSوفن آوری نرخ متغیر( VRT )  است به گونه ای که با استفاده از این ماشین می توان عملکرد نقاطی را که به مقدار کود مناسب وابسته هستند را به حداکثر رساند.

در این تحقیق ابتدا داده های مکانی مربوط به میزان نیتروژن خاک به صورت  نقشه درآورده شد. در نقشه مورد نظر تنها مکان هایی که از لحاظ میزان ازت مورد نیاز گیاه فقیر بوده مورد پاشش قرار خواهند گرفت و در  مکان های دارای میزان مناسب ازت نازل های کودپاش غیر فعال بوده و هیچگونه پاششی ندارند. نرخ پاشش در مکان هایی که از لحاظ میزان ازت فقیرند متغیر خواهد بود. براین اساس وبا بکار گیری انکودر شافت، مدار الکترونیکی و یک شیر نرخ متغیر، کودپاشی صورت گرفت. مزرعه مورد نظر به ۱۲ کرت به اندازه ۵×۲ متر مربع تقسیم بندی شد که ۶ کرت برای اعمال ویژه مکانی و ۶ کرت برای اعمال یکنواخت کود در نظر گرفته شد.هر کدام از کرت های مورد نظر نیز به صورت مربع های ۲×۲ متر مربع شبکه بندی شد. دستگاه مورد نظر به دو صورت آزمایشگاهی (روی زمین آسفالت) و مزرعه ای ارزیابی شد. اندازه کرت ها در تست آزمایشگاهی و مزرعه ای یکسان است.داده های بدست آمده کاهش ۳۶/۵۸ درصدی را در مصرف کود نسبت به روش متداول (توزیع یکنواخت) نشان می دهد. همچنین میزان خطای پاشش در تست آزمایشگاهی ۳۲/۱ درصد و در تست مزرعه ای ۵۸/۱ درصد بود. داده های بدست آمده خطی بودن رابطه میان درصد باز بودن دریچه خروجی  شیر نرخ متغیر با دبی خروجی از آن را به احتمال ۸۷/۰ نشان می دهد. از آنجایی که در کشور ما کودپاشی بدون در نظر گرفتن تغییرات در مزرعه صورت می گیرد. این روش راهکاری جدید است که میتوان تحول بنیادینی در کاهش مصرف کود ایجاد نماید.

کلیدواژه‌: سیستم اطلاعات جغرافیایی، فناوری نرخ‌متغیر، سیستم مکان‌یابی جهانی، توزیع یکنواخت کود، توزیع دقیق کود 

فهرست مطالب

چکیده   ۱
مقدمه:   ۲
مواد و روش ها:   ۳
طراحی و ساخت مدار الکترونیکی و نصب آن بروی کود پاش مایع:   ۵
شیر تنظیم نرخ مورد نیاز جهت اعمال:   ۷
نتایج وبحث:   ۱۰
رابطه میان میزان باز شدن شیر نرخ متغیر ودبی خروجی از آن :   ۱۲
پیشنهادات:   ۱۳
فهرست منابع:   ۱۴

فهرست منابع:

۱- عابدی، ج و همکاران.۱۳۸۰٫ آلودگی آبهای زیر زمینی اطراف شاهین شهر . سومین کنفرانس هیدرولیک ایران.

۲- قزوینی، ح. م. الماسی و م. فتحی.۱۳۸۵٫ تاثیر استفاده از نقشه های دیجیتال در کشاورزی دقیق بر مصرف بهینه کود در منطقه برخوار اصفهان. چهارمین کنفرانس ملی ماشینهای کشاورزی. تبریز.۱۳۸۵٫

۳- لغوی، م. ۱۳۸۲٫ راهنمای کشاورزی دقیق برای متخصصین کشاورزی، سازمان تحقیقات و آموزش کشاورزی. تهران، ۲۹۵ صفحه.

۴- Anglund, E.A., and P.D.Ayers. 2003. Field evaluation of response times for a variable rate (Pressure – based and injection ) liquid chemical applicator, App. Eng. In Agric. 19,273,282.

