少免耕播种机牵引阻力远程监测系统

针对少免耕播种机牵引阻力的监测,该文提出了一种能够实时采集信号、无线传输数据、现场移动监测、远程同步监测的少免耕播种机牵引阻力监测系统。该系统通过在3点悬挂杆铰接处安装2维轴销测力传感器实现对其受力情况的实时检测。采用无线传感网络技术(wireless sensor network,WSN)实现传感器信号采集和数据短距离无线传输。采用嵌入式技术开发无线数据监测移动终端,实现牵引阻力的现场监测以及数据转发。利用Visual C++开发的远程监测软件,在远程计算机上实现牵引阻力的动态监测、实时显示、在线分析和批量存储。经计量,该系统模拟量检测最大误差为4 mV,线性度为0.04%。田间试验表明:系统实现了少免耕播种机牵引阻力的现场移动监测以及远程同步监测,系统使用方便并降低了田间测试的复杂程度。     

小麦播种实时监控系统设计与试验

为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN 模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态（正常、堵塞和空管）,计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为>98%,堵塞响应时间<0.2 s,空管报警响应时间<0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。     

小麦播种实时监控系统设计与试验（英文）

为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态(正常、堵塞和空管),计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为98%,堵塞响应时间0.2 s,空管报警响应时间0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。     

气吸式精播机种、肥作业智能计量监测系统

为了解决大型精播机作业质量的自动监测问题,设计了种、肥作业智能计量监测系统。系统能够完成计量种、肥施播量,监测种箱和肥箱排空以及种管和肥管堵塞等情况。与以往的研究不同的是：采用了间接测量法计量种、肥施播数量,双轮测距法测量作业面积,并采用光电阵列检测种、肥排空及堵塞信息。系统安装在2BJM-9型精播机上进行了田间生产试验,播种量测量相对误差＜5%,施肥量测量相对误差＜9.6%,作业面积测量相对误差＜5.5%,报警最大响应时间为0.8 s。通过现场试验,证明其方法可行,监测效果较好,能实现精播机作业的全天候、全过程监测。     

分布式智能型温室计算机控制系统的一种设计与实现

针对农业环境自动化控制的需要,研制了"分布式智能型温室计算机控制系统".该系统体系结构为中心计算机和单片机智能控制仪的主从式结构, 系统采用实时多任务操作系统和农业温室专家系统的人工智能技术,对温室内外环境因子进行实时监测和智能化决策调节,为农作物创造最优化的生长条件.实时多任务系统使系统的通信,环境参数采集,控制可以同时进行;由于现场情况的复杂性和多变性,依靠精确数学模型的传统控制已经无法很好地解决问题,因此,本系统采用存储大量现场经验和知识的专家系统来达到控制的目的.采用专家系统从理论上去验证和分析系统,保证了系统运行的稳定性和可扩展性,降低了开发难度.系统硬件主要由环境因子实时监测模块、智能决策模块组成.软件部分采用COM组态方式实现,包括数据库管理模块、人工控制模块等,具有操作简便,可靠性高,易升级扩充等特点,已实现产品化.     

基于变距光电传感器的小麦精播施肥一体机监测系统设计

为实现小麦精播施肥过程的实时监测,确保播种作业质量,该文设计了一种基于变距光电传感器的小麦精播施肥一体机监测系统。该监测系统以STM32单片机硬件系统为下位机,通过反射式光电传感器和旋转编码器分别获取种肥流动与种肥轴转动信息,判断精播机运行状态,并通过Modbus通讯协议将信息传输至MCGS触摸屏上位机人机交互界面实时显示。下位机排种监测电路仿真测试结果表明,放大电路对种管光电传感器检测距离的改变值为4~7 mm;上下位机通讯测试结果表明,数据传输内容准确率为100%;监测系统样机试验测试结果表明,故障报警准确率≥92.5%,种肥缺失、堵塞、泄漏响应时间分别≤0.2、≤0.3、≤0.3 s。该监测系统实现了对小麦精播施肥机作业的实时高精度监测,有助于提高小麦精播机作业质量。     

基于AT89C51水产养殖环境参数自动监测系统设计与实现

针对水产养殖中溶解氧、pH值、温度等重要水质参数的监测,采用PC机为上位机,AT89C51微控制器为下位机,设计了一种水产养殖环境参数自动监测系统。该系统实现了对溶解氧、pH值、温度的实时采集、显示和存储,同时还提供了超限报警、历史数据查询等功能。试验结果表明,系统运行稳定、能够准确地采集和显示水产养殖环境参数,且具有操作简便、界面友好、性价比高和易扩展等优点。     

基于ZigBee技术的粮库监测系统设计

针对大型粮库设施粮食存储环境相关参数监测点分散的现状,设计出了一种层次型网络拓扑结构的无线传感器网络中央监测系统。以承载ZigBee技术的CC2430芯片为无线节点的检测与信息处理核心,结合温度、湿度传感器模块,构成无线传感器网络终端检测子节点,对现场环境实时检测,并通过路由节点将数据上传;路由节点模块设计,采用无线或RS-485标准的方式与中心节点进行信息通讯,使现场循环检测数据能实时传送给中央监控计算机,实现深入粮仓内部的多点检测、实时监测。结果表明,系统功能扩展方便、布网灵活、施工成本低,为大型粮库设施现代化管理奠定了基础。     

