叉指电容式棉花穴播取种状态监测系统研制

针对气吸式穴播器存在重播和漏播,而传统排种检测装置不适配且易受环境温湿度影响的问题,该研究开发了一种基于叉指型电容传感器的棉花穴播取种状态监测系统。首先设计符合其结构和工作特点的传感器,以Pcap02微小电容采集模块采集电容输出值并对其处理分析,实现对正常单粒播种、重播和漏播的准确判定,并进行试验,试验结果表明：该模块的测量误差在1%以内,棉种质量预测误差小于3%,满足使用要求。在速度为30～50 r/min范围内,正常单粒播种误判率小于3%,重播误判率小于4%,漏播均可以被准确判定,但由于棉种质量差异,存在正常单粒播种被误判为重漏播、重播被误判为正常单粒的情况;由于振动导致系统整体监测精度下降,但均保持在93%以上;系统监测与机器视觉监测的正常播种、漏播和重播数,不存在显著差异（P＞0.05）。说明该系统能满足气吸式穴播器的结构和工作特点,能准确判定其取种状态,具有较好的准确性和稳定性,对棉花实现精量播种具有重要意义。     

双仓转盘式棉花竖直圆盘穴播排种器设计与试验

针对棉花竖直圆盘穴播排种器充种性能差、破损率高等问题,结合棉花穴播农艺,设计了一种双仓转盘式棉花竖直圆盘穴播排种器。介绍了穴播排种器结构组成及工作原理,设计计算了取种盘结构参数,对充种区和转运区临界状态棉种进行受力分析,建立力学模型,分析说明了窝孔安置角和取种盘转速对充种性能的影响,得出棉种临界破损状态时,取种盘和种子间隔圈的最小配合间隙为1.47 mm。以取种盘转速、窝孔安置角、排种间隙为试验因素,单粒率、破损率为响应指标,利用穴播器试验台开展响应面试验,并利用Design-Expert8.0进行多目标寻优。结果表明,3个因素对单粒率的影响大小顺序依次为窝孔安置角,排种间隙,取种盘转速。对破损率影响的大小顺序依次为取种盘转速,排种间隙,窝孔安置角。最优排种组合为取种盘转速23.9 r/min,窝孔安置角31.7°,排种间隙2.08 mm。对最优排种组合进行田间验证试验,分别将取种盘转速、窝孔安置角、排种间隙修定为24 r/min、32°、2.0 mm,得到单粒率为94.3%,破损率0.09%,试验指标满足国家标准,该研究可为棉花双仓转盘式竖直圆盘穴播排种器的结构设计、优化提供参考。     

手持精量穴播器的研究与设计

针对黑色或有色地膜覆盖栽培的农作物需先铺膜后播种这一情况,研究设计了手持精量穴播器。它结构简单,携带方便,可在砂性或粘性土壤下工作,将切膜、起膜、播种、覆土４项工序一次完成,省工省力,提高劳动效率。     

夹持自锁式棉花精量穴播轮的研究

针对夹持自锁式棉花精量穴播轮在使用中存在的问题及其产生的原因,设计了挡种圈和投种器,改进了取种机构。介绍了其工作原理,计算得出其结构尺寸,并从理论上分析了充种、清种和落种过程,建立了充种、清种、落种模型。田间试验表明,改进后穴播轮的充种可靠性能明显增强,有效地解决了由于振动脱落种子和落种卡滞而造成的空穴问题。     

油菜精量排种器变量补种系统设计与试验

针对油菜精量排种器的漏播问题,该文设计了油菜精量排种器变量补种系统。该补种系统由漏播检测装置、排种盘测速装置、变量补种装置及补种监测显示装置组成,各装置间指令和数据采用无线方式进行有序实时传输。漏播检测装置采用压电原理感应排种种子流序列,并利用MSP430单片机时间捕获中断功能实时采集排种种子流时间间隔序列和周期内排种数序列,接收排种盘测速装置测得的理论排种频率并确定检测周期,结合基于时变窗口的漏播实时检测方法计算漏播系数等参数,并根据变量补种策略获得对应补种转速,将其发送至变量补种装置及补种监测显示装置。变量补种装置由螺管式补种器、直流减速电机、单片机控制系统、PWM(pulse-width modulation)电机驱动系统、无线模块和电源组成,接收补种转速指令,并通过对应的占空比驱动电机实现变量补种。补种监测显示装置滚动刷新显示最近10个检测周期的漏播补种参数,便于对变量补种系统调试及监测系统运行状态。变量补种系统试验表明:在正常播种速率范围内,补种装置补种量与排种器当量漏播量比值稳定在1.2~1.4,补种后无漏播存在。该变量补种系统可为油菜等小粒径种子漏播补种技术与装置提供有效支撑。     

勺匙式玉米精量取种器的设计与试验

为实现玉米精量播种,设计了一种适用于穴播轮的新型勺匙式取种器.在确定了取种器关键参数后,对其工作原理和过程作了分析,得出了影响勺匙式取种器性能主要因素和临界条件.以导种管弯角、容种高度和机组行走速度为因素,以单粒率、空穴率为指标进行了正交试验,通过试验数据分析可知,使勺匙式取种器性能最佳的参数组合是:导种管弯角90°、...     