۵- Ess, D. R. and S. D. Parsons. 2001. Implementing site-specific management: Sprayer technology-controlling application rate and droplet size distribution on the go. Purdue University. SSMG-5-W.

۶- Fleming, K.L and K.G. westfall. 2000. Evaluating farmer defined management zone maps for variable rate fertilizer application. Precision Agriculture, 2, 201.215.

۷- Munack, A., E. Bunnig and H. Speckmann(1999). Ahigh performance control system for spreading of liquid manure. Proceeding of the 14^th IFAC, Pequin, China, pp.389-394.

۸- Mulla, D.J. 1991. Using geostatistics and GIS to manage spatial pattern in soil fertility. In : Automated Agriculture for the 21 century. St. Joseph, Mich: ASAE.

۹- Paz, J.O., Batchelor, W.D., Colvin, T.S., Logsdon, S.D., Kaspar, T.C., Karlen, D.L., 1999. Model- based technique to determine variable rate nitrogen for corn. Transactions of     ASAE.61,69-75.

۱۰- yang, C.,G.L. Anderson, J.H. Everitt, and J.M. Bradford 1998. Nitrogen and Phosphorus management using a variable rate liquid Fertilizer applicator. ASAE. Paper No. 98-1050 St. Joseph, Michigan, ASAE

۱۱-Ulson, J.A.C., I.N. Silva, S. H Benez, R.L.V. Boas (2002). Modeling and identification of fertility maps using artificial neural networks. 2002 IEEE Internacional Conference on System, Man and Cybernetics. Nashvill, USA.

۱۲- Welsh, J.P.; G.A. wood; R.J. Godwin, J.C. Taylor, R. Earl; S/Black and S.M. Knight. 2002. Developing strategies for spatially variable nitrogen application in Wirter barley and Wheat. Biosystem Engineering. 84(4), 481-494.

    مقدمه:

فلسفه کشاورزی دقیق این است که نهاده‌های کشاورزی نظیر سم و کود و غیره متناسب با نیاز هر بخش از کشتزار به کار برده شود. در این نوع کشاورزی امکان محاسبه و برآورد اختلافات بین کوچک‌ترین سطوح ممکن عملی شده و سپس ورودی‌های مختلف به تناسب اختلافات اعمال می‌شود. فن آوری نرخ متغیر(VRT) یک راهکار مدیریتی برای پرداختن به تغییر پذیری مکانی درون کشتزار میباشد. به بیان دیگر VRT  عبارت از تخصیص بهینه نهاده های تولید است . در روش متداول  استفاده از کودها ، مزرعه و محصول آن یکنواخت در نظر گرفته می شود و برای استفاده از کودها برای حاصلخیزی خاک با توجه به متوسط نیاز مزرعه و با یک درصد اضافی  به عنوان ضریب اطمینان، آهنگ کودپاشی (مقدار کود در هکتار) تعیین می گردد و بطور یکنواخت در مزرعه توزیع می شود.( ۳ )

پخش غیر اصولی کودهای شیمیایی در سطح مزرعه اثرات مخرب دارد و نگرانی‌های اجتماعی و زیست محیطی و اقتصادی را افزایش می‌دهد. بسیاری از کودهای شیمیایی بدون آنکه جذب گیاه شوند وارد آب‌های سطحی و زیرزمینی می‌گردند و سبب مسمومیت و آلودگی محیط زیست می‌شوند (۶).

