精密播种微处理控制系统的研究

针对当前农业生产中的播种机多使用不同的齿轮或排种器进行有级调速,调整播量、株距比较困难和地轮打滑严重影响播种质量等情况,以AT89S52单片机为核心设计开发了微型计算机控制的自动化精密播种系统。基于单片机的自动化精密播种系统在播种时可以实时采集动力机械的作业速度,并根据作业速度和作物粒距要求调整排种器的转速,减轻了传统播种机械因打滑和地面不平等因素对播种质量的影响,从而达到精密播种的目的。     

精准播种自动控制系统的设计

针对当前农业生产中的播种机多使用不同的齿轮或排种器进行有级调速,调整播量、株距比较困难和地轮打滑严重影响播种质量等情况,以W77E58 单片机为核心,利用二相混合式步进电动机细分驱动技术,设计开发了微型计算机控制的自动化精密播种系统.该系统在播种时电动机分辨率高,运转平稳性好,能够显著改善系统的运行性能.系统能根据作业速度和作物粒距要求调整排种器的转速,减轻了传统播种机械因打滑和地面不平等因素对播种质量的影响,从而达到精密播种的目的.     

小麦播种机电控系统的设计与试验

针对小麦播种时发生地轮传动失效而造成漏播和播量不均等问题,设计了一种电控小麦播种系统。系统工作时能够结合设置的播种参数和检测的作业速度信号获得排种器的理论转速,并通过采集驱动器的脉冲输出频率计算出排种器的实时转速,将理论转速与实际转速形成的偏差e及偏差变化率ec作为输入变量,利用模糊PID自整定控制器进行电机转速的精准控制,使排种器到达目标转速,从而提高播种精度。室内试验结果表明:在中速及中高速状态下,小麦播种机电控系统的性能最为稳定,平均偏差在2.5%以内,控制精度为1.49%,并求得排种器在不同工作长度下排种量与转速的函数关系。田间试验结果表明:应用本电控系统进行田间小麦播种作业时,小麦播种机的总排种量变异系数为1.14%,各行排种量变异系数为2.89%,播种均匀性变异系数为5.64%,播深合格率为90%,电控播种系统能有效地提高小麦播种机的播种均匀性。     

玉米精量排种器排种质量自动检测仪设计与试验

为了方便、准确地检测不同种类玉米精量排种器的排种性能参数,设计了一种排种质量自动检测仪。该检测仪由PLC、伺服电动机、光电传感器、触摸屏组成,可以在不同播种参数(如播种粒距、播种速度、排种盘型孔数)下实时检测排种器的合格率、漏播率、重播率、粒距变异系数等播种质量参数,并可以检测指夹式排种器各个指夹的重播数和漏播数,同时对种子的下落情况进行实时的动画模拟;当下种粒数达到设定的下种目标时,系统自动停止检测并将检测到的排种质量参数自动显示和保存。为验证该检测系统的检测精度,分别与JPS-12型检测台和Meter Max型排种器检测仪进行了对比试验,试验结果表明:在4、8、12 km/h 3种播种行进速度下,本文检测仪的检测精度与JPS-12型检测台的检测精度相近(检测结果相差不超过2%);在4~12 km/h的速度下,本文检测仪的检测精度与Meter Max型排种器检测仪的检测精度也相近(对指夹式排种器的检测结果相差小于2%,对气吸式排种器的检测结果相差小于0.7%)。试验证明该检测仪的检测精度符合使用要求。     

气喷式免耕播种机的气喷作业机理研究

为了提高玉米和大豆的播种生产率和播种质量,进一步减小播种作业时对土壤环境的破坏,提出了播种速度最高可达10~12km/h的气喷式高速免耕播种机的设计思路,重点研究了气喷播种的喷种作业机理、排种器快速排种技术和土壤高速耕作方式。与目前国内外其它类型的免耕播种机相比,所研究的气喷式高速免耕播种机采用高压气体喷射投种的方式进行播种,并利用新型排种器进行快速精密排种,可加快播种速度和种子落地速度,减少播种过程中漏种和缺种的几率,提高播种效率和播种质量,研究结果对提高玉米和大豆等农作物的播种生产率、增加粮食产量和保护环境具有重要意义。     

