變量播種施肥控制系統(tǒng)的研究
--基于財務(wù)會計精細(xì)化

李 樂

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 南陽 473000)

0 引言

會計精細(xì)化重點在于“精”和“益”。其中,“精”是把財會工作細(xì)致入微,通過嚴(yán)格的流程、規(guī)范和績效考核方法,實現(xiàn)流程化的工作細(xì)化,提供工作執(zhí)行力;“益”就是效益,也就是通過會計精細(xì)化的實施,實現(xiàn)企業(yè)價值各個環(huán)節(jié)成本最小化和價值最大化。為此,將會計精細(xì)化方法應(yīng)用到農(nóng)業(yè)播種施肥中,通過精確計量播種量、株行距和深度,最大程度地節(jié)省種子和化肥,實現(xiàn)農(nóng)作物的產(chǎn)量最大化。

1 變量播種施肥控制系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 變量播種施肥控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

變量播種施肥控制系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、排種與排肥檢測模塊、種箱與肥箱質(zhì)量傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)控制模塊和霍爾測速模塊組成。播種施肥機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。安裝在播種施肥機(jī)上的車載工控機(jī)、GPS、傳感反饋裝置和精準(zhǔn)施播裝置通過車載信號處理模塊和車載計算機(jī)連接起來,用于數(shù)據(jù)信號的傳輸。在播種和施肥的管道上,各自裝有壓力和電容傳感器,用于實時檢測播種和施肥量;然后,將后臺計算結(jié)果和期望的施播量進(jìn)行對比,計算出即時的誤差,再根據(jù)機(jī)器行走速度調(diào)整施播裝置的轉(zhuǎn)速,控制電機(jī)實現(xiàn)變量施播。

圖1 播種施肥機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The overall structure diagram of sowing and fertilizing machine

1.2 播種量的計算

本文采用控制型的排種器,槽輪齒輪數(shù)為24個,齒槽圓弧半徑分別為48mm和3mm,齒根半徑為42mm。齒槽截面示意如圖2所示。

圖2 齒槽截面示意圖Fig.2 The schematic diagram of cogging section

圖2中,齒槽的截面積A由A1(槽形面積)、A2(梯形面積)和A3(弓形面積)3塊面積組成,其計算公式為

(1)

A2=(a+b)×h/2

(2)

(3)

A=A1+A2+A3

(4)

其中,r1和r2分別為齒槽底部圓弧半徑和齒輪底部到排種軸心的距離;θ1和θ2分別為齒槽底部圓弧弧度和齒輪頂端和軸心的夾角角度。

設(shè)定排種器全長槽輪每次排出的種子質(zhì)量為q,則q包括槽內(nèi)排出種子q內(nèi)和槽外帶出種子q外,即

q=q內(nèi)+q外

(5)

槽內(nèi)排出的谷物質(zhì)量為

q內(nèi)=α×A1×L×m

(6)

其中,α為谷物充滿排種器齒槽的程度,一般取α=0.85;L為排種器槽輪長度,L=42mm;m為谷物種子體積質(zhì)量,播種采用小麥作為對象,取m=0.78kg/L。

q外=m×v

(7)

其中,v為槽外帶出種子的體積,可以根據(jù)槽外帶出種子的圓弧半徑和齒槽底部圓弧半徑求出。

1.3 施肥量的計算

在農(nóng)田進(jìn)行施肥播種時,容易受到排量預(yù)設(shè)值、機(jī)器行進(jìn)速度和實際排量相互影響,從而使施肥不均勻。為了保證施肥過程的均勻化,提高農(nóng)作物產(chǎn)量,需要對各個影響因子進(jìn)行研究,實現(xiàn)施肥過程中的精準(zhǔn)化。外槽輪排肥器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 外槽輪排肥器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 The structure diagram of external groove wheel fertilizer ejector

播種施肥機(jī)每公頃的施肥量為

(8)

化簡后為

(9)

其中,Q、q、v、B和N分別為每公頃施肥量(kg/hm2)、單施肥器施肥單位(g/min)、機(jī)器前進(jìn)速度km/h、施肥作業(yè)行距和播種器個數(shù)。

播種施肥機(jī)排肥器是被直流電機(jī)驅(qū)動作業(yè)的,如果忽略施肥軸轉(zhuǎn)速的非線性增加,只考慮其與速度之間的線性關(guān)系,則單個施肥器和排肥轉(zhuǎn)軸的關(guān)系為

q=kn

(10)

其中,k和n分別為標(biāo)定的直線斜率和施肥轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速(r/min)。

聯(lián)立式(9)和式(10)可得

(11)

直流電機(jī)的工作是通過脈沖信號控制的,其表達(dá)式為

(12)

