根據(jù)農(nóng)田病蟲(chóng)草害防治的不同需要開(kāi)出處方，并按處方合理噴灑藥量。吉林大學(xué)工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出的，基于處方圖控制的變量噴藥系統(tǒng)，具有精度高、成本低、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)我國(guó)國(guó)情，對(duì)提高農(nóng)藥利用率，保護(hù)環(huán)境，保證農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)有重要推廣意義。該研究為國(guó)家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃和“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目。

此研究報(bào)告刊登于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2010年第26卷第4期，題為“基于ARM的變量噴藥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”第一作者為生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院博士研究生王利霞，通訊作者為張書(shū)慧教授。

該系統(tǒng)具有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和試驗(yàn)標(biāo)定三種工作模式，以及系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)記錄功能。當(dāng)該系統(tǒng)配以相應(yīng)的噴藥機(jī)進(jìn)行變量噴藥作業(yè)時(shí)，操作人員可借助觸摸屏選擇該系統(tǒng)的工作模式。中央處理器根據(jù)所選的工作模式采集相應(yīng)的傳感器信號(hào)，換算處理后，輸出響應(yīng)指令控制變量執(zhí)行器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)變量噴藥作業(yè)。

農(nóng)藥作為農(nóng)產(chǎn)品病蟲(chóng)草害防治最為有效的手段，其投入量直接影響著農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。投入不當(dāng)，不僅增加農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本，而且會(huì)破壞周?chē)h(huán)境的生態(tài)平衡，但是，到目前為止，我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)在農(nóng)田病蟲(chóng)草害防治過(guò)程中，沒(méi)有考慮病蟲(chóng)草害的空間變異性，仍采用常量噴灑方式。隨著生活水平的提高，農(nóng)藥過(guò)量使用對(duì)人體和環(huán)境造成的危害日漸引起人們的關(guān)注。因此，為了有效防治農(nóng)田病蟲(chóng)草害，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，國(guó)內(nèi)外農(nóng)學(xué)專(zhuān)家以及相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者設(shè)計(jì)出一系列變量噴藥控制系統(tǒng)。

根據(jù)變量噴藥控制系統(tǒng)變量控制實(shí)施途徑不同可將該類(lèi)控制系統(tǒng)分為兩大類(lèi)：即基于機(jī)器視覺(jué)的變量噴藥控制系統(tǒng)和基于處方圖的變量噴藥控制系統(tǒng)?；跈C(jī)器視覺(jué)的變量噴藥控制系統(tǒng)是通過(guò)光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)采集作物圖像，通過(guò)圖像處理技術(shù)完成目標(biāo)（病蟲(chóng)草害）與作物的分割和識(shí)別，以圖像處理結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行噴藥決策運(yùn)算，以此來(lái)控制噴頭噴藥量的，其中央處理器多以計(jì)算機(jī)為主?；谔幏綀D的變量噴藥控制系統(tǒng)是利用GPS（全球定位系統(tǒng)）和GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，在農(nóng)學(xué)專(zhuān)家進(jìn)行田間病蟲(chóng)草害調(diào)查的基礎(chǔ)上，生成作業(yè)處方圖，以處方?jīng)Q策數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)控制噴頭噴藥量，實(shí)現(xiàn)變量噴藥作業(yè)，其中央處理器多以51系列單片機(jī)為主。

雖然與基于機(jī)器視覺(jué)的變量噴藥控制系統(tǒng)相比，基于處方圖的變量噴藥控制系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員專(zhuān)業(yè)技能要求低，更適于我國(guó)農(nóng)業(yè)智能裝備發(fā)展現(xiàn)狀。但是由于51系列單片機(jī)是一個(gè)8位機(jī)，無(wú)論如何擴(kuò)展外圍設(shè)備，其性能、邏輯運(yùn)算速度、存儲(chǔ)器、通信能力等仍受到8位機(jī)的局限，影響了該類(lèi)系統(tǒng)的控制精度和功能設(shè)計(jì)。因此，吉林大學(xué)工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以ARM7系列的S3C44B0微處理器為核心，設(shè)計(jì)出一套基于處方圖的變量噴藥控制系統(tǒng)。并于2009年6月在吉林省榆樹(shù)市弓棚鎮(zhèn)13號(hào)村3號(hào)地進(jìn)行玉米出苗后四葉一心期的玉米地變量噴藥田間試驗(yàn)，試驗(yàn)面積1.07公頃。試驗(yàn)結(jié)果表明：在20米×20米作業(yè)網(wǎng)格內(nèi)，噴藥機(jī)以4.2千米/小時(shí)速度工作，噴藥處方量在465ˉ600公斤/公頃范圍內(nèi)變化時(shí)，采用該系統(tǒng)完成變量噴藥作業(yè)，自動(dòng)控制工作模式下，設(shè)定的噴藥處方量與測(cè)得的噴藥處方量間相對(duì)誤差最大值為4.94%，最小值為1.13%。相同作業(yè)條件，手動(dòng)控制工作模式下，設(shè)定的噴藥處方量與測(cè)得的噴藥處方量間相對(duì)誤差最大值為4.91%，最小值為2.05%。分析產(chǎn)生誤差的主要原因是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作滯后的特性所致。由于電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的滯后性屬機(jī)械鑄造中不可避免的固有特性，且控制系統(tǒng)對(duì)噴頭噴藥量控制誤差≤5%，進(jìn)一步表明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、軟硬件設(shè)計(jì)合理。