基于单片机的施药监测系统设计与试验

以STC89C52RC单片机为核心,通过利用串行接口通信、数据库编辑处理等技术,实现简单近距离传输数据实现的农作物变量施药监测,设计形成良好给药监控系统。该设计具有数据处理及可根据收集的实时数据调整给药量的功能,且系统可以接受多种传感器,具有良好的扩展性。通过采集实时环境数据,特别是影响给药量的因素,如压力、药物流速、流量及喷嘴大小等各种影响参量,将采集数据传输至显示器,并将采集的数据储存入内存卡中,使用者可以选择以表格或图形方式查询。通过试验表明:验证了压力、速度、流量的系统测量和实际测量值,通过两者之间的相对误差,发现三者的相对误差的平均值分别为2.16%、2.15%、2.09%,误差都小于3%,可以满足农业精准变量施药的要求。该系统成本较低,操作性强,具有广泛的应用前景。     

喷雾机喷头流量在线测量系统设计与试验

为实现精确喷雾,需要对各类喷雾机喷雾性能进行测试并校准。为此,设计了一套喷雾机喷头流量在线测量系统,可同时测量喷雾机主管道压力值和6个喷头流量值。药液由自制转换接头引流至流量传感器,由药液收集槽收集,流量传感器输出信号经处理模块处理后上传至上位机界面显示。试验时,针对 ALBUZ-ATR80型喷头进行流量测量。结果表明,当压力为0．3～1．5MPa、流量为0．53～1．25L/m 时,最大相对误差为4．40％;当压力为0．7MPa、流量为0．83～0．91L/m时,最大相对误差为3．88％。系统具有较高测量精度,操作方便,便于对各类喷雾机喷头流量进行测量与校准。     

双路自动调节变量喷药控制系统试验分析

对设计的双路自动调节变量喷药控制系统进行了试验验证,提出了具体的试验原理和试验方法,通过多次试验及详细地记录数据,得出试验结果并进行了分析。试验主要分为:①流量分路控制试验,将喷药主管路分成A路、B路分别控制,通过设定不同的目标喷药量进行试验,验证系统的控制效果;②速度影响流量试验,保持目标喷药量不变,使用脉冲发生器设定不同的速度进行试验,验证速度变化对系统流量的影响规律;③压力稳定性控制试验,设定不同的目标压力值进行控制试验,验证系统对压力稳定性的控制效果。针对3个试验分别组建了相应的试验平台,经过多次试验得出结论:流量控制系统对流量的控制精度平均值为97%,压力稳定系统对压力的控制精度平均值为97.88%,脉冲发生器模拟速度产生的偏差平均值为0.05;系统运行正常,实现了根据目标喷药量的变化对两支路流量的分别控制,且控制精度较传统的喷施方法有所提升;细化了施药系统的喷施范围,可实现更加精准的变量施药。     

多回流式变量喷药控制系统设计与试验

针对目前大型宽幅喷药机在喷药过程中施药方式不合理、控制方式单一等问题,在3WP-1200型喷杆式宽幅(22 m)喷药机基础上,设计了一种多回流式变量喷药控制系统。该控制系统可根据喷药机行驶速度来调节比例控制阀,通过改变回流口的开口度来改变喷药流量,实现变量喷药。该控制系统分5路控制所有喷头,每一路可单独控制开断,一路或几路断开的同时可打开相对应的回流口,使系统在不改变流量的情况下,其余喷头喷药量不变;多回流式的控制方法使系统压力更稳定,控制精度更高。同时设计了该系统的硬件和软件,并对该控制系统进行了液位标定与喷药精度试验。液位标定试验中,对不同液位对应的药液容积进行了标定,其标定模型决定系数R2为0. 994;流量控制精度试验中,单个喷头的目标流量与实际流量相差不大,其相对误差不大于4. 1%;喷药量控制试验中,喷药流量可随速度变化而变化,但其设定喷药量与实际喷药量相差不大,相对误差在6%以内,实现了变量喷药,且控制精度较高。     

