基于ZigBee的玻璃温室远程控制系统设计

现有玻璃温室采用独立管理,人力投入大,难以适应规模化设施基地集中控制需求。为此,设计了基于ZigBee的玻璃温室远程控制系统,由无线控制节点、控制分发节点和基地管理平台3部分组成。无线控制节点以CC2530为核心,完成温室内多路设备的按需控制,控制分发节点以ZigBee协议和GPRS协议实现无线控制节点和基地管理平台之间的信息交互,从而完成玻璃温室的远程控制。试验结果表明,该系统运行稳定,可实现温室环境远程控制。     

水田作业农业机器人平台设计

以水田作业环境和无人农机作业要求为依据,设计并搭建了一种采用电驱动的机器人移动平台,主要包含行走底盘和控制系统。行走底盘由主机架、电力驱动系统、行走总成、转向总成和提升机构等组成;控制系统以STM32F407IGT6为主控制器,利用测速编码器、角度传感器、AT9S遥控器及R9D无线模块等设备,实现了机器人平台的远程遥控行驶控制。平台搭载GPS-RTK导航系统进行了轨迹追踪试验,结果表明:水田作业机器人平台的远程遥控控制及轨迹追踪控制符合农机无人作业的要求。     

磁导式温室协同作业移动平台控制系统设计与实现

针对设施生产物料运输的需要,研制了具有自动寻迹和协同作业功能的磁导式移动平台控制系统。利用磁导航传感器作为预设路径的检测元件,并根据磁导航传感器的特点设计了模糊PID调节器改良平台的导航性能。在此基础上,开发基于超声波传感器和红外传感器的测距系统,通过测距模块检测移动平台与从业人员之间的距离,进而实现平台协同作业的功能。试验结果表明:模糊PID控制器在解决轨迹跟踪控制方面的优越性,该系统能够在温室垄间实现预设路径的稳定导航和人机跟随,横向最大偏差不超过2.6cm,平均跟随误差不超过5.4cm,能够满足移动平台在温室内行走的运输作业要求。     

基于NB—IoT的农产品储运测控系统设计

针对农产品物流环节中农产品配送环境难以得到有效保证这一问题,利用数据采集技术、移动蜂窝通信窄带物联网技术和无线传感器网络技术,设计农产品储运配送测控系统。以传感器模块、继电器模块和无线传感器网络为核心,实现农产品储运配送环境数据的无线采集和设备的无线控制。利用基于移动蜂窝通信的窄带物联网技术使本地的环境数据和设备可以实现远程的监测和控制。测试表明,该系统虽然受到温室大棚和节点安装位置对信号的影响,造成数据在传输过程中的丢包和时延,但系统能够正常使用,实现对农产品储运环境的远程实时监测和设备的控制。     

基于网络平台的植保无人机通信系统设计

以提升植保无人机的通信系统性能、改善无人机作业效率为目标,结合先进数据传输网络平台技术,对其通信系统进行了设计。在植保无人机通信系统运行原理的基础上,搭建基于网络控制与传输平台的通信模型并增设控制补偿模型,根据实现功能目标需求,针对系统进行软件模块功能设计与硬件架构配置,形成完整的植保无人机地面监控与机体飞行通信系统并进行通信试验。试验结果表明:该植保无人机通信内部数据处理丢包率、系统通信强度、无人机作业通信距离等指标均得到改善,系统有效通信距离大幅度提高,系统收发数据信号反应灵敏度较一般传统通信提高21%,系统平均丢包率由1.5%可提升至1.36%,并实现了分级、分功能的数据准确传输与显示,为无人机进行远距离作业提供通信数据传输控制便利,可为类似农机设备通信系统优化提供参考。     

棉田灌溉无线控制系统的设计与实现

针对新疆大田灌溉设备控制点分散的情况,设计了一种具有自组织跳转数据传输功能的通用型无线控制系统.以nRF24L01模块为核心,设计传感器输入接口和设备控制输出接口,研制实现现场信息的获取和设备控制的前端无线节点;以ARM为核心扩展多种资源接口作为监控系统主机硬件,在Windows操作系统平台下使用C#编制监控功能和人机交互界面,通过对前端无线节点的统一协调指挥,完成对设备的控制和信息的采集.结果表明,系统较好地完成了对棉田滴灌的无线控制,从而满足用户的需求.     