نیترات هایی که از درون خاک شسته می شوند عمدتا به آب های زیرزمینی منتهی می گردد. همان منابعی که آب آشامیدنی متجاوز از ۸۰%  شهروندان را تامین می کند. سطوح بالای نیتروژن در دریاچه ها ، حیات بسیاری از آبزیان را به خطر می اندازد.  محدود کردن کوددهی به نقاطی از مزرعه که دارای کمبود مواد آلی هستند می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای باعث صرفه‌جویی در میزان مصرف کود شود. برای یک ذرت کار نمونه، کود شیمیایی یک چهارم هزینه نقدی را تشکیل می‌دهد. عابدی و همکاران (۱۳۸۰) آلودگی آب های زیر زمینی مناطقی از اطراف شاهین شهر را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج آنها نشانداد که میزان نیترات آبهای زیرزمینی در ۹۰ درصد چاههای نمونه برداری شده بیش از مقدار استاندارد ( ۱۰ میلی گرم در لیتر ) می باشد. این روش رهیافتی در جهت بهینه کردن مقدار مصرف کودشیمیایی و نتیجه آن کاهش هزینه کشاورز و اضافه بر آن موجب افزایش محصول در واحد سطح، حفظ ساختمان خاک و افزایش حاصلخیزی آن می‌باشد(۱). Welsh  و همکاران(۲۰۰۲) از روش اعمال نیتروژن به میزان متغیر  در مزرعه جو زمستانه وگندم استفاده کردند که میزان عملکرد بترتیب ۳۶/۰  و ۴۶/ ۰تن در هکتار  نسبت به اعمال یکنواخت کود بیشتر شد(۱۲). قزوینی وهمکاران(۱۳۸۶) تغییرات مکانی فاکتورهای حاصلخیزی خاک  (K.P.N)  وعملکرد دانه گندم رابا استفاده از واریوگرام ،GPS  و GIS بررسی ونقشه های دیجیتالی را در بلوکهای ۵*۵ جهت استفاده در ماشینهای نرخ متغیر تهیه کردند. این نقشه ها نشان میدهد که در روش سراسر پاشی اوره ،برای تولید ماکریمم عملکرد تنها ۱۳٪سطح مزرعه مقدارکود مناسب دریافت میکند وبقیه مزرعه ازت کمتر یا بیشتر از نیاز دریافت میکند. درحالی که در روش VRT حداقل۵۲ کیلوگرم در هکتار در مصرف اوره صرفه جویی کردند. همچنین در روش سراسر پاشی فسفر و پتاس بترتیب فقط ۲۵٪ و ۱۱٪ از سطح مزرعه کود کافی دریافت می کند و بقیه سطح مزرعه کمتر یا بیشتر از نیاز کود دریافت می کند(۲). Paz   و همکاران (۱۹۹۹) نشان دادند که سطح نیتروژن می‌تواند کاهش داده شود در حالی که تولید محصول بیشتری نسبت به اعمال یکنواخت داشته باشیم .آن ها در ایالت آیوا  از این روش در مزرعه ذرت استفاده کردند که میانگین نرخ اعمال کود نسبت به روش اعمال کود یکنواخت kg/ha11 کاهش داشت و عملکرد محصول kg/ha  ۹۷افزایش داشت و ۶۶/۱۵ دلار در هر هکتار نیز افزایش سود نسبت به روش اعمال کود یکنواخت به دنبال داشته است. در این تحقیق با استفاده از مدل رشد ذرت تغییر عملکرد ذرت را توصیف کرده و اعمال نیتروژن متغیر برای یک مزرعه در آیوا را ارزیابی کردند. پس از جمع آوری اطلاعات ۲۱۰ نرخ نیتروژن(۲۸۰-Kg/ha50) انجام گرفت(۹).  Ulson و همکاران (۲۰۰۲) یک سیستم هوشمند اعمال کود با دو شبکه عصبی ساختند که خروجی شبکه عصبی اول نرخ اعمال را متناسب بامختصات GPS و خروجی شبکه عصبی دوم نرخ جریان را تخمین زند. نرخ جریان کود از طریق یک سوپاپ کره ای با عملگر الکتریکی کنترل می شد . سوپاپ کره ای با موتور الکتریکی برای باز شدن کامل (از ۱۰ درجه تا ۹۰ درجه ) به زمان ۴/۰ تا ۱ ثانیه نیازمند است که این مورد در کاهش بار سیستم هیدرولیکی مؤثر بود همچنین بعد مهم این پژهش پاسخ سریع سیستم می باشد(۱۱).

هدف پروژه طراحی و ساخت کودپاش نرخ متغیر با استفاده از  GIS ، GPSوفن آوری نرخ متغیر( VRT )  است به گونه ای که با استفاده از این ماشین می توان عملکرد نقاطی را که به مقدار کود مناسب وابسته هستند را به حداکثر رساند.

