基于姿态实时监测的多路精准排肥播种控制系统研究

针对现有精准排肥播种控制系统缺少对机具姿态进行监测判别的现状,在现有精准排肥播种控制系统架构基础上,增加了机具作业姿态实时监测模块,使系统可以根据机具的实时前进速度和作业姿态自动控制排肥量和播种量,减少人员对系统的操作。该系统主要由车载控制终端、PID控制器、多路集成比例阀、光电转速测试码盘、机具姿态解析模块、机具位置与速度解析模块、液压马达等组成,其中机具姿态解析模块采用MPU6050芯片实时测量下拉杆与机架的俯仰角,应用STM32F103MCU芯片实时获取MPU6050芯片的输出数据,并反馈到车载控制终端,封装后的机具姿态解析模块安装在拖拉机三点悬挂的下拉杆中部,对下拉杆与水平面的夹角数据进行实时记录和反馈,判别机具的作业姿态是否处于工作状态。将该控制系统安装在小麦基肥精准分层施肥播种机上,在北京市昌平区小汤山国家精准农业研究示范基地,对该控制系统进行静态标定和动态试验,以检测可靠性和稳定性。静态标定试验结果显示,马达转速与系统的排肥排种量存在一元线性关系,此时浅层肥料、深层肥料和种子的单圈排量分别为16.97、29.31、11.2g;姿态标定结果表明,设置临界角为5.3°时,系统的机具姿态提示信息正确,能够满足姿态监测的要求;动态试验表明,机具工作状态下,浅层肥料、深层肥料和种子排量变异系数分别为3.5%、3.8%和3%,3路的排量偏差都控制在5%以内,机具抬升状态下,排肥排种轴处于静止状态,说明该系统的运行过程总体比较稳定,能够满足小麦基肥分层施肥播种机具的精量排肥排种的作业要求,同时能够减少人为操作流程。     

河套灌区农业用水信息化发展及对策——以巴彦淖尔市磴口县灌溉示范区为例

提高农业用水信息化发展水平是提高水资源利用效率和效益,实现水资源优化配置的重要途径。以内蒙古巴彦淖尔市磴口县灌溉示范区为例,在分析该地区农业用水信息化发展现状的基础上,探讨了灌区农业用水信息化发展存在的问题,从基础设施建设、基础数据的获取能力、信息传输及网络结构的构建、自动化控制设备布置、信息化运行与管理等方面提出相应的对策与建议,为河套灌区农业用水信息化的发展提供决策依据。     

基于AHP-FCE的农业种植生产基地征信评价模型

针对农业种植生产基地的特殊性、差异性,构建了以征信主体、生产经营、监督检查、质量检测、风险防控、公众反馈为准则,涵盖30余项具体指标的农业种植生产基地信用评价指标体系,并提出了基于层次分析法和模糊综合评价法相结合的农业种植生产基地信用评价模型。首先,利用层次分析法确定准则权重,并通过一致性检验确定所有指标的权重;然后,采用模糊综合评价法建立评价等级,确定隶属度函数,构造模糊关系矩阵,对各项指标进行模糊评价分析;最后,确定生产基地的信用评级和信用状况。为验证模型的有效性,选取2017年度北京市农业农村信息化示范基地的种植生产基地进行征信评价。结果表明:利用该模型得出的评价结果与专家的评价结果趋于一致。该模型可有效地对农业种植生产基地进行征信评价,也可对农业种植生产基地规范化管理、改造和决策提供技术支撑。     