黄河流域水土保持动态监测数据管理系统研发

黄河流域水土保持动态监测数据管理系统以Oracle为数据库,运用IntelliJ IDEA开发工具,以全国水土流失动态监测项目黄河流域(片)29个水土保持监测站点的气象信息为处理对象,实现监测站点雨量、风速、风向等数据的实时传输及综合展示,通过系统自动完成降雨场次、最大30 min降雨强度、降雨侵蚀力等后台计算,按照水土保持监测规范,实现监测站点逐日降雨量和降雨过程摘录表的自动计算、自动整编和格式/非格式整编管理、下载,系统的开发改变了降雨数据人工计算、摘录、整汇编等烦琐而又重复的工作,为今后小流域监测站点信息化建设提供了重要基础条件。     

淡水珍珠蚌循环水养殖模式下分布式水质监控系统设计

为促进中国淡水珍珠养殖业由传统粗放模式向高效生态智能化改造升级,该研究针对珍珠蚌工厂化循环水养殖模式下的水质监控需求,开发了基于无线传感网络的分布式水质监控系统。系统采用感知层、传输层和应用层相结合的体系架构,由水质监测节点、气象监测节点、设备控制节点和监控中心组成。现场采用多参数传感器、ZigBee无线模块、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和MCGS触控屏组合的方式,实现对多地点监测数据的实时采集、图形化显示和报警功能,对循环水处理设备的启停控制及藻类供饵自动控制功能;上位机采用MCGS网络版和SQL Server数据库构建监控数据中心。系统采用无线组网分布式架构,组网灵活且操作简单,简化了设备的安装和维护工作。经实际使用测试,系统工作稳定性和检测准确性均在98%以上,能够满足淡水珍珠蚌循环水养殖的监控需求,可以为珍珠蚌传统养殖模式的转变和产业生产方式的转型升级提供有利保障。     

基于聚偏二氟乙烯压电薄膜的播种机排种监测系统

为了能够在恶劣的环境中实时自动监测播种机的排种状况,提高监测的可靠性,采用聚偏二氟乙烯（polyvinylidence fluoride,PVDF）压电薄膜传感器将排种器单粒落粒物理量转变成脉冲电压信号,设计了以单片机STC89C52为核心的监测系统,该系统可根据传感器输出的相邻脉冲电压信号的时间间隔与机具的前进速度,计算出播种机的排种量,排种速度,播种面积,漏播率等性能指标。试验台试验结果表明,在排种器每秒落粒数分别为5、8.75、10时,系统对排种量监测精度为95.3%、96%、92.5%,对漏播量监测精度为90.4%、91%、90.2%;田间试验结果表明,在播种机前进速度分别为3、4、5 km/h时,系统对排种量监测精度为95.2%、93.8%、90.4%,对漏播量监测精度为93.3%、93.1%、89.7%。该系统满足排种器实时监测要求,有助于提高播种作业质量。     

基于无线传感器网络的设施农业车辆定位系统设计与试验

为解决目前设施农业机械定位系统稳定性差、定位精度低和成本高等问题,该文设计了一套基于Nano PAN5375模块的无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)定位系统。该定位系统的3个信标节点负责和定位节点的无线测距,安装有定位节点的车辆构成的移动节点负责无线测距和定位坐标的计算。WSN节点采用的是基于Nano PAN5375的WD5032N模块。Nano PAN5375模块通过串行外设接口和微处理器进行通信,实现无线通信和无线测距的功能。设计了WD5032N模块的供电底板电路,满足其微处理器和Nano PAN5375模块的供电要求,以及通过串口和液晶显示屏模块通信实时显示定位坐标X和Y。节点软件以Keil MDK为开发环境,采用单片机C语言开发,实现节点数据采集与处理、无线传输和串口通信等功能。在定位节点上,采用基于线性调频扩频技术的对称双向双边测距算法来计算定位节点到各个信标节点之间的距离,并使用三边质心定位算法计算出未知节点的坐标位置信息,最后使用卡尔曼滤波算法对目标状态的观测值进行迭代,解决因为测量噪声对于定位精度造成的影响。在WD5032N上分别采用3DB天线和5DB天线进行室内和室外测距和定位试验,结果表明,基于Nano PAN5375的WSN定位系统稳定性好,定位精度高,在3个信标节点组成的合适的等边三角形3条边线范围内定位精度能达到1 m左右,而在接近三角形边线外侧的位置定位精度是1~2 m左右,可以满足一般设施农业车辆的定位精度要求。该文为农业机械精确定位的深入研究提供了参考。     