مواد و روش ها:

مزرعه مورد برسی ۷/۰ هکتار بود که در کرج کیلومتر ۵ جاده ماهدشت مرکز آموزش عالی امام خمینی وزارت جهاد کشاورزی قرار دارد (شکل ۱).

اولین قدم جهت اجرای کودهی با اهنگ متغیر ، تهیه نقشه نشانگر تغییرات نیتروژن خاک می باشد به همین منظور خاک را به شبکه های ۲×۲  جهت نمونه گیری تقسیم می کنیم. در مورد تهیه نقشه حاصلخیزی خاک روش متداول نمونه برداری شبکه ای از خاک سطح مزرعه می باشد ولی به علت هزینه دار بودن این روش از داده های فرضی میزان نیتروژن استفاده می گردد. برای نیل به این هدف موقعیت مکانی ۴ گوشه مزرعه توسط GPS  گرفته شد.GPS  مورد استفاده در این تحقیق از نوع GPS map 60CSX  بود. از طرفی با توجه به اینکه در GPS خطای موقیت وجود دارد، موقیت ۴ گوشه ابتدا توسط دوربین نیوو ، اندازه گیری، مشخص و تثبیت گردید(شکل ۲) و سپس با استفاده از GPS ، موقعیت جغرافیایی این ۴ نقطه تعیین گردید.(شکل ۳).

برخی از ویژگی های دستگاه  GPS map 60CSX عبارتند از:

قابلیت ذخیره ۱۰۰۰ نقطه[۱] با اسم

قابلیت ثبت ۱۰ مسیر که هر یک حاوی ۲۵۰ نقطه می باشند.

قابلیت تعیین مسیر با ذخیره۲۵۰ مسیر[۲] که هر یک حاوی ۵۰ نقطه می باشد.

ذخیره ۲۴ مگا بایت اطلاعات مربوط به جزئیات نقشه ها که امکان انتقال از طریق نقشه مرجع بروی CD Rom را فراهم می سازد.

انتخاب دکمه (mark) در روی دستگاه یک نقطه ثبت می گردد. میزان ماهواره های مورد نیاز جهت ثبت ۳ عدد می باشد. حداقل ماهواره قابل دسترس باید ۶ عدد باشد. پس از آن می توان جمع آوری داده را آغاز کرد. هنگام داده برداری روی زمین ۱۲ عدد ماهواره در دسترس بودند که این مورد وضوح و دقت داده برداری را بالاتر می برد.

پس از جمع آوری داده GPS  را از طریق یک کابل رابط به پورت Com1 کامپیوتر وصل کرده و داده ها از طریق نرم افزار map source به کامپیوتر ارسال می گردد . برای پردازش نقشه داده هارا به نرم افزار  Arc view GIS می بریم با استفاده از این نرم افزار می توان کمیت های مربوط به نمونه برداری را در یک جا جمع آوری و از آنها در کاربرد های مختلف بهره برداری نمود. در این نرم افزار داده های فرضی میزان نیتروژن خاک در شبکه های ۲×۲ و به توجه به موقعیت جغرافیایی آنها در مزرعه قرار داده شد.

داده های مربوط به میزان نیتروژن خاک و داده های مکانی مربوط به آنها نقشه ازت خاک را فراهم کرد.با توجه به اینکه میزان نیتروژن مورد نیاز جهت رشد خوب گیاه در منطقه مورد نظر  ۵۰۰-۳۵۰ کیلوگرم در هکتار می باشد. میزان نیتروژن اعمالی را با توجه به مقدار فعلی نیتروژن خاک و گیاه مقدار مورد نظر برای رشد خوب در نرم افزار  Arc view GIS تنظیم کردیم. نقشه مورد نظر جهت مدیریت اعمال کود پردازش شد. داده های موقیت جغرافیایی به صورت متریک در آورده شد و زمین در نقشه به شبکه های ۲×۲ تقسیم گردید به گونه ای که اعمال کود را به صورت متر به متر مدیریت کنیم. نقشه خاک تهیه شده را پس ازپردازش لازم به صورت دیجیتال در آورده و از طریق پورت خروجی کامپیوتر به میکروکنترلر داده می شود ، حال متناسب با نقشه ،اعمال کود صورت می گیرد.