不同形态玉米种子分级单粒播种性能试验研究

将不同形态玉米种子按形状和大小分为圆形大粒、圆形小粒、扁形大粒及扁形小粒4级,在台架上,用勺轮式、指夹式和气吸式3种单粒精密排种器进行播种性能试验,测试不同作业速度下各种级别玉米种子的粒距合格指数、重播指数、漏播指数及合格粒距变异系数,分析了各级别玉米种子在不同类型排种器上的播种性能特点,为不同形态玉米种子分级单粒播种作业提供参考。试验结果表明:不同形态玉米种子分级播种性能差异较大,圆形玉米种子播种性能优于扁形玉米种子,圆形小粒玉米种子播种性能优于圆形大粒玉米种子,扁形大粒玉米种子播种性能优于扁形小粒玉米种子。圆形大粒玉米种子在气吸式排种器和指夹式排种器上的播种性能较好,在勺轮式排种器上的播种性能较差;圆形小粒玉米种子在勺轮式排种器、指夹式排种器和气吸式排种器上的播种性能都很好。扁形大粒玉米种子在气吸式排种器和指夹式排种器上的播种性能很好,在勺轮式排种器上的播种性能很差;扁形小粒玉米种子在气吸式排种器和指夹式排种器上的播种性能较好,在勺轮式排种器上的播种性能较差。     

基于PLC的玉米播种机监测系统设计

播种作业是农业生产的重要环节,播种过程中出现的种箱排空、开沟器堵塞、地轮打滑等现象会引起漏播,造成玉米减产.对播种机工作状态的精确检测是减少漏播现象发生的有效措施.设计的监测系统以三菱FX系列PLC为控制核心,采用霍尔传感器、电容式接近开关对拖拉机、地轮、勺盘的速度及种箱和开沟器等进行检测,以文本显示器作为人机对话工具,进行参数设定,并显示玉米播种数量、播种速度和当前滑移率.当出现滑移率过大、排种堵塞和种箱排空等故障时能及时报警.同时,根据控制要求设计了信号检测和数据处理的PLC硬件电路、梯形图以及文本显示器的控制页面.     

基于嵌入式电子监控器的玉米播种机的开发

为了实现精准播种,进行播种间距和播种量参数化设计,并基于嵌入式单片机技术,设计了高精度玉米播种机,包括播种控制系统和监测系统.首先,探究播种量、播种机前进速度和排种轴转速之间的关系,建立播种模型;其次,采用PID方法对排种轴进行调速.实验结果表明:控制系统调速精度下限为92.8％.建立播种监测系统,采用光电技术对播种间...     

播种机嵌入式超高频无源RFID系统调速特性研究

为了提高播种机播种距离的精度,减少排种器打滑现象,以及降低地形、地质对精密播种的影响,提出了一种新的超高频无源RFID调速优化方法。该方法考虑排种器无级变速和地轮的打滑,根据不同的地形和地质,可以自动调节播种机的速度,达到精密控制播距的效果。系统利用播距控制原理和RFID调速控制原理,将RFID嵌入到了轮胎和排种器中,以STC12C5A60S2作为主控芯片,实现了速度数据的采集、处理和调节。为了验证系统的有效性和可靠性,对普通机和调速机进行了播种测试,从而得到了速度随时间变化曲线及株距等测试数据。对数据进行分析发现:利用RFID调速优化的方法可以实现播种机速度的连续性控制,并且株距明显比普通机的变异系数小,播种精度有了大幅度的提高,可以为播种机的优化设计提供技术参考。     

机械式小麦射播排种器设计与试验

针对现阶段小麦播种机接触式播种形式存在的覆土后种子深度均匀性差,播种效果易受播种部件影响的问题,同时为简化播种工艺,设计了一种适用于华北地区壤土的非接触式小麦机械射播排种器。阐述了对排种器整体结构和射播工作原理,对排种器关键部件尺寸进行设计,分析了小麦种子在排种器内部携种加速过程及投种过程,得出影响小麦射播效果的因素,并进行仿真与试验台试验。选取排种器转速、前进速度、射播高度为试验因素,播种深度变异系数、排种量变异系数、射播速度、射播深度为指标进行单因素试验与正交试验,并进行了验证试验。试验结果表明,机具前进速度为1.0m/s,排种器转速为1100r/min,射播高度为100mm时,播种深度变异系数为8.3%,排种量变异系数为13.9%,射播速度为35.2m/s,射播深度为34mm。试验验证了所设计的机械式射播排种器在华北平原地区壤土作业时,满足小麦播种的作业要求。     

温室大棚电驱气力式胡萝卜播种机设计与试验

目前能适应设施大棚种植条件的小型播种机多采用窝眼轮式排种器,播种精度低,播种质量无法实时监测。小型气力式播种机需要配置气力式排种器和风机,存在动力系统设计困难、排种稳定性差、整机结构复杂、笨重等设计难题。本文基于设计的气吸式排种器,设计了叉形分种器,实现窄行距精密播种作业;确定油电混合动力系统,排种器和风机采用电驱方式,排种稳定性得到了提高。设计了基于旋转编码器测速的电驱式胡萝卜播种机控制系统,该系统以PLC为主控制器,根据旋转编码器采集的前进速度信息实时调节排种器转速,实现排种转速与播种机前进速度实时匹配。基于对射式矩阵光纤传感器,开发了播种质量监测系统,解决了小粒径种子的监测问题。通过试验表明,续航时间为10h,计数相对误差小于等于4.6%,型孔堵塞时能发出警报提醒;播种株距合格率大于93.7%、漏播率小于等于3.9%、重播率小于2.4%,漏播率检测误差小于8.4%,试验结果符合国家相关标准要求及胡萝卜种植农艺要求。     

