在传统的农业耕作过程中,施肥方式主要以手工施肥或者机械施肥为主,手工施肥的效率不高,比较依赖农民的种植经验;机械施肥比起手工施肥虽然提高了施肥效率,但对施肥量的控制不够精细,容易造成少施或者多施的情况。随着精准农业理念的提出以及科学技术的发展,作为精准农业重要组成部分的变量施肥技术是解决上述问题的有效手段,而变量施肥控制系统是变量施肥技术的关键所在。目前国内大多数关于变量施肥控制系统的研究都集中在旱田的变量施肥控制上,对稻田的变量施肥控制研究较少。而中国南方的粮食作物以水稻为主,在水稻的整个生长阶段,经常需要对水稻进行追肥作业,能否根据水稻长势和土地情况进行合理的追肥作业,对水稻产量、肥料利用率和稻田环境有着重要的影响,而目前常用的追肥机械主要以离心圆盘式撒肥机为主,其施肥精度和施肥均匀性欠佳。针对上述问题,本文以STM32和Android设备为核心,设计了一种基于稻田气力式追肥机的变量施肥控制系统,该系统与高地隙拖拉机配合使用,主要适用于稻田变量追肥作业。通过对控制系统驱动方案、机具行进速度测量方案和控制系统控制方案的对比分析,确定了本文变量施肥控制系统的整体方案,主要包括上位机与下位机的模块化设计方案,适用于中小型施肥机的直流电机直接驱动型驱动方案,以及以GPS测速为主的机具行进速度测量方案和系统的闭环控制方案,同时也标定了排肥电机转速与每分钟施肥量间的关系。为了取得更好的控制效果,建立了永磁有刷直流电机和电机驱动单元的数学模型,求取了系统控制环节的传递函数;通过测量系统的实际阶跃响应曲线,确定了一阶传递函数中的参数;通过MATLAB/Simulink的仿真,对比了系统一阶模型与二阶模型的响应曲线,同时结合PID控制算法实现了系统的闭环控制,整定了较为理想的PID参数,其中K_p,K_i,K_d分别为0.47,0.023,0.021。通过一系列理论分析及验证,将控制系统分为Android上位机和下位机控制器两部分进行设计,下位机控制器部分主要对系统的电源电路、STM32控制电路、电机驱动电路、串口通信电路、WiFi通信电路、传感器电路以及通信协议进行了设计,同时编写了相应的驱动程序及控制程序;Android上位机以中海达公司Qpad-X5为硬件平台,开发了变量施肥控制软件,并给出了相应的功能界面。以气力式追肥机为平台对变量施肥控制系统进行了相关的测试和试验,主要包括系统转速跟随特性试验、同步定速施肥试验、同步变速施肥试验和幅宽方向变量施肥试验。转速跟随特性试验表明:当目标转速发生变化时,实际转速跟随目标转速迅速变化,转速的最大相对误差为2.55%,最小相对误差为0.35%,最大标准差为1.44r/min,最小标准差为0.81r/min,说明本文设计的变量施肥控制系统有较好的转速跟随性能,实际转速的离散程度较小,实际转速围绕目标转速在可接受范围内波动;同步定速施肥试验表明:在4个排肥电机的施肥量中,芭田复合肥的最大标准差为20.71g,尿素的最大标准差为13.66g,说明4个排肥电机的转速同步性较高,为施肥的均匀性提供了保障;同步变速施肥试验表明:在控制系统的作用下,芭田复合肥与尿素的施肥量误差均不超过5%;幅宽方向变量施肥试验表明,控制系统对两侧喷杆的施肥量进行独立控制时,每侧施肥量的误差仍在5%以内。当然,影响变量施肥效果的因素还有很多,还需要进行更加深入的研究,本文主要搭建了稻田气力式变量追肥机平台,为进一步的研究打下了基础。