槽轮结构参数对直槽轮式排肥器排肥性能的影响

外槽轮排肥器是实施精准变量施肥过程中的关键控制载体,为了探寻外槽轮的凹槽截面形状和参数设置对排肥器排肥性能的影响规律,该文运用离散元仿真技术、3D快速成型技术以及正交试验,以直槽轮式排肥器作为研究对象,分析了槽轮半径、凹槽数目、有效工作长度以及凹槽截面形状4个因素对排肥性能的影响。选用排肥均匀度变异系数作为评价指标,设置排肥器的前进速度0.5 m/s,工作高度500 mm,槽轮转速20 r/min,对4个影响因素进行交互判断试验,试验结果表明,槽轮半径与凹槽数目之间存在一定的交互作用。根据交互作用判别结果选用L18(37)标准正交表进行仿真试验,试验结果表明,影响排肥性能的主次因素依次为凹槽数目槽轮半径有效工作长度槽轮半径×凹槽数目凹槽截面形状,其中凹槽数目对排肥性能具有非常显著影响,槽轮半径对排肥性能具有显著影响,最佳结构参数组合是槽轮半径30 mm,凹槽数目7个,有效工作长度20 mm和凹槽截面形状为圆弧形,此水平组合下的排肥均匀度变异系数为1.75%,为了检验结构参数对直槽轮排肥性能影响的仿真试验结果,进行最优结构与参数组合下的直槽轮排肥器台架试验,试验结果显示,排肥均匀度变异系数为5.48%,仿真试验结果和实测结果基本吻合,说明应用离散元仿真技术开展排肥性能的影响因素分析研究是可行的。该研究结果可为直槽轮排肥器的槽轮结构参数优化及提升其排肥性能提供参考。     

小麦宽苗带撒播器弹籽板结构设计与优化

为了对小麦宽苗带撒播器进行结构改进和参数优化,该文以鸭掌型宽苗带撒播器弹籽板为研究对象,建立了以球面半径、安装倾角和跨度作为变量的球面型弹籽板数学结构模型,搭建了离散元仿真平台,以小麦籽粒横向均匀度变异系数作为作业效果评价指标,分析3个变量对宽苗带撒播器工作性能的影响,并根据试验结果对弹籽板的结构进行优化。单因素试验结果表明,球面半径在130～150 mm、安装倾角在30?～40?、跨度在80?～100?区间时,宽苗带撒播器具有较好的横向匀种效果;通过二次回归正交旋转组合试验,建立了3个变量与横向均匀度变异系数的回归方程,结果表明,影响小麦籽粒横向均匀度变异系数的主次因素依次为安装倾角、球面半径、跨度和安装倾角×跨度,其中安装倾角和跨度之间存在一定的交互作用,当球面半径、安装倾角和跨度分别为141.26 mm、35.53?和90.72?时,宽苗带撒播器具有较优的横向匀种效果,此时理论计算和仿真试验的横向均匀度变异系数分别为10.58%和9.21%,两者偏差仅为1.37个百分点,说明建立的回归模型准确;弹籽板最优结构参数组合下宽苗带撒播器台架和田间应用试验结果显示,小麦籽粒的横向均匀度变异系数的平均值分别为13.40%和12.10%,台架和田间应用试验的结果与仿真试验基本吻合,证明应用离散元法对宽苗带撒播器弹籽板结构参数进行优化的结果是可信的。该研究可以为宽苗带撒播器的弹籽板结构参数优化以及提升其横向匀种效果提供理论参考。     

基于挠性圆盘的甘薯裸苗类水平栽植运动分析与试验

针对目前挠性圆盘在甘薯裸苗栽植中无法满足水平栽植农艺要求的问题,结合农艺要求,对挠性圆盘夹持甘薯裸苗栽植过程进行运动学分析,构建裸苗触地弯曲与苗根运动的数学模型,利用台架和EDEM软件仿真试验验证模型,对裸苗弯曲朝向的影响因素与触地后裸苗根部的运动轨迹进行研究。结果表明:1)裸苗理论弯曲朝向由圆盘旋转中心距地面高度、机具前进速度与圆盘转速决定,裸苗根部会在触地后先向前移动一段距离;2)当机具前进速度为0.25 m/s时,裸苗实际弯曲朝向与圆盘转速相关,圆盘转速为1.4 rad/s时,甘薯裸苗弯曲实际朝向与理论朝向的符合率达到98%。当圆盘转速大于1.2 rad/s后,裸苗根部在触地后先向前移动的距离小于10 mm。田间试验表明在机具前进速度为0.25 m/s,圆盘转速为1.4 rad/s的情况下,甘薯裸苗在挠性圆盘的夹持下能够实现类水平栽植,栽植深度合格率达到95.6%,栽植姿态合格率达到87.8%。     