基于CAN总线的拖拉机导航控制系统设计与试验

为提高农业机械导航控制的准确性,在东方红-X804型拖拉机平台上设计了一种基于CAN总线的导航控制系统,该系统包括导航控制器、GPS定位系统、转向系统以及CAN通信模块。上位机节点采用嵌入式ARM处理器AT91SAM9261,以双闭环PID控制算法实现转向控制,并基于收发控制芯片SN65HVD1050D设计了CAN接口电路。功能节点分别实现转向控制、油门开度控制、制动控制、角速度测量以及机具升降控制。根据CAN2.0总线协议制定了主动节点和从动节点的数据传输通信协议。进行了CAN通信试验以及田间作业试验。结果表明,CAN总线系统能保证信号及命令传输,东方红拖拉机能按照规划路径进行行驶、转向、变速等操作。其中,转向系统的方波信号角度跟踪稳态时平均误差0.41°,跟踪时间为1.32s;拖拉机田间试验过程中,直线行驶的横向跟踪误差平均值为0.021m,地头转向的横向跟踪误差平均值为0.016m。     

基于Android的温室数据多径通信移动终端设计

手持式移动终端平台在农业信息采集与监控领域得到广泛应用。为了降低通信成本和提高通信可靠性,本文基于Internet的C/S架构,设计了移动终端平台与数据采集汇聚节点的多径通信系统,并实现了温室监控数据的远近程通信。远程通信时,移动终端平台通过3G或4G电信网络登录到Internet网络,与汇聚节点服务器实现数据通信;近程通信时,移动终端平台通过局域网Wi Fi的AP模式与汇聚节点直接通信。温室环境参数监测测试结果表明,移动终端能够可靠的的获取温室汇聚节点的数据,并根据网络连接状态和Wi Fi信号强弱实现远近程两种通信模式自由切换。     

多播种机作业系统设计——基于无线网络节点协同通信与聚合算法

在多播种机协同自动化作业过程中,由于农田环境的复杂性,其协同通信过程往往会受到干扰,且多播机间的通信效率较低,从而降低了播种机的作业速度和质量。随着节点中继技术的发展,利用协同中继,可以使单天线系统具有多天线的优点,形成一个协同通信系统,从而有效地提高了多终端设备的协同通信功能。为此,将无线传感网络协同通信系统引入到了多播种机协同作业控制系统中,并采用聚类算法对中继节点进行了优化,最后对系统的可行性进行了验证。由4台播种机同时作业时的实时定位测试发现,系统的定位效率较高,定位所需时间较短,且4台播种机在x和y向的定位精度都较高,从而验证了该方案的可行性。     

CAN总线在柴油机测控系统中的应用

柴油机作为汽车及其它动力机械的心脏部件 ,其技术水平和强化程度要求越来越高。除了从柴油机结构设计、制造工艺方面不断加以改进外 ,其性能指标及可靠性测试技术水平的提高也显得越来越重要。传统的分散式控制系统由现场设备、接口与计算机设备以及通信设备组成 ,由于系统可靠性差和控制管理落后等原因 ,已不适应柴油机技术发展的需要。而现场总线 (Fieldbus)系统打破了传统控制系统的结构形式 ,把单个分散的测量控制设备变成网络节点 ,以现场总线为纽带 ,将其连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的控制系统与网络系统 ,大大提高了…     

移动装备捷联惯性导航系统误差补偿技术研究

以农用机械或者采矿装备等移动装备为研究对象,采用捷联惯导对移动装备位姿进行检测,基于运动载体振动建立了捷联惯导误差补偿模型。首先,对运动载体的角振动和线振动进行等效处理,推导了基于三子样和四子样的捷联惯导圆锥误差以及划船误差补偿模型;其次,搭建捷联惯导定位平台并在农用机械上进行实验研究;实验结果表明三子样和四子样补偿算法能够提高未补偿算法下的捷联惯导定位精度,且四子样补偿算法下的圆锥误差和划船误差较三子样补偿算法分别提高了29.8%和28.3%。     

温室自走式多功能作业平台研制

目前,在农资运输方面,国外温室内多功能作业装备已实现自动化、机械化;国内温室内多功能作业的研究还处于初步阶段,温室设施内作业缺乏轻便且能够适应狭窄的空间和过道的电力驱动机具,大部分农资搬运仍需要人工,存在劳动强度大、劳动效率低等问题。针对这种情况,北京京鹏环球科技股份有限公司开发了一种温室自走式多功能作业平台,重点研发了机械系统、自动控制系统等。该温室自走式多功能作业平台可解决用户的资材运输、登高采摘和农药喷洒等日常作业和行走系统问题,且与传统人工物料输送方式相比,自走式多功能作业平台可在温室内实现农用物资搬运的自动化、智能化,解决传统作业方式劳动强度大、劳动效率低等问题,在一定程度上提高了温室农业装备的现代化、智能化水平,提高了设施内作业效率。      

日光温室环境控制系统应用推广探析

结合农业物联网技术在北京市日光温室智能控制的推广工作,介绍与椰糠基质栽培高品质番茄生产相结合的日光温室环境智能集成控制技术体系,包括软件集成和硬件配置,并提出了农业物联网技术推广中存在的问题和建议,希望为日光温室环境控制系统的应用推广提供参考模式。      

