喷灌的精确控制方法及技术

改进了“单片机控制系统”的软硬件设计。建立了以PC机与单片机构成的主从式喷灌量和喷灌形状控制系统，实现了几种非圆形状地块的喷灌，测量了喷射距离与喷水时间。试验结果表明，本系统喷射距离的误差与喷射距离的远近无关，水平差距△H最大偏离值为4．7cm，垂直差距△V最大偏离值为7．4cm，喷水量的平均相对误差小于0．5％，喷水时间的平均相对误差小于1．5％，说明系统工作稳定。     

用高光谱成像技术检测柑橘红蜘蛛为害叶片的色素含量

为解决传统理化法检测柑橘树叶片受红蜘蛛为害后色素含量变化时存在的工作量大、效率低等问题,该文研究应用高光谱成像技术检测柑橘红蜘蛛为害叶片色素含量的方法。研究中对比了正常叶片与受害叶片的原始光谱以及原始光谱一阶微分曲线的差异,寻找反映叶片色素含量变化的特征波段;分析了特征波段反射率比值与叶片色素间相关性;采用单变量线性回归法分析了常用植被指数预测叶片色素含量的效果;采用逐步回归分析法建立了叶片色素含量预测模型,并对模型预测效果进行了F检验。结果表明:常用植被指数预测叶片色素含量结果不理想;选取的667/522、667/647和522/647 nm等3个特征波段反射率比值与叶片3种色素含量间具有较高的相关性;用于建立叶片色素含量预测模型的最佳特征波段反射率比值为667/522和667/647 nm,所建立的模型可较好地预测健康及受害叶片的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。     

果园链索系统横向运动共振条件及频率分析(英文)

为抑制果园链索货运系统的横向振动,需要预测振动频率特性的影响因素及其关联性。基于弦线理论和链传动特性,建立了拉普拉斯域内的横向振动微分方程,得到了系统运行的临界速度。对托索轮与链环之间的多边形效应进行了研究,确定了共振响应的行进速度条件。通过偏微分方程的数值求解,分析了链索初始张力、行进速度和载重质量对链索横向振动频率的影响关系,并进行了试验验证。试验条件下,行进速度、载重质量和张紧力的实际频率值与数值求解值的相对误差范围分别为1.4%~27.6%,6.1%~14.2%和14.7%~24.3%。结果表明系统一阶固有振动频率与张紧力正相关,与行进速度、载重质量负相关,所提出的模型能预测链索系统的运行参数对横向振动频率的影响。该研究为系统运行参数的优化提供了设计参考,并为链索货运系统受风雨激励影响和稳定性控制的研究提供了理论基础。     

风送式喷雾机喷筒结构优化数值模拟与试验

采用动参考系模型,将可动风机的转速作为仿真的初始值,分段划分喷筒内计算区域中的网格,利用数值及正交试验的方法,对风送式喷雾机的喷筒结构进行了优化设计,仿真计算喷筒出口处的风速。为验证模型的正确性,在对应风机转速下,实测了喷筒出口各采样点的风速,并将实测值与仿真结果进行了覆盖率统计及χ2检验。结果表明:影响喷筒压力损失及喷筒出口风速的因素依次为:出风口直径、柱形喷筒长度、锥形喷筒长度;在喷筒出口采样点上,仿真计算出的风速区间覆盖实测风速的概率为95%;χ2检验表明在水平0.05下,喷筒出风口风速的仿真值均服从其实际测量值的分布;因此,利用动参考系方法,以风机转速为初始条件,对喷筒出风口速度的数值模拟是可信的。     

基于模糊控制的肥液自动混合装置设计与试验

为提高混肥精度,该文在基于脉宽调制的文丘里变量施肥装置的基础上,对其结构进行了改进,并利用电导电极设计了一个电导率测量仪用以实时反馈肥液浓度,使之构成一个闭环控制的自动混肥装置。该装置采用粗细2级调节的控制策略,首先根据检测的入口水压调用对应的函数关系,自动调节电磁阀PWM（pulse width modulation）控制的占空比进行混肥;然后以电导率测量仪实时反馈混肥浓度,并采用模糊控制算法进一步细调PWM的占空比,使混肥浓度尽量逼近目标浓度。试验结果表明,电导率测量仪的有效测量范围为0~12.64 mS/cm,它所测量的电导率与肥液浓度呈显著的线性关系,其决定系数R2为0.997。对混肥装置进行了实测验证,结果表明混肥时的最大浓度误差为0.04%,控制装置达到稳态的响应时间为7.8～10.4 s,能满足实际应用的要求。     