一种基于GPS和GIS农业装备田间位置的监控系统

对田间车辆的实时监控和导航，是实施精细农业变量作业技术的基础。该文结合中国国情和旱作农业的实际，将GPS、GIS技术相结合，采用MapInfo公司生产的MapX4.5控件内嵌可视化编程语言Visual Basic 6.0，研制开发了一种基于GPS和GIS的田间农业装备实时监控和信息管理系统。系统完成了地图常用功能和各种GIS工具模块的设计,包括串口通讯、地图编辑、网络通讯3个子系统，共17个模块，本系统采用控件技术设计了串口和网络的数据传输和传输数据的保存；以旱作农业机械为例，建立了动态田间农业机械装备数     

工程机械铰接系统铰点动态约束反力的研究

通过整车系统动力学分析,对铰接式工程机械铰接系统铰点动态约束反力进行了研究。在作业工况下,铰接系统铰点受到三个力及二个力矩的作用,这些力和力矩的大小依赖于作业阻力、机械自重、惯性力、车轮滚动阻力和车轮驱动力矩,得到了其解析表达式。     

基于无线传感器网络的温室栽培营养液电导率监测系统

温室营养液无土栽培,具有节约种植成本、生产效率高等优点.监测营养液的电导率、pH值等特性参数,是实现营养液无土栽培信息化与自动化的基础.为了实现温室无土栽培营养液的实时监测,开发了基于无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)的营养液电导率实时监测系统.系统以JN5139为中央控制器同时控制营养液电导率信息采集单元和无线通讯单元,实现了营养液电导率信息的实时采集与处理、LCD显示和键盘输入等人机交互操作以及基于WSN的营养液电导率实时测量自组织网络,同时系统集成了GPRS模块,实现了营养液电导率与温度信息的远程传输与监控等功能.系统采用星型网络拓扑结构,并进行定时休眠、传感器掉电控制来节省能源消耗.针对系统的实用性和可靠性进行了系统标定、温度补偿以及温室试验,分析比较了电导率测量线性与非线性模型.试验结果表明分段线性模型建模效果较好,分段拟合R2均在0.97以上.系统的测量范围为0.5~2.9 mS/cm,测量结果能够精确到0.01 mS/cm,总体测量相对误差为2.10%,较好地满足了温室营养液电导率实时监测的要求,为无土栽培的科学管理提供技术手段.     

基于激光感知的农业机器人定位系统

为解决基于全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）的农业机器人和自动驾驶农机在机库、大棚等卫星信号弱或无环境下定位精度低甚至无法定位的问题,该研究提出了基于激光感知的农业机器人定位方法。采用二维激光雷达和激光接收器设计了基于激光感知的机器人定位系统,通过二维激光雷达发射扫描激光获取机器人上激光接收器的点云,同时激光接收器感应扫描激光,融合感应扫描激光时间差和激光接收器点云特征,得到移动激光接收器（即农业机器人）的定位。以全站仪测量为参照在大棚内开展验证试验,结果表明,在激光雷达扫描范围内,机器人行驶速度为0.8 m/s时,直线行驶时最大偏差绝对平均值为4.1 cm,最大均方根误差为1.5 cm;曲线行驶时最大偏差绝对平均值为6.2 cm,最大均方根误差为2.6 cm,满足农业机器人在农机库等环境中自动导航所需定位精度要求。     

基于CP-ABSE的农机社会化服务联盟链隐私匹配方案

针对多个农机社会化服务平台联合,实现跨平台任务匹配中存在的敏感数据泄露和集中式服务器不可信问题,该研究提出了基于密文策略属性基可搜索加密（ciphertext-policy attribute-based searchable encryption,CP-ABSE）的农机社会化服务联盟链隐私匹配方案。该方案基于联盟链构建农机社会化服务联合平台,为多平台数据共享提供去中心化的可信环境;基于CP-ABSE技术实现跨平台的任务匹配,支持对任务密文数据的检索以及细粒度的访问控制,保护作业任务发布方和农机手的敏感数据;使用智能合约实现农田作业任务与农机手之间的匹配服务,避免集中式服务器存在的单点故障和恶意违规操作等问题。安全性分析表明,该方案能够保证数据的完整性、机密性以及匹配结果的可信性。基于Hyperledger Fabric构建了一个原型系统,测试结果表明,当全局属性数量为200时,系统构建和私钥生成的运行时间分别约8和2.5 s,搜索令牌生成与数据加密的计算开销分别为60和80 ms,匹配智能合约平均时延约为250 ms。该方案破解了农机社会化服务平台间的“数据孤岛”问题,对于促进农机社...     

轮式农业机械自动转向控制系统研究

以日本久保田SPU－60型插秧机为对象进行轮式农业机械自动转向控制研究,提出了基于速度的自适应PD控制方法,利用航向偏差作为控制器输入,控制器可根据插秧机行进速度在线调整其PD参数,进而输出前轮期望偏角。仿真和试验结果表明,该方法可以较好地适应农业机械作业速度的变化,提高其转向的快速响应特性和稳定性,航向跟踪效果好。该研究为进一步开展轮式农业机械自动导航控制研究提供了依据。