喷杆喷雾机变量喷雾控制与测试试验台设计*

为满足喷杆喷雾机变量喷雾技术需要,设计一种喷杆喷雾机变量喷雾控制与测试试验台,实现对已有的变量喷雾装置的实时控制以及性能测试。变量喷雾控制与测试试验台由控制系统和数据采集系统组成。控制系统以西门子S7-200 系列PLC为基础,由动力系统、驱动系统、流量系统和变量控制系统组成;数据采集系统采用数据采集模块与传感器获取管路流量、压力、转矩和行驶速度等参数,通过LabVIEW软件对采集的参数进行实时显示和存储。转速工况下的流量精度测试试验显示平均流量误差为4.0%,可作为判定变量喷雾装置性能的一个技术参考;试验表明该试验台可有效实时控制喷杆喷雾机变量喷雾控制部件,满足喷杆喷雾机变量喷雾控制部件的性能测试需求,为制定变量喷雾质量评价技术规范提供技术参考。     

基于模糊PI控制的变量施药系统设计与试验

针对国内现有农田喷药机的定量施药方式,设计了一套基于模糊PI控制的变量施药系统。该系统采用多传感器实时采集喷药机车速、流量、压力等参数,并以此为控制依据,通过改变比例阀开度实时调整管道内药液流量,同时控制多组喷头的开闭。该系统采用主路流量调节方案,5组开关电磁阀控制多组喷头。喷药机喷头流量控制试验与田间喷药试验结果表明,单个喷头流量误差＜2.5%,模糊PI控制优于传统PI控制,田间喷药误差＜2.2%。      

颗粒料质量流量测量误差动态估算方法

提出了一种利用冲量原理测量固体颗粒物料实时物料速度和质量流量的方法,同时给出了一种可动态估算速度和质量流量测量误差的方法.利用自行设计的实验装置,并采用大豆作为实验材料进行了测量误差估算的实验,实验结果表明:在所设计的实验条件下,估算的质量流量相对误差最大值为4.00％,平均相对误差为1.44％;估算的速度相对测量误差最大值为9.69％,平均相对误差为5.03％,动态测量精度和总质量计量精度之间有较好的相关性.     

筑床施药机喷施性能参数试验研究

筑床施药机旨在为苗圃进行土壤消毒灭菌作业,从而提高保苗率和优质苗木产出率。该机可以同时完成筑床和施药作业,实现高效率、高质量、低耗能,一机多用。本次试验的目的是在水泵喷嘴数量确定后,探索喷嘴等效喷孔孔径与系统压力、系统流量之间的变化关系,选择最佳配置组合,为试验样机生产试验调试和定型样机设计提供依据。试验结果表明:不论何种型号的拖拉机,其作业速度应控制在2. 88km/h(0. 8m/s)左右,系统流量约15. 5L/min,施药量约1 755L/hm2。选用6503型喷嘴为试验样机喷洒装置的喷嘴,数量6个,等效喷孔孔径1. 10mm,药液喷施系统压力为1. 5～2. 0MPa。     

模块化精量喷雾控制阀组设计与试验

针对我国现有植保机械自动化程度不高、施药均匀性差等问题，根据高地隙植保机的喷雾系统组成和技术要求，设计了模块化精量喷雾控制阀组，通过分析计算确定阀体结构以及开关阀、限压阀、流量控制阀、区段开关阀等阀体模块的尺寸参数。精量喷雾控制器能实时读取压力传感器的输出信号并进行处理，将其与上位机输入的流量指令进行比较，并将控制信号发送至电机驱动器以控制电机的动作状态来调节阀门开度，进而调节喷雾系统流量，所设计的精量喷雾控制阀组能够实现压力和流量自动调节、喷杆分段独立控制以及参数实时反馈等功能。试验结果表明：喷雾系统压力与实际流量近似满足线性关系，拟合度决定系数为0.997 5，流量值在0~50 L/min范围内，平均相对拟合误差为1.7%，标定精度能满足控制需求；精量喷雾控制阀组可调节的最大流量为40 L/min，阀门实际流量在阀门有效行程内变化较均匀，符合线性流量特性曲线关系。研究可为高地隙植保机精量喷雾控制策略提供参考。     