基于逆运动学降维求解与YOLO v4的果实采摘系统研究

为提高采摘设备的执行效率,采用六自由度机械臂、树莓派、Android手机端和服务器设计了一种智能果实采摘系统,该系统可自动识别不同种类的水果,并实现自动采摘,可通过手机端远程控制采摘设备的起始和停止,并远程查看实时采摘视频。提出通过降低自由度和使用二维坐标系来实现三维坐标系中机械臂逆运动学的求解过程,从而避免了大量的矩阵运算,使机械臂逆运动学求解过程更加简捷。利用Matlab中的Robotic Toolbox进行机械臂三维建模仿真,验证了降维求解的可行性。在果实采摘流程中,为了使机械臂运动轨迹更加稳定与协调,采用五项式插值法对机械臂进行运动轨迹规划控制。基于Darknet深度学习框架的YOLO v4目标检测识别算法进行果实目标检测和像素定位,在Ubuntu 19.10操作系统中使用2000幅图像作为训练集,分别对不同种类的果实进行识别模型训练,在GPU环境下进行测试,结果表明,每种果实识别的准确率均在94%以上,单次果实采摘的时间约为17s。经过实际测试,该系统具有良好的稳定性、实时性以及对果实采摘的准确性。     

移动并联式六自由度转运调姿方法研究

针对大型航天相机长距离转运和快速精确自动调姿需求,提出一种基于全向移动平台和3-RPS并联调姿机构的移动并联式六自由度调姿方法。首先,测得相机当前姿态和目标姿态,推导二者位姿矩阵;通过运动学模型反解全向移动平台和并联调姿机构的各轴运动参数,将多轴耦合的空间六自由度完全解耦;建立全向移动平台和并联机构的运动学模型,实现上述运动参数的驱动;最后,进行了调姿算法试验,结果表明,调姿设备能够快速精准实现大型相机任意姿态向目标姿态的自动化柔性姿态调整,全向移动平台移动精度优于0.3mm,旋转精度优于0.05°,并联机构杆长精度优于0.5mm,验证了自动调姿的准确性。     

深松作业远程监测系统研究与应用

为满足当前农田机械深松作业质量监控的需求,基于北斗卫星定位技术、通讯技术和物联网技术,设计了一种针对悬挂式深松机的耕深在线检测系统,并建立了农机作业远程监测平台。田间试验结果表明,该系统稳定可靠,能够适应深松作业的工作环境,既可实时获取深松作业信息又能进行作业面积统计。其中,深度测量误差在±1 cm以内,作业面积精度高于99%,能够满足深松作业远程监测和管理的实际需要。      

作物生长和环境信息多传感检测系统设计

研发了适用于温室高架栽培作物的轨道式移动检测方法,设计了移动检测平台,可搭载作物生长和环境信息多传感检测装置,可实现对高架作物的茎、果、叶长势和冠气温差等生长信息,以及环境温湿度、光照强度等气象环境因子的检测。为了适应温室路面环境,提高行走的稳定性,移动检测平台采用轨道式机构设计,可利用温室加热管道为轨道。移动检测平台采用高举升降机构,结合5个自由度机械臂系统,能准确地将检测设备置于目标高度和预定位姿,实现对不同株型不同生长期温室高架栽培作物长势和环境信息的检测。     

MCS-A型农情测控仪的设计

针对目前我国设施农业中环境因素检测劳动强度大、效率低、准确性差、成本高等问题,研制一种以单片机为控制核心的农情测控仪。介绍该测控仪的工作原理与软、硬件设计,检验其主要技术指标及系统运行可靠性。经验证,该测控仪结构简单,运行可靠,能满足测控精度要求,性价比较高,适宜在农业设施中应用推广。     

设施猪场生猪体温红外巡检系统设计与试验

针对规模化生猪养殖过程中难以及时获取猪只体温的问题,设计了基于红外技术的生猪体温巡检系统,以实现对设施猪场生猪体温的快速监测。硬件包括红外移动采集装置、系统控制装置和电源3部分。其中红外移动采集装置包括滑轨、移动小车、红外热像仪和保护壳;系统控制装置包括惠普MINI微型计算机、XP2-18R/RT型整体式控制器和DM542型数字式步进电机驱动器;电源包括电缆线和电缆滑车。控制系统集成红外图像的采集、存储控制,移动小车的运行控制及与远程服务器的数据通信等功能。在限位栏猪舍安装该装备,并进行了28 d的测试试验,试验表明:系统工作稳定,巡检过程中红外图像平均缺失率为1. 12%,能有效采集限位栏生猪红外图像。试验选择耳根区域作为生猪体温敏感区域,通过统计得到猪只耳根区域周期性巡检精度在90%以上,能有效监测猪只耳根区域温度情况。试验连续5 d对3～6号猪只耳根区域温度最大值进行监测,并统计其日均值,通过分析验证了温度数值的科学性,可为养殖人员提供有效的监测信息,对生猪的健康监测和疫情防治具有重要意义。     

基于Android的农田环境监控APP设计

为适应现代农业高效、节能的发展需要，设计了一款基于Android的农田环境监控系统，实施农田作物生长环境的实时监测和远程调控。借助于田间传感器实时采集到的田间信息，通过无线wifi传输到云端；手机APP访问云端数据，用户借助手机APP对农田环境实施远程、智能化调控。测试结果表明，系统数据传输准确率为100%，功能运行可靠，系统具有较好的实用性。