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。     

播种机自动补播式监控系统的研究

为减少播种机的漏播现象,提高播种机械作业质量和自动化水平,研制了基于单片机的播种机工况自动补播式监控系统.该系统以AT89C51单片机为核心,采用汇编语言编制了系统监控程序,设计了相应的处理电路和补播排种机构.当监测到由于排种器故障或种子箱排空而造成"断条性"漏播时,在声光报警的同时,系统自动启动微型步进电机,带动补播排种器继续排种,直到停车检修.试验结果表明,0.3s的系统灵敏度可将播种机漏播断条长度减小到最低限度.     

免耕播种机播种质量红外监测系统设计与试验

为了对播种机播种质量进行监测,实现精量播种,该文采用红外检测技术,设计了一种对射式传感器,研制了配套播种质量监测系统,并进行了田间播种作业试验研究。该监测系统由多路传感器、监控终端、播种传动传感器组成,结构合理,安装方便,对播种过程出现的堵塞、漏播、缺种等现象,可发出声光报警信号,及时指示故障的位置。田间试验中监测数据与实际测量对比结果表明:该监测系统能够适应田间工作环境,播种质量监测准确率可达95%以上,能够解决人工难以实时监测播种质量的问题,可避免漏播断条现象发生,提高播种机的工作效率和播种质量。     

主动防堵式免耕播种机作业粉尘特性

原茬地免耕覆秸精播机在高速作业过程中,粉尘影响气吸式排种器排种性能,导致播种质量降低。该文对作业粉尘进行物性参数测定,通过理论分析建立粉尘飘移运动学模型,运用CFD-DEM耦合和二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、风向和风速为试验因素,粉尘浓度为评价指标,探究原茬地免耕覆秸精播机作业周围5 m空间内的粉尘分布规律。结果表明：风向和风速对粉尘浓度具有极显著影响（P<0.01）,作业速度具有显著影响（P<0.05）,影响主次顺序为风速、风向、作业速度;最小粉尘浓度分布空间为清秸防堵种床整备装置上方对应中间播种行0.32 m3的立方体空间范围。田间验证试验结果表明,虚拟仿真与田间试验粉尘分布范围相对误差小于8.6%,仿真分析方法可行,结果可靠。研究结果可为主动防堵式免耕播种机特别是原茬地免耕覆秸精播机防尘式气吸排种系统设计提供理论参考依据。     

基于北斗/GPS的谷物收割机作业综合管理系统

针对在谷物产量测量作业中收割机采用单一的全球定位系统(global positioning system,GPS)进行定位时定位信息不稳定的问题,提出利用具有定位和双向通信功能的北斗/GPS双模用户机,其内部采用北斗(BJ-54)和GPS(WGS-84)2种混合定位方式,将这2种定位方式互补使用,可以解决当使用单一定位情况下定位信息不稳定的问题。利用北斗/GPS双模用户机的定位信息实现谷物收割机行走线路图的测绘;利用北斗卫星的报文通信功能代替全球移动通信系统短信息服务,实现谷物收割机作业数据的远程传输功能。谷物收割机作业综合管理系统包括作业管理中心和车载子系统两部分。车载子系统实现收割机的地理位置、收割面积和谷物质量等数据的采集,然后将采集的数据通过北斗卫星传输给作业管理中心。作业管理中心利用这些数据可以绘制出收割机作业轨迹图和产量分布图,同时作业管理中心也可以向收割机发送作业指令,并通过文本语音转换模块将文本内容转换成语音信号输出,实现作业的综合管理与调度。田间产量测量试验表明,系统测量谷物收割面积相对误差为2.9%,谷物产量相对误差为3.47%,系统运行稳定、可靠。该系统可为南方丘陵山区谷物收割机跨区作业的产量测量、管理提供参考。     