电控玉米排种系统设计与试验

传统精量玉米播种机作业时,排种器的动力由地轮提供,针对由于田间作业工况复杂导致地轮打滑而造成漏播率增加等问题,设计了电控玉米排种系统。该系统在田间播种作业时,由雷达测速仪采集播种作业速度,结合所需粒距得到排种器理论转速;通过编码器采集排种器实时转速,利用控制器控制策略,进行转速的最优控制,从而得到目标排种转速,提高排种精度。田间试验结果表明:应用该电控排种系统进行田间玉米播种作业时,排种合格指数平均值为92.40%,与传统排种相比提高3.63个百分点;漏播指数平均值为4.82%,与传统排种相比降低2.04个百分点;不同播种作业工况下粒距变异系数均小于4.20%,播种效果好。     

高速播种机玉米姿控驱导式排种器设计与试验

针对机械式玉米排种器在播种机高速作业条件下排种精度下降且性能不稳定的问题,提出利用调姿齿与单元型孔对玉米种子充种姿态进行调控的技术思路,设计了一种姿控驱导式精量排种器,采用双侧种盘对置、单列排种结构布局,降低工作转速同时提高排种均匀性。完成了关键零部件的结构参数设计,分析了种子姿态调整原理,通过单因素试验与正交旋转组合试验获取排种器的最优参数组合,并开展排种性能对比试验。结果表明：调姿齿齿型为线型时,排种合格率提升效果最优,较无调姿齿可提升29.1个百分点;排种器的最优参数组合为：工作转速16.7r/min,型孔外壁面倾角46.9°与型孔圆角半径4.5mm,该条件下合格率、漏播率和重播率分别为91.6%、2.8%与5.6%;在作业速度8~14km/h范围内,排种器的合格率均高于90%,漏播率均低于3%,重播率均低于8%,破损率均低于0.5%,粒距均匀性变异系数均低于19%,且排种效果优于无姿态调控排种器与勺轮式排种器,满足玉米精量播种的技术要求。     

链式玉米精量播种机的设计与试验

针对播种过程中出现的投种点高、种子与排种器和开沟器碰撞致使种子下落位置随机、播种均匀性差的问题,设计了一种链式玉米精量播种机。该播种机主要由外槽轮式排种装置、链式送种装置、传动装置及镇压装置等组成,窝眼轮式排种器精量取种与勺链式穴播器定点投种联合完成播种作业。为研究播种机前进速度、投种包角及投种高度对投种装置性能的影响,以播种株距合格率为指标进行了正交试验。结果表明:投种高度对株距合格率的影响显著,播种机前进速度对株距合格率有一定影响,投种包角对株距合格率的影响不显著;当播种机前进速度为1.5~2m/s、投种包角为30°~45°、投种高度为25~30mm时,株距合格率为96.79%~99.6 7%。田间试验表明,该玉米精量播种机的株距合格率大于9 5%,单粒率≥9 0,空穴率小于5,满足玉米精量播种的要求。     

2BDG-2型谷子精少量电动播种机设计与试验

为解决丘陵山区分散小块地谷子播种量大、间苗工作量大等问题,按照谷子精少量播种要求,设计试制了2BDG-2型谷子精少量电动播种机,该播种机主要由电力驱动系统、动力传动系统以及倾斜圆盘式精少量排种装置等零部件组成,能够一次完成开沟、精少量排种、覆土和镇压等播种作业。依据谷物播种的国标,进行了排种装置的排种性能和播种机播种均匀性的试验。排种性能试验结果表明:不同地轮转速和理论穴距下的各行排量一致性和总排量稳定性的变异系数均≤1.27%、种子破损率≤0.08%。播种均匀性试验结果表明:不同作业速度和理论穴距下的穴距合格率均≥86.81%,重播率、漏播率和合格穴距变异系数分别≤7.40%、7.28%和6.97%,各项参数均达到谷物播种的国标要求。该研究可用于丘陵山区分散小块地谷子精少量播种。      