基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统设计与试验

针对现有大田精准施药系统主要以药量变量控制为主,缺乏农药喷施作业数据远程监测与溯源管理等问题,本文设计了基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统,可实现农药精准变量喷施,作业地块、作业时间、作业面积、农药种类与配比、喷施药量、喷雾压力、实时流量和作业速度等信息的在线监测、实时显示和溯源管理。基于该系统分别开展了施药量计算精度、作业面积计算精度、物联网数据传输稳定性、变量调控系统动态响应、变量调控精度和农药喷施均匀性等试验。试验结果表明,北斗定位测速最大误差为1.33%,平均误差为0.82%,施药量计算误差为1.73%,作业面积计算误差为2.61%,数据丢失率为3.51%;速度连续变化下系统稳定调节时间为4～5 s;不同设定施药量和作业速度下,变量调控精度误差为2.45%;雾滴沉积点密度大于20滴/cm²下,在喷雾机行走和喷雾方向上的喷雾覆盖率变异系数均小于10%,满足精准变量作业要求。本研究可在实现药量变量调控下对农药喷施数据进行溯源管理,为后续开展大田作物农药残留风险评估提供支撑。     

联合收获机导航数据采集系统设计

基于联合收获机导航数据的多样性,设计了一种双串口结合CAN总线的分布式控制网络,采用多线程编程技术解决实时性和多任务的处理要求,设计了软件平台工作流程,制定了有效可靠的CAN总线通信协议。系统主要采集车辆的GPS定位信息、车辆姿态信息、车辆行驶速度以及前轮的转角。试验表明,系统工作正常,通信可靠,能够实现导航数据的实时采集。     

果园喷雾靶标探测技术现状分析

果园靶标探测技术是果园精准施药技术的关键。为此,分析了红外探测技术、超声波探测技术、激光探测技术及图像技术等在靶标探测中的应用。同时,介绍了基于红外光电技术实现最基本的靶标有无探测和靶标距离测量的靶标探测系统;介绍了利用超声波传感器和激光雷达扫描仪对靶标进行距离扫描,通过获得的靶标距离点云数据构建了靶标的数字三维模型方法;介绍了利用图像处理技术获取靶标叶面积指数和三维模型的探测系统。靶标探测技术虽有一定的发展,但还处于试验研究阶段,其将朝着实用化、产品化和低成本化方向发展,为对靶精准施药提供更有力的变量控制依据。     

现代新型传感器在农产品储藏中的应用

现代新型传感器应用在农产品储藏中,能极大地推进农产品储藏的现代化进程。为此,讨论了农产品储藏的生态体系及关键参量;阐述了无线传感器网络、CCD与CMOS图像传感器、生物传感器、生物芯片与嗅觉传感器、基于MEMS的微传感技术、软传感器和多传感器融合与数据融合技术等现代新型的传感技术在农产品储藏中的具体应用。     

精准施药技术现状分析

在分析精准施药技术重要性的基础上,从信息获取方式、喷雾技术和控制系统3个环节对国内外精准施药技术进行了分析。首先,详细阐述了基于实时传感器和基于地理信息技术的信息获取方式;其次,分析了风送液力式喷雾技术、静电式喷雾技术、超低量和低量喷雾技术和仿形喷雾技术;最后对控制系统进行了阐述和分析,旨在为我国精准施药技术的发展提供借鉴。     