油菜宽幅播种作业监测系统设计与试验

针对油菜宽幅播种作业过程中播量监测与漏播检测的问题,该研究设计了一种适用于宽幅播种的油菜播种监测系统。该监测系统由播种监测终端与种子流传感检测模块构成,可通过改变连接种子流传感检测模块的数量,适配不同作业幅宽的播种机。种子流传感检测模块将种子穿过感应面生成的单脉冲排种信号并传递给播种监测终端;播种监测终端利用I2C总线对端口扩展用于接收多路油菜种子的排种信号,并生成油菜排种过程的多路种子流排种时间间隔序列,用于实现各行播量、排种频率的计量,并依据相关国家标准对播种作业进行漏播判定。在播种监测终端内构建MariaDB服务器用于对播量、排种频率和漏播状态等播种状态信息进行实时存储、管理,为田间管理与处方作业提供支持。播种监测系统的台架试验表明,在排种频率不高于32.73 Hz时,播量监测的准确率不低于97%,满足播种监测的准确性要求;在排种器不产生严重漏播（漏播指数≤15%）时,漏播指数检测值与高精度的视觉检测试验台的最大偏差为2.21个百分点。结果表明播种监测系统对油菜播种的播种监测与漏播检测的准确性满足使用要求。田间试验表明针对油菜播种的田间播种播量监测准确率不低于96.5%,监测系统在田间作业环境下可稳定工作。该油菜播种监测系统为油菜播种的作业质量评价提供了技术支持。     

基于RVM的配比变量排肥掺混均匀度离散元仿真及验证

采用试验测量或现有的间接标定方法很难实现配比变量排肥离散元仿真的参数标定,针对此标定难题,该文提出一种基于肥料掺混均匀度-仿真参数相关向量机模型主动寻优的标定方法。将配比变量离散元排肥过程看作特定的非线性系统,采用相关向量机机器学习方法揭示模型参数与肥料掺混均匀度之间的映射关系,建立回归元模型;基于最优模型参数值对应的肥料掺混均匀度值应与试验值一致,采用建立的元模型结合试验统计结果构建适应度函数;基于约束最优的数学思想建立数学模型,通过最优参数值遗传算法迭代计算,得到最优值。5种排肥转速下(30、40、50、60、70 r/min),排肥器采用碰撞边缘为外凸曲线形的A型掺混腔时,标定模型排肥后肥料掺混均匀度与试验值的相对误差均值:氮肥为6.4%,磷肥为4.1%,钾肥为5.9%;标定前氮肥为26.8%,磷肥为28.9%,钾肥为36.1%。采用碰撞边缘为直线形的B型掺混腔时,标定模型排肥后肥料掺混均匀度与试验值的相对误差均值:氮肥为5.8%,磷肥为5.6%,钾肥为4.9%;标定前氮肥为21.9%,磷肥为32.5%,钾肥为28.9%;采用碰撞边缘为内凹曲线形的C型掺混腔时,标定模型排肥后肥料掺混均匀度与试验值的相对误差均值:氮肥为5.0%,磷肥为3.7%,钾肥为8.7%;标定前氮肥为36.2%,磷肥为31.6%,钾肥为24.4%,该方法能够实现配比变量排肥离散元仿真参数准确有效的标定。     

油菜精量直播机播种监测系统传感装置改进及通信设计

针对油菜播种作业质量实时监测、播种量计量的问题,设计了油菜精量直播机播种监测系统。该监测系统由多路油菜种子流传感装置和油菜播种监测显示终端装置组成,油菜种子流传感装置安装于油菜精量排种器下方输种管道上,利用MSP430单片机系统的时间捕获中断程序及定时计数程序实时记录油菜种子流的排种时间间隔序列、排种频率、排种总量并根据国家标准计算获得漏播指数、合格指数,采用"多对一"传输方式无线发送至油菜播种监测显示终端装置。监测显示终端实时显示多路播量信息、排种性能指标信息以及每一路的排种频率曲线。设计了应答模式的轮询数据通信协议实现监测系统在数据传输过程中的可靠性、容错性、准确性。播种监测系统台架试验及田间试验结果表明:该播种监测系统工作稳定可靠,播种质量监测准确率达96%以上,在田间较空旷场地传输距离达60 m,满足播种监测的需要,并为油菜播种状态图的生成提供了技术支撑。     

基于农机空间轨迹的作业面积的缓冲区算法

农机规模化管理与市场化作业服务需要准确、实时、便捷的农机作业面积测量方法。该研究基于农机空间运行轨迹,设计了作业面积测量的矢量缓冲区算法和栅格缓冲区算法,并通过农机满幅作业和重叠作业对比试验,检验了上述2种缓冲区算法与距离测量算法分别在R1K(real time kinematic,实时动态差分)、亚米级和单点定位3种不同GNSS(global navigation satellite system,全球导航卫星系统)定位精度条件下的测量相对误差。试验结果表明:当农机具备自动导航满幅作业条件时,距离测量算法在任何定位精度下均能获得较高精度测量结果;缓冲区算法仅在差分定位时测量精度较高。当农机无导航重叠作业时,距离测量算法的误差会随着作业重叠率的增加而显著增大,而缓冲区算法不受作业重叠的影响,测量精度稳定。目前国内仍普遍采用人工操控的农机作业方式,重叠作业不可避免,缓冲区测量算法能够提供更加准确的作业面积测量结果。     