油菜精量联合直播机随速播种控制系统设计与试验

针对传统油菜精量直播机多采用被动式地轮驱动排种器,高速时地轮易打滑,导致漏播、断条等现象,影响高速作业精量播种效果,且手动变速箱调整播量难以实现播种粒距、播量的精准调节等问题,设计了一种以STM32为主控器,通过蓝牙模块与手机端微信小程序进行实时数据交互的油菜随速播种控制系统。该系统采用地轮编码器和北斗接收器两种模式分别获取拖拉机低速和中高速作业时的前进速度,主控器分析各传感器数据并生成电机控制指令驱动闭环步进电机带动排种轴转动,实现排种轴转速与拖拉机前进速度匹配及无级播量调节;同时利用微信小程序设置目标粒距、传动比、地轮直径等参数以适用于不同类型播种机,并显示总播量、播种面积等关键参数;分析得出吸附种子临界负压为1477Pa,切换测速方式临界速度为3.7km/h,测速范围为1.44~12.77km/h,电机调速频率为5Hz。台架试验结果表明：随速播种控制系统播种性能优于恒定转速播种,播种速度2.6~7.8km/h时粒距合格指数大于87%。田间试验结果表明：本系统搭载一器双行正负气压组合式油菜精量排种器在作业速度为1.44~7.99km/h时播量误差小于3.9%、粒距合格率不低于84%,满足随速播种要求。     

基于BLDCM的智能播种控制系统设计

针对地轮驱动的玉米排种工作方式存在地轮打滑而造成漏播率增加的问题,设计了基于无刷直流电机驱动(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)的智能播种控制系统。该系统以STM32单片机作为PID控制器的核心处理器,利用无刷直流电机作为排种器驱动源,并通过增量式编码器实时采集排种器的转速,同时利用霍尔传感器获取播种作业速度。为实现PID控制的最优化,在Simulink环境下建立无刷直流电机的仿真模型,并结合PSO(Particle Swarm Optimization,粒子群优化)算法对PID参数进行优化设计。仿真结果表明:经PSO整定后,PID控制器的阶跃响应效果良好,超调量为4%,调节时间为0.12s。田间试验结果表明:在低速、中速、高速和变速作业条件下,本电机驱动系统较传统地轮驱动系统在漏播指数方面分别降低了0.9%、1.1%、1.4%和1.3%,在播种合格指数方面分别提高了1.8%、3.8%、2.8%和1.7%。     

气力针式行星轮系窄行密植精密排种器设计与试验

针对菠菜等小粒径蔬菜种子采用窄行密植、播种均匀性要求高,缺乏适用播种技术装备的问题,设计了一种适用于菠菜等小粒径蔬菜种子密植精密播种的气力针式行星轮系多行并联低位投种精密排种器。阐述了排种器工作原理,构建吸种和投种环节种子力学模型,确定排种器主要结构参数;利用ADAMS软件仿真分析行星轮系排种机构吸种针的静轨迹和动轨迹,明确低位零速投种条件;开展排种器性能试验。排种试验结果表明,影响合格指数的主次顺序为排种转速、吸种负压和卸种正压,最佳参数组合为排种转速19.56r/min、吸种负压2.05kPa、卸种正压1.00kPa。经台架试验验证,其性能指标为合格指数均值91.48%、漏播指数均值4.28%、重播指数均值4.24%。投种试验结果表明,当投种正压为0.8~1.0kPa、工作转速为18~20r/min、投种高度小于200mm时,粒距变异系数不大于13.2%,工作性能较优。     

马铃薯播种机排种机械化种植技术研究

马铃薯是我国一种重要经济作物,在我国有较大的种植规模。为实现马铃薯种植的机械化,基于传感器和单片机技术,结合现有的马铃薯播种机,设计了一种新的排种系统,以解决马铃薯播种过程中的漏播和重播问题。该排种系统由操作显示屏、速度感应装置、数据分析模块、挡板控制器和报警装置几个部分组成。工作时,通过速度感应装置获取播种机的行进速度,然后由数据分析模块根据所设定的播种株距计算挡板开关的频率并进行控制,以达到精准播种的效果。对装载该排种系统的马铃薯播种机在4种不同行进速度工作时,进行薯种漏播率、直播率和株距数据调查,发现漏播率和重播率都很低,远远小于行业标准,且种植的株距与设定值差异很小,具有较高的精确性,能够很好地满足马铃薯种植的要求;其行进速度在0.8m/s左右时,种植质量和作业效率同时达到最佳。     

交错苗带式大豆免耕精量播种机设计与试验

针对黄淮海地区的大豆带状种植要求,提出一种新的种植模式,并设计一种交错苗带式大豆免耕精量播种机.对苗带清理整备装置的旋刀的排布进行设计,通过运动学分析,确定旋刀转速应大于等于379 r/min;设计一种窝眼交错分布的排种器,实现交错苗带播种;设计一种伸缩顶杆投种装置,提高投种效率;设计一种播种开沟器,起到开沟和导种的作...