自动往复播种机的机械机构及电气系统设计

为提升小麦播种自动化水平,笔者设计了一款自动往复播种农机设备。该设备包含种床整备装置、运动牵引装置,电气系统包含PLC播种控制单元、往复监测传感器单元、物理株距监测单元等,通过机械结构搭配和电气系统控制,实现田间小麦种子自动往复播种作业。试验结果表明:设定小麦播种循环次数5次、物理株距25 cm时,实际播种作业循环次数达标,物理株距合格率为100%,无漏播和重播情况,有利于提升田间播种的自动化作业程度,具有一定的农业生产推广应用价值。     

气吸式玉米电动播种机控制系统设计与试验

为提高气吸式播种机播种、施肥作业的自动化程度和作业质量,研制了气吸式玉米播种机电动播种及施肥控制系统。以嵌入式工控机为系统核心,单片机、电机、传感器构成播种和施肥控制器,每个排种器和排肥器配置独立电机和控制器,核心机把输入的株距、施肥量等信息通过CAN总线传输给控制器,控制器根据作业信息和作业速度实时调节排种电机和排肥电机转速、播种速度和施肥量。试验结果表明:样机株距合格率97.1%,施肥相对误差3.3%,可实现一机播多种作物,减少了机械调整操作,提高了播种的自动化程度。     

马铃薯智能精密播种系统的研制

针对现有马铃薯播种机播种株距调整麻烦、土壤状况对播种精度影响较大及振幅调整不便等问题,研制了一种马铃薯智能精密播种系统。该精密播种系统采用液压马达驱动播种单元,实现播种株距的无极调整,提高了马铃薯播种机的适应性和抗干扰能力。该系统通过检测实际株距与设定株距的差值,自动修正薯种输送带的运行速度,确保实际株距始终保持在设定株距范围内;通过检测模块采集播种过程的漏种情况,自动调整输送带的振动幅度,减小重种、漏种率,提高播种精度;通过人机交互模块设定播种参数,实现播种状态的可视性。本研究对提高马铃薯播种机的作业效率、减轻劳动强度,更好地适用于马铃薯的大规模种植和服务现代农业具有重要意义。     

基于嵌入式单片机的仿形玉米播种机设计研究

国内外玉米播种机在排种、施肥的驱动方面多采用机械传动,在调整株距和施肥量方面为有级调速且精度较差。为此,设计了玉米播种机嵌入式单片机控制系统,可测定机组实际作业速度以控制株距和施肥量。控制系统由地轮与GPS的比较测速系统、主控单元、驱动单元、带反馈的播种与施肥电机等组成。其中,比较测速系统使播种株距更加均匀,驱动采用PWM信号及PID算法,电机跟随性良好;整体采用模块化设计,便于播种机单体的扩展。田间试验表明:播种的株距均匀度优于机械式播种机,设定株距为25cm时,株距合格率达100%,没有重播和漏播,最大偏差为7 cm,施肥量精度高于传统手工调节的方式,施肥偏差低于4%,有很大的推广价值。     

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。     

格立莫MATRIX1200型12行甜菜精量播种机

MATRIX的2.5 cm超低落种高度使每一粒种子都安全地落入垄沟里.每个播种单元独立电机驱动可轻松变换播种株距,实现智能播种(即自动减小在行车道旁边行中的播种株距)和区块控制(例如避免地头交错播种,节省种子).     

气吸式小麦电控播种系统的设计与试验

传统的小麦播种机在播种作业中,地轮为排种器提供动力,其会受到田间复杂环境的影响而产生打滑现象,降低了播种均匀性,小麦播种质量受到较大影响。为实现小麦精量播种,结合气吸式小麦排种器设计了电控排种系统。系统利用旋转编码器测得机具行进速度,控制器依照预先设定的株距参数,分析得出合理的排种器转速并对电机进行控制,实现可控株距的小麦单粒精量播种。试验台排种试验结果表明:排种器的排种合格指数为88.05%,重播指数为3.64%,漏播指数为6.96%,合格粒距变异系数为23.07%,播种质量指标符合JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机技术条件》,满足小麦精量播种的农艺要求。     

