石 磊，陈开东，李 伟，张建峰

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1 引言

农业是国民经济发展的基础，农业和农村的发展直接影响着中国国民经济的可持续发展和社会稳定。随着农业的发展，我国的化肥使用量呈增长趋势。化肥是农业高产量的主要要素，且化肥成本在总成本中占据的比重较大，我国化肥总产量占世界的16.6%，仅次于美国，居世界第2位，总施肥用量占世界的27.5%，居世界第1位[1]。但我国存在化肥利用率偏低和氮、磷、钾及微量元素施用量比例失调等问题，未被利用的化肥一方面造成经济上的重大损失[2-3]，另一方面导致土壤生产力下降、地下水污染等生态问题以及农产品品质下降等问题，化肥的精准化利用直接影响农作物的产出和农民的收入以及环境的质量。精准农业是当代农业发展的大方向，而自动化精准施肥作为精准农业的重要组成部分，是解决上述问题的有效手段。自动化精准施肥能根据不同地区、不同农作物、不同的土壤和生长环境，全面平衡施肥量，具有明显的经济效益和环境效益。至今为止，国内外已有许多专家学者对变量施肥技术做出了研究[4-15]，但同国外研究相比，中国的变量施肥技术还不成熟，化肥使用仍存在较多缺陷，因此，研究和开发自动化、智能化、精准化的施肥机，对实现我国农业可持续发展具有非常重要的意义和实用价值。

本文研究的是基于4G网络与比例-积分-微分（Proportional Integral Differential，PID）算法[16-17]设计的自动化精准施肥控制系统，利用现代信息技术、物联网技术和微信平台来实现施肥机的远程租赁、资源共享[18-19]。……