基于TD-LTE的多机协同导航通信系统研究

为实现多个农机在农田环境中自主导航协同作业，设计了基于TD-LTE的多机协同导航通信系统。该系统由导航定位传感器、无线通信模块、车载控制终端和远程通信软件组成，其中：传感器包含GNSS接收机、惯性测量单元（IMU）和角度传感器，用于获取每台农机的地理位置、自身姿态和车辆转向角信息。无线通信模块采用4G DTU作为系统通信设备，与车载终端串口相连，实现RS232串口转TD-LTE网络功能。4G DTU经配置软件配置好串口参数等信息后，连接目的服务器IP地址和端口号，将车载传感器采集的数据按设计好的通信协议经TD-LTE网络传输到远程服务器的通信软件中。车载控制终端采用工控机（IPC）,实现农机自动导航控制与人机交互。远程通信软件应用Socket网络编程开发了数据接收显示与数据发送的功能模块。系统对每台农机的状态信息实时上传的同时也可以接收远程服务器端对多台农机的协同控制命令，对于软件界面中显示的在线农机，可以根据优先级有选择的进行通信。以4台雷沃欧豹拖拉机为试验平台，每台农机状态信息的发送频率为5Hz，进行了系统稳定性试验测试，丢包率均为0.1%，且均无延迟，系统具有较高的可靠性与实时性。     

基于物联网的生猪养殖环境信息采集系统

利用传感器和网络通信技术,构建基于物联网的生猪养殖环境信息采集系统。在猪舍布控各类传感器、RFID、图像采集等设备对生猪养殖环境信息进行采集存储,并通过蓝牙、ZigBee、5G等信息传输技术进行数据高效、稳定、快速地传输。在处理层和应用层,通过终端设备对养殖环境信息进行处理分析,从而实现对生猪养殖环境的监控和有效管理,为现代化畜牧业发展提供可靠的数据基础。生猪养殖环境信息采集系统在科学管理和精准饲喂等方面具有良好的应用前景和基础支撑。      

基于数据融合技术的牧草打捆机控制系统设计

针对现有的牧草打捆机普遍存在的生产效率较低、工作可靠性一般及核心零部件缺乏创新等问题,设计研发了基于多传感器数据融合技术的牧草打捆机控制系统.系统以西门子PLC为核心控制器,安装有重量传感器、转速传感器、压力传感器,通过A/D转换模块将传感器采集的信号转换为modbus通讯协议的RS-485数据形式,由无线GPRS数传...     

基于无线传感器网络和LabVIEW的粮仓监控系统设计

鉴于粮食储备安全的重要性,提出了一种基于无线传感器网络和LabVIEW的粮仓监控系统设计方案。该系统采用无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)对粮仓环境进行监测,遵循Zigbee协议将传感器采集的数据以无线方式传输给网关节点;网关节点通过串口将数据传给监控中心;监控中心采用LabVIEW完成数据的实时显示、分析、存储,以及对异常情况的报警,系统实现了对粮仓的智能监控。     

传感技术的发展及在现代农业中的应用

近年来,传感技术发展迅速,有关传感器的新原理、新材料和新技术不断涌现,其在关系国民经济和社会发展等重要领域都有了广泛的应用。该文重点对传感技术在农业的应用进行了概述,对光纤、仿生（农业机器人）和微机电（MEMS）传感器的研究及其在农业中的应用现状做了介绍,并展望了物联网及无线传感网络中传感器的集成应用技术前景,指出产业化发展尚需产学研等各方面协同合作、共同推进,最后阐述了发展传感器产业的意义。      

传感器技术在农业领域中的应用

简要介绍了传感器的概念及技术特点,并举例阐述了在农业生产中各关键环节对传感器技术的需求和应用现状,同时分析预测了未来农业领域中传感器技术的发展趋势,认为微机电系统（MEMS）微传感器、光电传感器、仿生传感器、无线网络传感器等新型传感器及新兴检测技术将成为未来农业传感器技术的主流发展方向。