锥盘式撒肥装置的性能分析与试验

针对目前大多数撒肥机在作业过程中存在抛撒不均问题,该文设计了一种锥盘式撒肥装置。通过对该装置结构和工作原理的阐述及肥料颗粒在撒肥盘、叶片上和空气中的动力学和运动学分析,建立了肥料颗粒的运动模型。以叶片长度、叶片水平投影倾角、撒肥盘转速、肥箱落肥口位置和面积为试验因素,以肥料抛撒的横向变异系数为试验指标进行了台架试验。试验表明,当落肥口位置（落肥口中心点在以叶片旋转中心在地面的投影为坐标原点的空间直角坐标系中的坐标值）为（70 mm,0,800 mm）,叶片长度为150 mm,落肥口面积为2456 mm2,叶片水平投影倾角为1°,撒肥盘转速为1090 r/min时,横向撒肥变异系数为5.215%,此时肥料抛撒的均匀性最好,满足施肥作业要求。该装置基本上解决了肥料抛撒不均方面的不足,为锥盘式撒肥机的设计与优化提供了参考。     

双腔气力式水稻精量水田直播机设计与试验

杂交水稻分蘖能力强,产量高。为满足杂交水稻水田直播需求,该研究以3～5粒/穴为播种目标,设计了一种双腔气力式水稻精量直播机。介绍了双腔气力式水稻精量直播机主要工作部件结构,并对负压风力系统进行选型与设计。以杂交稻甬优4949为试验对象,以吸种负压与直播机前进速度为影响因素进行了田间试验。试验结果表明：当吸种负压为3.2 kPa、直播机前进速度为0.2～0.4 m/s时,10行排种器平均播种合格率（3～5粒/穴占比）为91.04%,0～2粒/穴占比2.23%,大于5粒/穴占比6.73%,各排种器之间的播种合格率变异系数为1.24%,满足杂交稻田间播种作业要求,为水田精量直播提供了参考依据。     

播种机组纯作业时间利用率与地块条件的匹配模型与试验

机械化播种作业是现代农业生产的重要环节,纯作业时间利用率是衡量播种机组作业效率的重要指标。该研究依据农业机组运行机理,在调查研究的基础上,提出季节时间利用率概念,确定了播种机组的作业时间构成,建立了播种机组纯作业时间、转弯时间、加种肥时间的计算模型和3种加肥方式下的播种机组纯作业时间利用率计算模型,明确各参数随地块面积、地块长度等条件变化的一般规律;以此为基础,在机组正常作业状态下,采用定距离多点多设备同步跟踪测的试验方法获取4种典型播种机组各类作业时间数据,并运用3σ原理剔除无效数据;依据所建模型及有效试验数据,采用Matlab 2012b对4种播种机组的纯作业时间利用率随地块条件变化规律进行模拟仿真,并采用Sigmaplot 12.5软件直观表达试验结果;进而探索了播种机组纯作业时间利用率随地块条件化的原因,确定了目标时间利用率条件下不同播种机组与其所适宜的作业地块面积和地块长度的定量关系:播种机组纯作业时间利用率大于0.6时,约翰迪尔7830机组适合作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 200~1 400 m;维美德171机组适宜作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 000~1 200 m;常发504机组适合作业的地块面积大于等于1 hm^2、地块长度为500~1 500 m;黄海254机组适合作业的地块面积大于等于0.3 hm^2、地块长度200~1 500 m。研究成果可为不同地块条件的播种机组选型提供定量依据。     

精密播种智能监测仪的研制

应用单片机技术，研制出一种精密播种机智能监测仪，该仪器与大型宽幅精密播种机配套使用，可实现播种作业的全过程监测。当播种机发生漏播时仪器发出声音警报并有屏幕提示漏播行，同时还可为播种作业提供实时的作业指导。几年来经过较大范围的实际使用表明，该监测仪具有较高的监视可靠性及测量精度。     