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。     

玉米电控排种系统的设计与试验

目前玉米播种设备智能化水平相对较低,由地轮及链条驱动排种器会出现地轮打滑、链条跳动等问题,导致播种不均匀,漏播和重播指数增大,播种合格率降低;现阶段播种控制策略精度相对较低,有待提高。针对上述存在的问题,设计了一款电控播种系统,选择AT89C52单片机作为控制核心,采用雷达测速仪采集播种机前进速度,有效地减少所采集到的信息误差,根据设定株距以及播种机前进速度等信息,通过控制器计算并自动调节电机转速。系统设计了自动报警系统,可以对重播、漏播、堵塞、故障等现象进行监测。为提高电控系统的控制精度,系统采用双闭环控制方法,利用粒子群算法和模糊算法结合对PID参数进行整定优化,通过Matlab/Simulink软件建立仿真模型,通过仿真及试验证明该方法有着更加良好的控制精度及响应速度。田间试验表明,该排种系统平均播种合格指数为93.99%,较传统PID控制方法提高3.19%,播种效果良好。     

基于电驱动的智能播补一体化马铃薯播种机设计研究

马铃薯是我国重要的粮食和经济作物，在西南丘陵山区受限于地势条件，现有马铃薯播种机在作业时均不同程度的存在株距误差大、漏播及重播率高、土壤条件适应性差的问题。为此，设计了以AT89S51单片机为运算核心的播补薯一体机，主要由漏播监测、播补薯、株距控制模块组成。其中，漏播监测模块主要由红外线发生和接收装置组成，播补薯模块主要由步进电机驱动的取种勺根据系统命令执行指定作业，株距控制模块则通过设定的株距指令控制电机的转速及修正；同时，以步进电机作为动力取代了传统的地轮驱动以减小株距误差，步进电机驱动的单链取种勺集成播补薯功能于一体。试验表明：机具作业行走速度在0.6～1m/s时，补薯成功率为73%～81%,总播种成功率为97%～98%,播种株距误差为2.52%～4.83%,整体播种性能完全满足马铃薯播种农艺要求。     

电驱式玉米高速作业播种机控制系统设计与试验

我国市面上流行的玉米播种机多数采用指夹式排种器和气吸式排种器,依靠地轮传递带动排种器排种,在一定程度上提高播种粒距均匀性,但排种仍然会受到地轮打滑的影响。针对以上问题,设计电驱式玉米高速作业智能播种机控制系统,以STM32F103芯片作为主控器核心,该系统由地轮安装速度传感器测量机具速度,根据智能车载终端设置的作业参数,通过算法计算目标排种电机转速,实现播种株距与机具前进速度实时匹配,采用红外光电式传感器进行实时播种监测。室内试验和田间试验结果表明：该系统转速控制精度高,播种计数和漏播监测精度较高;设置株距为25 cm时,作业速度分别为8 km/h、10 km/h、12 km/h进行3组重复试验,在3种作业速度下,平均合格指数分别为95.18%、94.36%、91.24%;变异系数分别为15.36%、16.83%、18.24%。     

基于PLC的玉米机械播种量控制系统设计

针对玉米播种机效率低下及播种量自动调节的问题,研制了基于PLC的玉米机械播种量控制系统。系统主要由传感器模块、无线传输模块、PLC控制模块、电机驱动单元和排种器组成。通过建立玉米播种台运行速度和步进电机转速之间的函数模型,利用播种台运行速度控制步进电机的转速,进而控制玉米播种量的控制。实验室和田间试验结果表明:玉米播种量控制系统运行稳定,机械性能良好,播种质量达到国家标准,能够满足用户的使用需求。     

型玉米套种精量穴播器研制

基于种肥同施单元和穴播变频单元等结构研制了一种玉米套种精量种肥穴播器,主要用来实现小麦收获前期的玉米套种播种机械化,可精确控制种子、化肥的穴播量及穴间距（130～380mm）。与此同时,对自行研制的套种精量种肥穴播器进行了相关试验。结果表明：该穴播器有较高的工作可靠性,行走流畅且不会影响小麦的生长和收获,能够高效地完成小麦垄沟间玉米的精量播种;播种行距、株距均匀,深度适中,基本没有漏播、重播现象。该穴播器适用丘陵地区作业,并能实现播种量、施肥量的调节。     

小型玉米套种精量穴播器研制

基于种肥同施单元和穴播变频单元等结构研制了一种玉米套种精量种肥穴播器,主要用来实现小麦收获前期的玉米套种播种机械化,可精确控制种子、化肥的穴播量及穴间距(130~380mm)。与此同时,对自行研制的套种精量种肥穴播器进行了相关试验。结果表明:该穴播器有较高的工作可靠性,行走流畅且不会影响小麦的生长和收获,能够高效地完成小麦垄沟间玉米的精量播种;播种行距、株距均匀,深度适中,基本没有漏播、重播现象。该穴播器适用丘陵地区作业,并能实现播种量、施肥量的调节。     