宽喷幅风送式喷雾机空间气流速度分布规律

为了研究宽喷幅风送式喷雾机外部空间气流的分布,以期为优化其设计提供技术依据。该文对自制的宽喷幅风送式喷雾机样机外部气流速度场进行了测试,应用自由紊动射流理论对试验数据进行分析,获得了气流速度场的分布规律与变化机理。结果表明：风机在不同供电频率44、46、48、50 Hz时,宽喷幅风送式喷雾机轴心上的纵向时均风速随送风距离的变化均呈幂函数变化规律,气流中心速度符合三维自由紊动射流纵向中心速度幂函数衰减规律;宽喷幅风送式喷雾机的喷幅与送风距离成线性关系。根据试验数据,回归了射流边界曲线,射流与地面之间的涡结构使出风口长轴方向的射流边界曲线上下不同,两射流边界线相交点的"虚源"不在水平轴线上,上下射流边界线与轴向水平线之间的夹角分别为20.5°和28.8°;同时,沿出风口短轴方向的两射流边界曲线变化规律基本相同,两射流边界线相交点的"虚源"处在水平轴线上,射流边界线与轴向水平线之间的夹角分别为4.18°和4.23°;在纵向送风距离分别为0.5、1、1.5、2和2.5 m处的断面上,气流纵向时均速度的分布沿出风口的短轴方向上分布相似、而沿长轴方向上分布不相似;气流速度场三维曲面重构后发现,沿出风口的长轴方向上,在外边界层的内侧,风速的分布出现2个高风速区。     

基于脉宽调制的文丘里变量施肥装置设计与试验

为利用文丘里施肥器实现变量施肥,基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术设计了一种水肥一体化变量施肥装置,它主要由压力变送器、文丘里施肥器、脉冲电磁阀及控制器组成。通过改变PWM的占空比对脉冲电磁阀进行控制以改变文丘里施肥器进出口压力差,从而改变文丘里施肥器的吸肥量。以压力变送器检测管道入口压力,通过试验标定的方法将入口压力转化为相应的流量信息,从而获得施肥量和施肥质量分数。在多个入口压力水平下进行了试验,试验结果表明:电磁阀PWM控制的最佳频率为6 Hz;入口流量与入口压力呈线性正相关关系,决定系数为0.9936;施肥装置的最佳入口压力范围为0.15～0.25 MPa,在此压力范围内改变PWM的占空比对电磁阀进行控制,可实现施肥质量分数在1.25%～9.13%范围内可调。     

荔枝树枝力学特性的试验研究

为获取荔枝树枝的力学特性参数,以糯米糍品种荔枝树枝为试验材料,在精密型微控电子式万能试验机上进行了压缩特性和剪切特性试验。测得荔枝树枝顺纹抗压强度平均值为32.77MPa,顺纹抗压弹性模量平均值为1068.02MPa,顺纹压缩能平均值为56.57N.m;树枝横纹抗压比例极限应力平均值为8.02MPa,横纹抗压弹性模量平均值为422.84MPa,横纹压缩能平均值为1.25N.m;树枝剪切强度平均值为9.52MPa,剪切功平均值为17.59N.m。采用统计软件对树枝力学特性参数进行相关性分析,结果表明:顺纹抗压强度和顺纹压缩能之间呈指数函数正相关关系;横纹抗压比例极限应力和横纹压缩能之间呈弱对数函数正相关关系;峰值剪切力、剪切功都与树枝横截面面积呈强线性正相关。试验结果为研制果树修剪机具提供了依据。     

太阳能低功耗滴灌控制装置的设计与实现

针对山地果园的自动滴灌需求,研制太阳能供电的滴灌控制装置,该装置由STM8S105S6微控制器、实时时钟模块、脉冲式电磁阀及驱动模块、传感器接口、太阳能充电子系统组成,并提供LCD可定制用户界面。测试太阳能电池、锂电池、磷酸铁锂电池的输出特性与供电电压2.8～4.3V下静态功耗,试验表明,太阳能电池最大输出功率为169mW,系统供电电压在3V以上正常工作。平均静态电流最低为70μA。以容量为800mA·h的3.7V锂电池供电,系统在无太阳能补给下的待机时间达150d。太阳能电池每天以42.25mW的输出功率对系统充电30min可维持系统不间断运行。控制装置功耗低,太阳能充电,防雷击防水,适合于野外果园的滴灌系统自动控制。     

基于误码检测机制的滴灌系统红外光雨水传感器的设计

降雨使作物生长土壤中的水分含量增加而营养成分含量降低,智能化滴灌系统必须感知降雨的开始和结束,并对灌溉系统中的水分与营养成分进行相应调整与控制,既节水节能又保持作物良好生长环境。雨水水流对红外发射器和接收器间光通信产生散射干扰,并造成误码。该文设计一种基于误码检测机制的红外光雨水传感器,它由集雨器、导流管、红外光发射器和接收器组成,微控制器检测通信误码感知降雨,解决了传统雨水传感器在滴灌系统应用中只能监测降雨的开始而不能监测降雨结束的弊端。该文提出降雨时通信误码率最大,无降雨时通信误码率最小的数据码选择方法,该方法表明,数据码"1"码数目对通信误码率影响显著。试验结果表明,检测降雨最优码是255。该传感器对连续水流检测的误码率大于0.9983,对离散水滴检测的误比特率是0.7742至0.8307,该传感器对雨水的感知性能优于传统雨水传感器。