指夹式玉米免耕精密播种机的设计与试验

该文为解决北方地区播种时秸秆量大各地区种植模式差异大,传统玉米免耕精密播种机适应性差、作业效率低、开沟器易堵塞等问题,设计了指夹式玉米免耕精密播种机,分析和确定了施肥开沟器、拨草轮、玉米免耕播种单元等关键部件的结构参数。田间试验表明采用渐开线式齿形拨草轮能有效的将杂草、秸秆拨离苗带,有效防止开沟器堵塞和种子播在秸秆上的现象。在9 km/h的作业速度下,机具播种深度合格率92%,粒距变异系数9.6%,漏播指数2.5%,重播指数4.5%。一次能完成开沟深施肥、拨草整理苗带、单粒精密播种、覆土、镇压覆土作业,土壤搅动小,作业质量满足农艺要求。     

机械式自清洁播种头设计与试验

为解决现有针式穴盘播种机的吸嘴易发生堵塞影响播种质量的问题,该文基于气吸-气吹的播种原理,设计了一种机械式自清洁播种头,结构包括吸嘴头、固定部、清洁活塞、顶针和复位弹簧等,通过清洁活塞和顶针对吸嘴头进行疏通和排种作业。建立了负压吸种、正压机械排种的力学模型,分析结果显示,吸种气流速度与吸嘴的吸附孔直径成正比,与吸种高度成反比;排种压力取决于种子重力、复位弹簧压缩力和种子吸附力。在吸种高度一定的条件下,吸种负压与吸附孔直径负相关;在吸附孔直径一定的条件下,吸种负压与吸种高度正相关。试验结果表明,在播种速度为40排/min,吸种真空度为35 kPa,排种压力为50 kPa时,自清洁播种头播种的单粒率为95.31%,空穴率为1.56%,重播率为3.13%,各指标与传统针式吸嘴相比分别提高了7.81%、6.25%、1.56%,播种质量和防堵效果均有显著提高。该文为自清洁播种头的参数优化与排种质量进一步提升提供了理论依据。     

大粒种子定向精量播种装置参数优化试验

针对传统精量播种机难以对大粒种子进行定向精量播种,该文基于直线振动器定向送种、气缸驱动种穴转向及负压针式播种技术,开发了一种可实现大粒种子45°定向精量播种的装置。以瓠瓜种子为播种对象,对定向种穴机构和负压播种机构进行参数优化试验,得到定向种穴与种子输送轨道出口的垂直距离为1.5 mm、水平距离为0、直线振动器送种速度为65 mm/s时,种子进入定向种穴内的成功率可达98.89%;负压吸嘴垂直运种速度为40 mm/s、种子压入基质深度为3 mm、压种停滞时间为1 s时,种子相对于设定方向的角度偏转平均值仅为0.8°。通过对大粒种子定向精量播种装置进行综合播种作业性能试验,得到该装置播种作业生产率可达6000穴/h以上,单粒率为97%,91%以上种子角度偏转小于10°,95%以上种子角度偏转小于15°,种子最大角度偏转小于25°。该研究可为大粒种子定向精量播种机的开发设计提供参考。     

基于种子带模式小区精密播种装备的研制

摘要：为了提高小区播种的精确性和均匀性,研制了一套可适用于多种作物的基于种子带模式的精确播种装备。该套装备由种绳编织机和种绳播种机组成。种绳编织机采用气吸式排种器将种子播在种子带上并编制成种绳,排种器可通过更换带有不同尺寸和不同数量吸孔的吸种辊筒来适应多种作物的种子不同株距和不同播种量要求。种绳播种机可以实现起垄、垄定型、开沟、铺设种绳、覆土和镇压等功能。以胡萝卜为对象进行了机器播种性能试验,种绳编织机2.7%的漏播率和96.3%的株距合格率表明排种器具有很好的排种均匀性。92.3%的播深合格率以及95.7%的种子发芽率表明种绳播种机能够很好地满足农业作业要求。     

秸秆覆盖免耕法

本文阐述了传统耕作法,少耕法和免耕法的基本概念,分析了秸秆覆盖免耕法的原理。夏玉米免耕覆盖种植机械化技术就是应用秸秆覆盖法的原理试验成功的一项科研成果,这项技术由三项作业,六项技术组成,具有节能,省工,增产,增加土壤有机质,改善土壤结构等效益,是对传统耕作法改革的一项新型耕作技术。研制成功的免耕播种机是实现这项技术的关键机具,本文介绍了其工作部件及工作原理。最后指出这项新技术在我国小麦、玉米两熟地区推广应用的意义。