其中,f、x和T分別為脈沖頻率、細(xì)分系數(shù)和固有步距角。

由式(11)、式(12)可知:在播種施肥機(jī)作業(yè)過程中,可以根據(jù)各個參數(shù)關(guān)系,利用各個傳感器模塊采集機(jī)器運行情況,了解直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和驅(qū)動脈沖頻率,以實現(xiàn)對施肥量的動態(tài)調(diào)節(jié),從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。

2 變量播種施肥作業(yè)流程設(shè)計

變量播種施肥作業(yè)流程如圖4所示。工作時,播種施肥機(jī)在農(nóng)用拖拉機(jī)的牽引下到達(dá)指定作業(yè)區(qū)域,先開啟電源,完成車載工控機(jī)的初始化;然后,工控機(jī)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)獲取當(dāng)前作業(yè)農(nóng)田的播種和施肥處方數(shù)據(jù),并導(dǎo)入到MySQL數(shù)據(jù)庫中;車載工控機(jī)內(nèi)部搭載變量播種施肥控制程序,通過獲取采集傳感器獲取的位置、車速、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和外槽輪的開度信息,計算出當(dāng)前的播種率和施肥量,并根據(jù)播種施肥模型計算變差量,再通過CAN總線將調(diào)節(jié)指令發(fā)送給控制模塊,實現(xiàn)播種和施肥的變量控制。

圖4 變量播種施肥作業(yè)流程圖Fig.4 The flow chart of variable seeding and fertilization

3 電機(jī)變速控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 建立PID控制模型

播種施肥的變量控制實際上是通過對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制實現(xiàn)的,為了提高電機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度,采用PID模糊控制方法對排種和排肥器進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。PID是一種被廣泛使用的控制技術(shù),其表達(dá)式為

(13)

其中,e(t)為實際控制偏差;Kp、Ki和Kd分別為PID控制器的比例、積分和微分系數(shù)。

為了對PID的控制參數(shù)進(jìn)行有效優(yōu)化,采用時間誤差乘積的絕對值(Integrated Time Absolute Error,ITAE)對PID性能進(jìn)行評價。ITAE的指標(biāo)計算表達(dá)式為

(14)

采用MatLab7.0/SIMULINK,建立PID的控制模型,如圖5所示。

圖5 PID的SIMULINK控制模型Fig.5 SIMULINK control model of PID

3.2 電機(jī)變速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

播種施肥控制系統(tǒng)軟件主要是用于驅(qū)動硬件平臺去工作,從而實現(xiàn)對播種機(jī)的排種和排肥控制。播種施肥控制系統(tǒng)軟件流程如圖6所示。

圖6 播種施肥控制系統(tǒng)軟件流程圖Fig.6 The software flow chart of sowing and fertilization control system

播種施肥機(jī)在開始工作后,先進(jìn)行一系列的初始化操作,如復(fù)位與時鐘配置、內(nèi)存初始化、flash初始化、以太網(wǎng)芯片初始化和GPIO初始化等操作,還需完成串口、Timer、傳感器和PWM的初始化設(shè)置;然后,系統(tǒng)會交替地運行排種和排肥監(jiān)測;最后,如果系統(tǒng)收到播種施肥結(jié)束的指令,會退出工作狀態(tài)。

實現(xiàn)播種施肥的變量控制,其核心是利用PID調(diào)整PWM輸出脈沖。控制流程如圖7所示。

圖7 PWM控制流程圖Fig.7 The flow chart of PWM control

4 實驗結(jié)果與分析

為了驗證本文研究的基于財務(wù)會計精細(xì)化的變量播種施肥控制系統(tǒng)的可靠性,特將車載工控機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動器、各類傳感器模塊安裝在播種施肥機(jī)上,分別基于1、2、3的輸入條件,在4.2 km/h和5.0 km/h的前進(jìn)速度下進(jìn)行了電機(jī)播種輸出軸的轉(zhuǎn)速控制。電機(jī)實測轉(zhuǎn)速和理論轉(zhuǎn)速結(jié)果如表1所示。

表1 實驗測試數(shù)據(jù)Table 1 The experimental test data

經(jīng)過多次的實驗測試發(fā)現(xiàn):在播種過程中所測得的播種轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速和理論值誤差在1%～3%之間,精度較高,實現(xiàn)了通過PID模糊控制對直流電機(jī)的變速控制,達(dá)到了變量播種的目的。

5 結(jié)論

為了實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)播種施肥的精準(zhǔn)控制,運用會計精細(xì)化方法的思路,采用PID模糊控制技術(shù),設(shè)計了一套變量播種施肥控制系統(tǒng),可以通過對播種施肥部件的控制實現(xiàn)變量的施肥和播種。在實際播種試驗中,所測得的播種轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速和理論值誤差在1%～3%之間,精度較高,實現(xiàn)了通過PID模糊控制對直流電機(jī)的變速控制,達(dá)到了變量播種的目的。