基于全方位旋转喷灌喷头的智能喷灌管理系统研究

【目的】传统农业喷灌方式需要人工巡检,存在水资源利用率低、人力资源浪费、经济效益低、人为管理不精确等问题。【方法】课题组设计了一套基于全方位360°旋转喷灌喷头的智能喷灌管理系统,运用Douglas-Peucker算法对传统喷灌喷头进行了智能化改造,结合MQTT通信和树莓派、Arduino、传感器进行了云平台设计。【结果】该系统可以提供智能喷灌服务,以“X形”沿边界喷洒,可以有效避免水资源的浪费,实现全覆盖喷洒作业,并可以对特定地点进行实时监控与操作。【结论】通过系统化智慧农业服务,降低了农民劳动强度,有效解决了城市绿化的相关问题,最大程度减少了土壤污染,促进了物联网与农业的深度结合,推动了农业灌溉系统的机械化、自动化、智能化发展。     

引黄农业灌区测控一体化闸门调控技术探究

【目的】有效促进测控一体化技术在引黄农业灌区的推广应用,提高灌区灌溉管理水平和水资源利用率。【方法】在探讨测控一体化技术组成和应用的基础上,从测控一体化闸门的作用和重要性、调控技术原理、调控技术方法和措施、调控技术数据分析与调控效果评估方面探究了测控一体化闸门的调控技术。【结果】闸门调控技术的核心是自动化控制,基于传感器采集的实时数据,控制系统能够智能地调节闸门的状态,确定何时打开或关闭闸门,以及以何种速度和水量进行灌溉,灌溉策略的设计需要考虑农田的特性、作物需水量和水资源供应情况,进一步优化灌溉策略以及改进技术性能,提高精度和效率。【结论】农业灌区测控一体化闸门调控技术具有广阔的应用前景,可以提高水资源利用效率、降低能源消耗、保护环境、提高农业生产效益,为实现农业灌溉高效管理和水资源高效利用提供技术支撑。     

基于RobotStudio的码垛机器人控制系统设计

【目的】通过对码垛机器人的控制系统进行优化设计,提高码垛机器人控制系统功能的合理性、高效性和便捷性,使码垛系统协调、合理地流畅运行。【方法】课题组选取智能制造系统中执行单元码垛机器人的控制系统为研究对象,依据智能制造体系中码垛机器人的作业任务,设计了码垛系统的布局和控制流程,采用RobotStudio软件中的Smart组件设计了系统的I/O信号控制逻辑、传送带控制逻辑以及吸盘工具的控制逻辑,并对码垛系统进行搭建与仿真,通过码垛系统仿真运行可得机器人末端执行器的运动轨迹和轨迹点坐标值,验证码垛机器人控制系统功能的合理性、高效性和便捷性。【结果】该控制系统能够较好实现左右码垛任务,具有稳定性、安全性和高效性。【结论】将优化后的码垛机器人控制系统应用于智能制造生产体系中,可实现高品质和高效率的智慧生产,系统应用前景广阔。     

基于Linux的模块化图像采集系统设计

【目的】近年来,图像采集技术已广泛应用于各大智能装备领域,但传统图像采集系统因过度依赖PC,导致整个智能机械体积大、成本高,不利于企业研发生产。【方法】研究小组设计了一种基于Linux的模块化图像采集系统取代PC,该系统主要包括硬件设计和系统程序设计。其中,硬件设计主要为外围设备的电路设计,包括图像采集、图像传输、图像显示等硬件模块部分,而系统程序设计主要为嵌入式Linux系统搭建、外围设备驱动程序和摄像头采集图像信息流程。【结果】对系统进行了测试验证,摄像头采集的图像信息在HDMI显示屏上显示正常,并且可以设置摄像头的亮度、曝光、白平衡等信息。网口网速平均可达938 MB/s,稳定且不丢包,满足该系统高速传输功能需求。【结论】该系统各模块工作正常,能够达到预期效果,适合工厂批量化生产,在未来的农业生产、医疗器械、产品检测等智能机械领域有着非常广阔的应用前景。     