手持式黄油桃可溶性固形物可见近红外光谱检测设备研制

桃在鲜果市场中占有重要份额。可溶性固形物含量（soluble solid content，SSC）是衡量桃品质的重要参数，是挑选优质桃以及预测最佳采摘时期的重要决策依据。该研究开发了一款基于可见近红外光谱技术的手持式黄油桃SSC无损检测设备。该设备的硬件系统主要由微型光谱仪、卤素灯、OLED显示屏、微控制器以及自主设计的驱动电路组成。为了评估所开发设备的检测性能，采用北京平谷区种植的黄油桃作为样品进行验证。首先，获取校正集样品在680～940 nm范围内的可见近红外光谱，经5点平均平滑和最大值归一化对光谱预处理建立黄油桃SSC偏最小二乘回归模型并用于预测集样本的SSC分析，预测相关系数和均方根误差分别为0.947和0.728%，单果检测时间不超过2 s。为了提高模型精度和稳定性，将校正集和预测集合并后作为新的校正集进行建模，并将重新构建的模型对独立验证集进行预测，SSC预测值与实测值的相关系数为0.906，均方根误差为0.732%。采用分段直接校正算法将主机模型传递到从机。经过模型传递后，从机对独立验证集SSC的预测值与实测值的相关系数和均方根误差分别为 0.865和0.919%。该手持式SSC检测设备可将SSC预测数据以蓝牙方式传输到手机客户端，借助手机定位功能，在地图上实现黄油桃SSC空间可视化分布。研究结果表明，该手持式SSC无损检测设备可以实现黄油桃SSC的准确测量，借助模型传递算法。实现了模型在不同设备间的有效传递，避免了重复建模，可为该设备批量生产节约大量成本，具有广阔的应用前景。     

冬小麦精准分层施肥宽苗带播种联合作业机研究

宽苗带冬小麦种植和肥料分层施用技术具有较好的应用推广价值,为了促进农艺农机融合,设计了一款宽苗带冬小麦分层施肥播种联合作业机,以及一套与其配套使用的精量排肥/排种控制系统.首先确定了联合作业机的整体架构,并对其限深机构、三点悬挂机构等进行重点设计,其中限深机构的支架安装倾角设置为15°,使限深轮旋转中心与旋耕机构刀轴旋...     

基于过载保护原理的深松装置设计及有限元分析

为防止坚硬的犁底层对深松铲尖和铲柄的过载破坏,在研究过载保护装置工作原理的基础上,设计了一种具有过载保护功能的深松装置,并对其关键部件安全销的选型方法进行了研究和有限元校核验证。通过研究深松装置在正常载荷和超载荷两种不同状态下的受力,对其关键部件安全销的直径尺寸和材料选型方法进行了阐述,并利用ANSYS Workbench软件对选用材料为45碳素钢、直径为20mm安全销的过载保护深松装置,进行稳定工作和超载荷工作两种状况下的静力学分析。结果显示:在超载荷状态下,过载保护装置的安全销最大应力为538.47MPa,远大于45碳素钢的屈服强度355MPa。这表明,过载保护装置设计合理,能够起到过载保护作用。该研究可以为深松铲的过载保护设计提供依据。     

基肥定深施用装置排肥口位置与施肥深度关系模型

针对中国黄淮海地区冬小麦基肥施用过程中化肥无序投送造成的过量施用、利用率低的问题,结合现有的冬小麦旋耕施肥作业的农艺特点,该研究提出一种基于旋耕覆土的基肥定深条施投送方法。通过对旋耕刀、后抛土块进行运动学分析,建立了基肥定深施用装置排肥口位置与施肥深度关系模型,搭建了旋耕施肥试验平台,设计了2组递进试验,应用该平台对建立的排肥口位置与施肥深度关系模型进行大田试验验证,在旋耕机构的结构参数和工作参数一定的情况下,根据建立的关系模型对排肥管的安装位置进行依次调整,试验设置80、100、120、140和160 mm共计5种肥料目标投送深度,然后对5种肥料目标投送深度下的肥料实际位置深度进行测量。试验结果表明,肥料的实际位置深度均值与对应目标投送深度的偏差最大值为9 mm,偏移率最大值为8.75%,肥料的实际投送位置深度和目标投送深度基本吻合。该研究可以为中国黄淮海地区冬小麦基肥的精准定深实施及其相关联合机具开发提供理论依据。