طراحی و ساخت مدار الکترونیکی و نصب آن بروی کود پاش مایع:

برای کوپل کردن نقشه امکان ماشین در مزرعه به منظور توزیع کود در نقطه مورد نظر از یک انکودر شافت استفاده شد.( امتیاز استفاده از این دستگاه دیجیتالی بودن خروجی آن است که نیازی به مبدل آنالوگ به دیجیتال نمی باشد.) .خصوصیت این دستگاه نصب سریع ، قابلیت کالیبره آسان و خروجی استاندارد است. انکودر شافت مورد استفاده قابلیت نصب روی تراکتورها با  قطر چرخ های متفاوت را دارا می باشد . مدل انکودر مورد استفاده AutonicsE50SB بود. که قطر شافت آن mm 6 بودو با برق ۲۴ ولت DC و mA 20 کار می کرد. به ازای هر دور شافت انکودر ۶۰۰ پالس از آن خارج می شد. انکودر شافت را توسط یک نبشی ۴*۴ ویک رابط مربعی شکل به ابعاد ۱۰*۱۰ سانتیمتر بر روی قسمت داخلی شافت چرخ جلوی سمت راست تراکتور جاندیر ۳۱۴۰ به قطر ۴/۱۲ میلیمتر قرار می دهیم. برای اتصال شافت انکودر بر روی قسمت داخلی شافت از یک قطعه استوانه ای لاستیکی به قطر ۵۰ سانتیمتر استفاده می کنیم.  علت نصب انکودر بر روی قسمت داخلی شافت این است که انکودر همراه با چرخش جانبی تایر بچرخد تا در چرخش به طرفین  تراکتور در انتهای زمین آسیبی به آن وارد نگردد. همچنین برای اینکه بکسوات چرخ تاثیری روی داده ها نگذارد انکودر را روی چرخ جلو نصب می کنیم(شکل ۴).

مقدار پالس صادره از انکودر به ازای ۲ متر جابجایی چرخ جلوی تراکتور برای ما با اهمیت دارد که این مقدار با کالیبره کردن انکودر در مزرعه به دست آمد. یک مسیر ۲۰ متری برروی زمین مشخص و میزان پالس صادره از آ ن را یادداشت کردیم . این آزمایش ۱۲ مرتبه و با سرعت  km/hr 5 انجام داده شد. میانگین داده ها ۱۱۱۵ با انحراف معیار ۶ بدست آمد. این عملیات ۲ روز قبل از تست مزرعه ای دستگاه صورت گرفت. مقدار پالس صادره در حقیقت مکان ماشین در مزرعه را متر به متر گزارش کرده که باید به ورودی مدار الکترونیکی طراحی شده فرستاده شود تا با نقشه اعمال کود ذخیره شده در میکرو کنترلر کوپل گردد. مدار الکترونیکی با استفاده از میکرو کنترلر AVR  طراحی و با زبان برنامه نویسی C نوشته شد. در مدار طراحی شده از  یک شمارش گر جهت شمارش پالس های ایجاد شده توسط شافت انکودر استفاده می شود. پس از شمارش پالس ها داده های مربوط به مکان ماشین در مزرعه و میزان ازت مورد نیاز با همدیگر کوپل شده و خروجی آن شیر مغناطیسی نرخ متغیر را تحریک می کند. داده های فرضی مورد نیاز به صورت ماتریس ۶*۱۰۰ توسط یکی از توابع نرم افزار مطلب استخراج شد. بر روی مدار الکترونیکی یک LCD نصب شد که میزان ولتاژ خروجی ، میزان باز شدن دریچه شیر، شماره کرت و موقعیت مکانی در کرت را نشان می داد.

شیر تنظیم نرخ مورد نیاز جهت اعمال:

[۱]– way point

[۲] Routes –

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .