基于ARM的变量喷药控制系统设计

为提高农药利用率,设计一套具有手动控制、自动控制和试验标定3种工作模式的变量喷药控制系统。该系统以ARM7系列的S3C44B0X微处理器为核心,在UCOS-Ⅱ操作系统环境下,使用C语言编程实现机具作业位置、行进速度、喷头入口压力以及喷头喷药量信息的采集与处理、网格识别和电动调节阀控制。喷头喷药量控制误差田间试验结果表明：喷药机以4.2 km/h（Ⅱ档中油门）速度工作,喷药处方量在465～600 kg/hm2范围内变化时,采用本系统完成变量喷药作业,系统喷头喷药量最大控制误差≤5%,满足变量喷药作业要求。     

基于LabVIEW和ARM处理器的大型称重式蒸渗仪测控系统

针对大型称重式蒸渗仪测控系统常见的缺乏通用性、扩展性不足和可靠性差等问题,该文提出了一种基于LabVIEW和ARM处理器的分布式大型称重式蒸渗仪测控系统。底层测控单元全部采用ARM处理器LPC1768开发设计,所有单元均通过RS485方式MODBUS协议与上位机进行通信,上位机测控软件采用LabVIEW设计开发,支持对除称重参数以外的其它测量参数的选择。同时采取了中值滤波和滑动窗口平均滤波等信号处理算法,提高称重测量精度。运行试验表明,在称重分辨率达到0.1 g,杠杆系数为277.7时,蒸发量或降雨量的分辨率达到了0.0072 mm水深。     

基于光谱学和ARM的番茄叶绿素检测仪的开发

为了更加方便、简捷、快速的对温室番茄叶绿素含量进行检测,利用光谱分析技术,开发了一种用于预测温室番茄叶片叶绿素含量的新型作物长势仪。仪器选择527 nm和762 nm两个波长作为特征波长。由一个“Y”型光纤,两个硅光电池,一个信号处理单元,中心处理器及友好的人机交互界面组成。由番茄叶片反射回来的反射光经过“Y”型光纤到达硅光电池的表面,硅光电池可以将此光信号转换成电信号。然后经过信号处理单元的放大滤波转换成可以经CPU处理的电压信号。根据测量得到的光谱反射率可以计算出番茄叶片的光谱系数,再根据光谱系数预测     

基于ARM7和GPS的农田作业面积测量系统开发

为了实现实时测量农田作业面积的目的,该文基于ARM7和GPS开发了谷物联合收割机作业面积测量系统。优化了存贮器设计、COM口设计、GPS接口电路设计等系统硬件结构,并在C语言环境编写相应的驱动程序。试验结果表明,该系统能达到实时记录工作时间、工作地点、作业面积等信息的目的;同时,该装置不仅适合于规则图形的面积测量,并且对于不规则图形的面积测量也具有较高的精度,平均测量精度为95.2%,可为实时测量农田作业面积提供依据     

基于ARM和GPRS的远程土壤墒情监测预报系统

为提高农业灌溉用水利用率、实现节水灌溉,设计了基于GPRS的无线土壤墒情监测预报系统。提出了一种土壤墒情监测预报模型,开发了以ARM9系列S3C2410处理器、GPRS模块和CS8900a网卡等组成数据采集系统,实现了对土壤墒情信息的自动采集、存储和墒情信息的无线网络传输,并可以根据墒情信息实施定时、定量的灌溉控制。该系统已投入国家农业示范基地使用15个月的时间,试验表明,该系统对土壤墒情的预报值与实际测试数据误差为3.39%,实现了对土壤墒情的有效监测和准确预报。     

基于二维条码和ARM的谷物溯源采集传输系统

摘要：谷物在生产供应链中按照等级和用途进行混合配送和分销,多源头性决定了谷物追溯系统中信息识别的难点。针对这个问题,该文提出以表面喷印二维条码的追溯颗粒作为谷物追溯信息的载体。基于嵌入式系统开发了二维条码、GPS定位信息和谷物产地环境信息采集终端,终端采集到的数据通过GPRS网络传输。系统实现了谷物标示信息及产地环境信息（温度、湿度、光照、二氧化碳）的自动采集和传输,可作为快速、低成本的谷物追溯系统,为确保谷物质量与安全生产提供一种有效手段。     

基于文献计量学的玉米秸秆利用及关键共性技术分析

为促进玉米秸秆全价值利用,该研究以中国知网（CNKI：China National Knowledge Infrastructure）数据库和Web of Science(WOS)核心数据库作为数据来源,利用知识图谱可视化软件,绘制玉米秸秆利用领域的知识图谱,以便全面了解玉米秸秆利用领域的研究现状和发展趋势,总结其面临的主要问题,并在此基础上深入挖掘分析玉米秸秆利用关键共性技术。玉米秸秆利用研究大致可分为1990—2007年及2008—2022年两个阶段。在后一阶段,各研究团队逐渐构成以肥料化、饲料化为主,燃料化为辅的玉米秸秆利用研究体系。经文献梳理发现,玉米秸秆利用研究大致经历了3次阶段性热点迁移,每次变化时长约为10a;中国玉米秸秆利用研究已取得较多成果,主要集中在秸秆还田和生物质能源生产方面;通过对知识图谱综合分析发现,玉米秸秆利用的热点方向包括生物质能源生产、土地改良和保护、畜牧业发展和饲料生产。最后,知识工程和归纳法分析结果表明,玉米秸秆利用技术仍存在收运不及时、还田质量低、秸秆制饲料技术不成熟、能源化技术成本高和附加值低等瓶颈。故在农业废弃物资源化利用这一国家重大需求驱动下,该文主要关注并分析了未来研究应重点聚焦的13项玉米秸秆全价值利用关键共性技术。该研究可为促进我国玉米秸秆全价值利用提供参考。     

基于模糊PID的花椒烘房温度自动控制系统

针对中国目前农村花椒烘房烘烤花椒的温度控制方式仍采用人工控制的方式,存在干燥不均匀,干燥速率相对较慢,能耗损失较大等问题,该文首次系统地将模糊PID温度自动控制技术应用在花椒烘房的自动干燥上,研究对比了PID控制技术、模糊控制技术和模糊PID控制技术在温度自动控制系统中的功能特点,并结合32位ARM处理器和GPRS技术实现花椒烘房的自动控制和远程报警提示,这有利于解决目前农村地区自动控制设备通讯难的问题,能为中国农村花椒干燥自动化应用提供一种有效的解决方案。     

基于ARM的养猪场数据无线传输系统设计

为满足养猪场管理中对数据传输的要求,设计一种基于ARM的养猪场数据无线传输系统。以S3C2410为无线数据传输系统终端核心,与MC55无线模块连接构成嵌入式无线数据传输平台。基于嵌入式Linux操作系统和GPRS数据传输技术,对无线终端的硬件和软件进行设计,同时对数据中心服务器软件进行具体设计。试验结果表明：该系统实现终端与服务器的数据交互,传输接收数据准确。本系统与射频识别技术相结合,可实现养猪场生猪身份代码的实时采集与准确传输。     

耦合几何参数与载荷参数的混流泵优化

为进一步提升混流泵优化效果,并探究几何参数和载荷参数与导叶式混流泵能量特性间的响应关系,该研究结合正交试验与数值模拟,对比转速为511的导叶式混流泵叶轮开展参数优化研究。在试验验证数值模拟准确性的基础上,采用反问题设计方法,以0.85Qdes和1.15Qdes（Qdes为设计流量）处泵段水力效率为优化目标,以1.0Qdes处泵段扬程为约束条件,耦合轴面投影几何参数与流线方向载荷参数进行混流泵参数设计。研究结果表明：几何参数Lh和LS（前缘与轮毂及轮缘交点的X轴坐标）与载荷参数Kh、LEs、NCs和Ks（轮毂处中间直线斜率、轮缘处前缘载荷、轮缘处第一加载点横坐标和轮缘处中间直线段斜率）均对混流泵能量特性具有较大影响,在优化设计中均应被重点考虑;与原始模型相比,优化模型在叶轮出口附近具有更加合理的流场分布,可有效减少叶轮下游部件水力损失,其在0.85Qdes和1.15Qdes处的泵段效率分别提升了0.90和2.25个百分点。研究方法可为涡轮机械的参数化优化节约计算资源、最大化优化效果提供参考。     