内充种组合型孔式播量可调棉花精量排种器设计与试验

为改善内充种式排种器用于棉花排种时易出现剪切伤种、内窝孔口堵塞以及播量无法调节的问题,该文设计了一种组合式阶梯状充填孔的播量可调式棉花精量排种器。以含水率为11.01%(湿基)的"鄂抗棉-10"棉种为试验对象,采用三元二次回归正交旋转组合设计试验,分析了内窝孔深度、入种口高度与排种盘转速对排种性能的影响规律,并获得了上述3因素的最佳工作参数组合。试验结果表明:排种器工作时种子破损率较低,凹型充填孔更适宜于棉花直播作业,影响排种器排种合格率的主次因素依次为排种盘转速≥内窝孔深度≥入种口高度,在内窝孔深度7.7 mm、入种口高度62.9mm、排种盘转速23.52 r/min时,排种合格率((2±1)粒/穴)为96.23%,漏播率(0粒/穴)为1.85%,重播率(大于3粒/穴)为1.92%,破损率为0.17%,满足棉花精量直播农艺要求。试验结果表明,阶梯状充填孔有延长清种时间与约束充种形态的作用,可减少排种器种子破损率3.73%,提高精量排种质量,可为内充种式排种器结构设计与优化提供参考。     

双腔侧充种式水稻精量穴播排种器的设计与试验

为实现杂交稻和常规稻大田精量穴播,该文设计了一种具有弧形毛刷清种护种装置的双腔侧充式水稻精量穴播排种器,其单腔播种时用于播种杂交稻,双腔播种时用于播种常规稻。为评价该排种器排种性能,以合格率、漏播率、重播率、破损率为评价指标,以杂交稻"培杂泰丰"和常规稻"黄华占"为试验对象,以排种轴转速为影响因素,进行了排种性能台架试验。试结果表明:当排种轴转速为25 r/min,穴距150 mm,投种高度为150 mm,排种盘型孔中心线与排种盘端面间夹角为20°,且过端面上型孔截面长轴方向与排种盘面径向夹角为90°时,排种器单腔播种含水率为21.66%的杂交稻"培杂泰丰"破胸露白芽种合格率(2~4粒/穴)为87.04%,空穴率(0粒/穴)为3.33%,破损率为0.40%;双腔播种含水率为22.47%的常规稻"黄华占"破胸露白芽种合格率(5~8粒/穴)为70.26%,无空穴,破损率为0.06%。该排种器具有双腔结构,可同时或分腔进行播种,能同时满足杂交稻和常规稻播种要求。该研究为排种器的结构设计提供了参考。     

辣椒机械式自动精量排种器设计与试验

辣椒漂浮育苗具有占地面积小、育苗周期短和椒苗品质好的优点,播种环节要求一穴一粒精量播种,通常采用人工点播,存在劳动强度大和播种效率低的问题。针对以上问题,该研究以磁力回位型排种器为基础,设计了一种适于辣椒漂浮育苗的机械式自动精量排种器,并对关键机构进行设计,通过单因素试验获得曲柄直径、曲柄电机工作转速和种量的较优区间,以单粒合格指数、重播指数和漏播指数为指标进行三因素三水平正交试验,建立回归模型,并进行参数优化。试验结果表明,在排种器旋转倾角30°、旋转电机角速度0.07rad/s(即生产率240盘/h),曲柄直径为30mm、曲柄电机转速为230r/min、种量为4千粒时,排种器的播种效果较好,单粒合格指数为91.04%,重播指数为5.21%,漏播指数为3.75%,相比于人工操作磁力回位型排种器,单粒合格指数提升了5.81个百分点,重播指数降低了6.45个百分点,满足辣椒漂浮育苗的播种要求,可为辣椒育苗轻简化生产和小籽粒种子的机械式精量排种器研究提供参考。     

夹持式棉花精密穴播轮作业振动对取种的影响

为了提高夹持式棉花精密穴播轮对作业地表的适应性,通过分析穴播轮作业时的主要振动形式及其振动加速度值得出穴播轮作业时存在失重和超重现象。穴播轮的作业振动对种子的可靠夹持影响较大,分析得出在超重状态下种子可以被可靠夹持,在失重状态下重块会产生反向转动,夹种口张开,种子不受夹持力,处于不稳定状态,依据研究结果改进了穴播轮的取种机构,经试验改进后的穴播轮在振动条件下作业时空穴率由9.3%降低到2.6%,穴播轮对地面的适应能力有明显提高。     