基于卡尔曼滤波PID控制的精量排种器优化设计与试验

针对设施蔬菜种植过程存在漏播、重播问题,设计基于卡尔曼滤波PID控制技术的精量排种器。分别对排种器关键组件和监测装置进行结构设计,建立传感器实时监测车速信号的控制系统,同时以不同作物株距值共同作为控制依据,补偿融合卡尔曼滤波的PID控制方法,通过调控电机保持转速的稳定性,从而实现精量播种。仿真结果表明：卡尔曼滤波的引入,对噪声干扰起到良好抑制作用,可提高系统稳定性。以排种盘转速和行走速度为变量,以株距合格率、重播率、漏播率和株距变异系数为指标,进行两因素五水平的二次回归正交旋转组合试验。台架试验表明：在不同车速下,株距变异系数均在规定的≤35%指标范围内,排种盘转速为10 r/min,行走速度为1.6 km/h时,株距合格率为95.9%,重播率为29%,漏播率为1.9%,株距变异系数为12.1%,满足设施蔬菜的精量播种要求。     

基于电机驱动的玉米精量播种机智能化株距控制系统设计

由于传统玉米播种机作业过程中存在的地轮打滑问题,严重影响玉米播种均匀性和玉米的产量。为此,开发了以单片机为控制中心、开关型霍尔传感器为测速元件、步进电机为动力源,利用触摸屏输入种子粒距以实现播种参数的显示,采用信息无线传输技术,通过实时控制步进电机的转速来带动排种器按需排种的玉米精量播种机智能化株距控制系统。     

基于移动4G的株距自适应玉米收割机优化设计

为了提高玉米收割机的株距的自适应能力、降低漏采率、提升工作效率,设计了一种新的株距自适应玉米收割机,大大提高了玉米收割机的作业精度和效率。依据移动4G信号的传播特性,设计了玉米株距实时测量系统,针对中国4G现场测试环境,研究提出了一种电波传播特性测量与建模方法,结合高性能测试仪器和虚拟仪器技术设计构建了3.5GHz测量系统。测量得到的株距量由A/D转换器转换为数字信号,再由单片机进行处理,对执行末端发出指令,调整玉米收割机割台分禾器的间距,从而可以对不同株距的玉米进行收割作业。对设计的玉米收割机进行测试发现:其株距自适应能力较好,可以随株距的变化自动调整分禾器间距,玉米穗的漏采率和破碎率较低,符合高精度作业玉米收割机的设计要求,为玉米自动化收割机械装置的研究提供了较有价值的参考。     

农业激光自动采摘定位机器人控制系统设计——基于PID控制

结合STM32和MSP430单片机设计了一种新的农业果实采摘机器人激光自动瞄准系统,并在系统设计过程中引入了PID算法,大大提高了果实采摘机器人的定位精度和自动化程度。该系统对果实目标区域采用两组控制系统进行图像采集和运动控制。其中,STM32单片机控制图像采集设备,并对图像信息进行分析处理,数据结果经无线通信送MSP430单片机,控制电机带动激光笔移动瞄准目标位置。系统采用Open CV处理图像,实现了人机交互功能,利用PID控制算法调整瞄准误差,提高了瞄准精度,通过对电机的闭环控制,实现了激光自动瞄准功能。实验结果表明:此系统可以成功锁定目标,达到了较高的精度,为激光瞄准系统在农业自动化和现代化中的应用研究提供了理论依据。     

小麦单粒精密播种机的研制

针对现阶段小麦育种缺乏相应机械,人工点播劳动强度大、效率低、难于满足育种农艺要求等问题,研制了一种基于FPGA控制技术的小麦单粒精密播种机。该机在旋耕平整后的土地上作业,可一次性完成种床平整、单粒播种及覆土镇压作业;利用电机驱动代替地轮驱动,根据作业速度自动调节电机转速,实现等距播种。试验结果表明:整机结构简单、体积小、造价低,能够完成宽苗带单粒播种作业,效率高且适应小麦小区作业的农艺要求,为小区及大田单粒播种提供了理论与实践依据。     

株距无级调节器试验及输出函数模型研究

株距无级调节器要进行株距的无级调节,必须要建立株距无级调节器转入转速、输出转速、调节架位移和株距之间的函数模型。滑移率是指播种机工作时地轮滑动成分所占的比例,滑移率是影响播种质量的重要因素。为此,利用齿轮转速传感器测得播种机的滑移率,然后反馈给株距无级调节器的控制系统,通过调节株距无级调节器的调节架位移来改变理论播种株距,从而减小滑移率对播种质量的影响,提高播种的均匀性。