农机具自动调平控制系统设计与试验

为了使农机具在田间作业时保持水平,该文设计了一种农机具自动调平控制系统。采用拖拉机横向倾角卡尔曼滤波算法融合加速度计和陀螺仪2个传感器数据获得拖拉机实时倾斜角度,直线位移传感器测量调平液压油缸伸长量并建立农机具和拖拉机的相对倾斜角度转换函数,通过控制电磁换向阀实现农机具水平控制。在三轴多功能转台上对拖拉机倾角实时测量算法进行了测试,并在田间对农机具自动调平系统进行了试验,结果表明,拖拉机横滚角传感系统能在动态条件下准确地测量拖拉机实时倾角,在转台上测量角度平均绝对误差≤0.15°,均方根误差≤0.18°,在水田激光平地机作业时测量角度平均绝对误差0.40°;自动调平控制系统能较好地实现平地铲调平控制,平地铲倾斜角度平均绝对误差0.52°,均方根误差0.24°,最大误差1.15°,相对于原水田激光平地机水平控制系统控制精度提高了0.5°。该研究为农机具水平自动调平提供了方法,能够提升农机具作业质量。     

基于GPS/INS和线控转向的农业机械自动驾驶系统

研究旨在设计出一套农用车辆自动导航控制系统,让机器人代替农民进行田间作业,实现农用车辆自动驾驶,从而可以有效提高农业机械的作业精度、生产效率和使用安全性,并且为精细农业研究提供技术支持,改善农业生产的方法。该文通过GPS/INS(global positioning system/inertial navigation system)组合导航技术实时获得载体的导航信息(位置、速度、航向、姿态),根据导航信息与预设轨迹参数计算出载体的目标前轮转向角,并以该目标前轮转向角与当前前轮转角的差值作为控制输入,实现对转向执行电机的精确控制,从而实现载体的路径跟踪控制。同时对整个系统的软硬件进行设计,并对系统控制策略进行仿真和试验验证。最终结果表明,本文所设计的组合导航系统定位精度高,其定位精度可达到0.1~0.5 m;路径跟踪系统误差小,当车速分别为0.5 m/s和1 m/s时,路径跟踪的最大横向误差分别为0.16 m和0.27 m;整个系统响应速度快,可达到0.1s。通过将GPS/INS组合导航技术与线控转向技术相结合,能够实现农用车辆的自动驾驶。     

改进AOA模式的大田农机无人驾驶导航参数检测系统设计

卫星导航、视觉导航和雷达导航的成本昂贵、系统构成复杂和适用作业场景有限,在生产特征呈现区域化、适度小规模和分布零散的国内南方水田难以实现便捷跨区域作业和无法适用多农业场景.针对上述问题,该研究以大田环境下无人驾驶农机的牛耕式往复作业路径模式为背景,提出了改进AOA(信号到达角度,Angle-of-Arrival)模式的...     

基于LMS Test.Lab的小型农业作业机振动测试与分析

为分析小型农业作业机的模态振型及可靠性,应用LMS Test.Lab测试系统,对JSX5D小型农业作业机进行模态试验与分析,得到其固有频率、阻尼比以及相应的振型等模态参数。试验结果表明该机基频较高,而阻尼比较低,分别为196.72 Hz和不大于4.41%,说明该机具有很好的刚度。但扶手部分阻尼比仅为0.57%,为降低工作时的振动强度,应加入合适的阻尼材料;发动机和齿轮箱机械接口的振动方向与该类接口的法线方向一致,说明该类接口的连接刚度较弱,应加强接口的连接刚度,保证作业机的动力输出。     

农业装备驾驶室虚拟人机工程学设计与评价

以拖拉机和联合收割机等典型农业装备驾驶室为研究对象,建立了基于元件类型、元件、元件特征参数的“顶层、中间层、底层”三层驾驶室人机界面评价指标体系;利用OpenGL参数化模型设计方法和虚拟现实交互技术,研究了驾驶室分层次模糊综合评判的客观评价方法与基于虚拟漫游交互的主观评价方法;基于VS.NET 开发系统和Multigen Vega Prime仿真平台,开发了农业装备驾驶室虚拟人机工程学设计与评价系统。对某国产拖拉机的应用结果表明,基于所开发系统的客观评价和虚拟试验评价结果基本一致,可作为一种设计和评价农业装备驾驶室的重要手段。     