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。     

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。     

勺夹式花生小区单粒精量播种单体设计与试验

针对花生小区播种机播种尺寸差异较大种子时存在适应性差、单粒精播粒距合格率低等问题,该研究设计了一种基于STM32单片机控制的勺夹式花生小区单粒精量播种单体。采用先充种后投种的模式,利用夹持空间可调节的勺夹式排种器向双格盘播种总成内单粒排种,由STM32单片机控制光电传感器、增量式编码器以及步进电机等元件,实现有序充种和投种。根据播种时花生种子的运动轨迹,确定影响机具作业性能的主要参数为机具作业速度和投种口离地高度。以提高单粒精播粒距合格率,降低播种漏播率、重播率、破损率为目标,对机具作业参数进行单因素与双因素数值模拟分析,探究了机具作业速度、投种口离地高度以及二者交互作用对播种性能的影响。试验结果表明,机具作业速度0.9 m/s、投种口离地高度15 cm时的播种效果最佳：粒距合格率为96.20%、重播率为2.97%、破损率为0.50%、漏播率为0.33%,整机通过性和适用性良好,能够满足小区育种试验要求。该研究可为花生小区精量播种技术研发提供参考。     

精准农业技术系统集成在新疆棉花种植中的应用

根据新疆生产建设兵团农业机械化、集约化、规模化生产的特点，结合新疆兵团棉花种植的实际情况和基础条件，利用GIS、RS、GPS、ES、MS等最新技术在棉花精准种植试验区开展研究工作。跟踪国内外精准农业的最新研究发展水平，在数字农业技术创新的基础上，整合国内已有的研究成果，利用信息技术对新疆现有的农业生产设备进行组装配套，研制、开发、集成具有新疆特色的数字农业技术体系与推广模式，进行规模化应用示范。在农田信息采集、处理和实施系统3个方面进行棉花精准种植信息系统集成研究，取得了初步成果：利用自主开发与引进的硬件平台，组装集成的配套技术体系，在棉花的精准播种、节水灌溉、变量施肥、病虫害预测预报与防治、长势监测等产前、产中管理决策中应用，形成一套适宜新疆的先进成熟的棉花生产管理智能化决策系统，同时与变量作业机具组装配套进行示范，该成果可为新疆及其它地区棉花精准种植提供参考模式，具有重大的推广意义，市场前景广阔。     

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。     

棉花双膜覆盖精量播种机的研制

为弥补传统精量播种模式存在的不足、减少作业环节和人工消耗,在分析膜上、膜下穴播优缺点的基础上,根据双膜覆盖精量播种技术的农艺要求,研制出一种棉花双膜覆盖精量播种机。通过田间对比试验,表明双膜覆盖精量播种较常规穴播出苗早2～3 d,出苗率≥94%,苗株齐壮。20万hm2的生产实践表明,研制的2BMSJ-12双膜覆盖精量播种机空穴率≤3%,穴粒数合格率≥85%;窄行最小行距为9 cm,能适应新疆棉花密植种植农艺要求,有助于推进新疆棉花生产全程机械化进程。     

基于知识模型和PDA的精确农作系统设计及应用

为合理利用农业资源,实现作物生产管理的便携式和数字化。该研究基于课题组已有的作物管理知识模型,结合嵌入式GIS和GPS技术,采用系统工程思想和PDA开发技术,在Microsoft VS.NET 2003环境下构建了基于知识模型和PDA的精确农作系统。系统不仅实现了水稻、小麦、油菜、棉花4大作物的播前（移栽前）栽培方案、适宜指标动态设计,实时调控等功能,还具有地图操作、定位导航、空间数据采集以及信息管理等功能。系统于2007年在江苏省吴江市的水稻生产区进行了示范应用,结果表明,精确管理田块平均产量达9 196.9 kg/hm2,与常规管理田块相比,增产幅度达7.43%,并减少了氮肥投入7.5 kg/hm2,表现出明显的增产增收效果。系统的建立为农作物精确管理提供了新的服务载体,同时大大提高了精确农作技术的实用性。     

油菜精量排种器种子流传感装置设计与试验

针对油菜精量播种过程中缺乏小粒径种子流传感而导致播量监测困难的问题,设计了一种油菜精量排种器种子流传感装置。运用高速摄影技术及碰撞动力学模型,记录并分析油菜种子与聚偏氟乙烯压电薄膜的碰撞轨迹,为传感装置的导管、压电薄膜倾角、出种口位置等关键结构参数提供依据。基于油菜种子与压电薄膜的碰撞信号特征分析,设计了沉槽基板-压电薄膜感应结构,将碰撞信号的衰减时间从9缩短至1 ms,提高了对高频种子流检测的时间分辨率,同时能够有效抵抗机械振动带来的干扰影响。对微弱碰撞信号进行放大、半波整流、电压比较、单稳态触发转化为单脉冲信号,通过单片机定时计数采集处理,实现油菜种子流排种频率与排种总量的实时检测,并利用无线收发模块定时发送给监测显示终端,实现播量数据的实时显示与保存。油菜精量排种器台架及数粒仪高频排种试验表明:在排种频率8.1~32.9 Hz范围内,检测准确率不低于99.5%。田间播种试验表明传感装置能够实时检测精量排种器的排种频率与排种总量,在无排种时计数为零,正常播种状态时检测准确率不低于99.1%,机械振动及粉尘对传感装置没有影响。该传感装置为油菜精量播种过程播量监测、漏播检测以及补种提供有效支撑。     

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...