农业机械污染排放控制技术的现状与展望

农业机械作为一种重要的非道路机械类型,其主要动力源为柴油机,而柴油机固有的燃烧方式会导致其颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等污染物排放严重,开展农业机械污染排放控制技术的研究对人体健康和环境保护均具有重要意义。该文从农业机械排放法规、降低农业机械污染排放的单项技术路线、满足更高排放限值要求的组合技术路线3个方面进行阐述。农业机械排放法规分析了欧盟、美国和中国法规对排放限值和测试循环的要求以及各国法规的差异。中国目前正在实施的农业机械国III排放标准,与欧盟的Stage IV和美国Tier IV标准相比,排放限值相对宽松;欧盟农业机械排放法规的NRSC测试循环主要包括8工况循环和5工况循环,而中国和美国规定,19 k W以下的非恒定转速的农业机械柴油机也可使用6工况循环进行测试;欧盟和中国规定污染物测量的最终结果为冷启动循环结果的10%和热启动循环结果的90%的加权,而美国将冷启动循环结果的比例调低至5%。单项技术路线对油品技术、机内净化技术和机外排气后处理技术进行了介绍。其中,油品技术包括提升燃油和润滑油品质、采用替代燃料等;机内净化技术包括农业机械柴油机本体优化设计、增压及增压中冷、燃油喷射优化和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)等;机外排气后处理技术包括柴油机氧化催化转化技术(diesel oxidation catalyst,DOC)、柴油机颗粒捕集技术(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)等。组合技术路线总结了满足国III和国IV阶段以及国外最新排放标准的技术路线。"优化燃烧+SCR"技术路线的柴油机比采用"EGR+DPF/CDPF"技术路线的柴油机节省5%~7%的油耗,若扣除尿素消耗,前者仍有一定节油优势;模块构建和单体式后处理系统等先进的农业机械污染排放控制技术是满足Stage IV/Tier IV和Stage V的重要技术路线。最后,针对农业机械污染排放控制技术研究,进行了总结和展望。为满足未来国IV排放标准,加装机外排气后处理催化器已经成为一种重要手段;开发低成本、高净化效率的集成式机外排气后处理催化器,是未来农业机械污染排放控制的重要研究方向。     

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。     

基于多学科技术融合的智能农机控制平台研究综述

农业机械的自动化和智能化包含内容广泛,有农机定位与导航,动态路径规划,机器视觉和远程监控等,牵涉到大量的工程技术学科,包括导航、图像、模型与策略、执行器以及数据链等。农机定位与导航一般采用基于农机运动学模型结合GPS(global positioning system)/IMU(inertial measurement unit)组合导航信息,在导航路径规划算法指引下实现农机轨迹跟踪的方法。建立的农机运动学模型精度,GPS数据的连续性以及惯导器件误差系数漂移等因素都会影响该方法的有效性。路径跟踪通常采用各种现代控制理论与方法,而面对复杂的田间作业环境变化,农机的自主避障以及动态路径规划能力也会影响轨迹跟踪精度。机器视觉的稳定性和目标特征信息分离度影响着农机环境感知能力,目前目标识别主要采用hough变换,hough变换的全局检测特性决定了该算法运算量较大,需要探究改进特征提取算法。远程监控农机作业是智能农机发展的一个方向,构建无线导航,控制和视频数据传输网络有助于提高农机的智能化水平,可以采用分布式哈希表(distributed hash table)来研究网络覆盖和互联技术。该文融合多个学科,从高精度定位与导航技术、复杂环境及工况下农机运动精确自主控制技术、稳定清晰的机器视觉感知技术和基于4G网络和新一代物联网的高覆盖数据传输技术几个方面,论述了智能农机在光机电液多个学科领域内的研究现状,并指出采用北斗地基增强网络和网络RTK(real-time kinematic)技术、惯导定位误差精确建模与补偿、环境感知与自主避障、立体结构自组网技术以及多机协作是现代农业机械的发展方向。以期为现代化智能农业机械的设计提供参考。     

玉米精量排种器电驱PID控制系统设计与性能评价

本文研究了一种基于PID的排种器电驱控制系统,取消了播种机采用地轮和链条驱动的方式,提高了播种机的播种质量和作业速度.采用PID算法控制排种盘转速,在目标转速与当前转速差异较大时,加入PID积分分离算法,以减少转速的超调量.通过整定后的PID参数为:Kp=16、Ki=0.05、Kd=36,在其排种盘转速范围为0~24r/min时,响应时间、超调量、稳态误差分别为0.4秒,1.56%和0.75%.试验结果表明,在12km/h的高速播种作业条件下,采用该电驱控制系统的排种器排种单粒率仍然可达到98.4%,其重播率和漏播率小于1%.采用本文研究的基于PID算法的排种控制系统可以获得良好的排种质量和更高的排种速度,使排种器更适宜高速精量播种.