汽车转向外拉杆总成环境疲劳试验台测控系统的研制

【目的】当前国内汽车转向外拉杆总成试验台存在机械传动结构复杂、试验参数通用性差以及自动化水平较低等问题。【方法】课题组设计了一种全新的汽车转向外拉杆总成环境疲劳试验台,取消了机械传动的四连杆运动机构,同时设计了全新的测控系统,采用工控机作为上位机,定制温控箱为试件提供高低温及湿度环境,三菱PLC作为下位机,通过伺服驱动器控制伺服电机旋转实现试件的转动与摆动,利用研华数据采集卡采集转动与摆动信息并反馈给上位机,最后对外拉杆进行测试,并以图表的形式显示测试数据。【结果】试验结果表明,该试验台测控系统满足试验要求。【结论】该系统机械传动结构简单、试验参数通用性强、自动化水平高,可以为国内相关同类产品提供一定的技术参考。     

物联网技术在智慧农业中的应用

【目的】为突破农业领域数据采集困难与智能化程度低等技术发展瓶颈,建设农业物联网,制定农业物联网解决方案至关重要。【方法】本研究利用嵌入式技术、PLC技术、ZigBee组网、计算机网络技术等物联网技术,通过搭建物联网技术在智慧农业的网络链路环境,设计了物联网技术的四层结构图,包括硬件层、网关层、云平台层和应用层。设计了智慧农业网络链路、大棚种植自动化管理控制系统、环境监测子系统和安防监控子系统。【结果】通过建设实时、动态的物联网信息采集系统,可以实现快速、多维、多尺度的信息实时监测,实现农牧业智能监控、智能控制以及农业的可视化、精细化管理。【结论】在智慧农业中应用物联网技术,实现农业生产的自动化控制、信息共享等功能,促进传统农业转型升级,助推我国农业的现代化发展。     

畜禽粪污资源化利用的太阳能成套设备创新研究

【目的】解决国内畜禽粪污光伏供电相关处理设备以及畜禽粪污输送设备,因建设、运行成本及智能化程度低而导致的农户应用积极性不高等问题,实现高效的粪污能源化。【方法】笔者基于当下有关研究成果,结合相关学术理论,对畜禽粪污资源化利用的太阳能成套设备展开创新性设计。该创新设计主要围绕太阳能板自动跟踪控制系统、具有切割粉碎功能的抽排系统以及抽排系统双重控制三个方向展开,并将其投入测试,验证工作效果。【结果】该创新设计对太阳高度角和方位角的计算误差较小,符合太阳光追踪的基本要求,增设了抽排设备智能控制温度,建立的检测控制系统以及接地系统准确且稳定,验证了本研究各模块功能的可行性。【结论】该创新设计可以在一定程度上提高畜禽粪污的综合利用率,促进我国畜禽粪污肥料化、基质化、能源化发展。     

基于手势识别的智能农业采摘控制系统设计

【目的】实现通过手势对采摘机器进行远程操控,优化采摘机器控制系统,减少识别与采摘误差。【方法】笔者设计了一种基于手势识别的智能农业采摘控制系统,该系统应用图像滤波算法,提高了采摘机器控制的准确性与高效性。在系统设计中,将手势识别与远程操控机械臂结合,通过高分辨双目摄像机收集手势图像信息并提取特征,将其转化为电机控制命令后发送至控制层,实现了通过手势对机器的远程操控。【结果】图像滤波算法的识别时间仅为0.3 s,远低于其他两种算法的4.1 s与3.5 s;识别准确率高达96%,远高于其他两种算法的94%与92%。【结论】采用图像滤波算法的系统对手势识别的时间更短、识别准确度更高,可有效提高作物成熟判断准确率与采摘效率,具有良好的推广价值。     

基于改进相关滤波算法的ROS自主跟随式机器人研究

【目的】随着机器人智能化程度的提高,其跟随功能应用日益广泛。医疗领域、养老领域都需要能够自主跟随、辅助的机器人设备协助人工完成相关工作。亟需设计一款响应时间短、跟随效率高的跟随式机器人。【方法】课题组设计了一款基于改进滤波算法的、搭载ROS系统的自主跟随式机器人,对机器人的硬件平台和软件系统进行了详细的设计与说明。在实际应用中,另引入核函数理论,构成核相关滤波算法,用以提高算法运行效率。针对机器人仍受光照变化和遮挡物影响,识别准确率低的问题,采用引入自适应核相关滤波（AKCF）的方法。【结果】通过在光线阴暗的公共场所进行跟随试验,发现该自主跟随式机器人可实时跟随移动目标运动,稳定性较高,响应速度快,准确性达到95%以上。【结论】ROS操作系统能够大大缩短开发时间,极大地提高了智能移动式机器人软件上的移植性和复用性,也提高了软件的兼容性;引入基于改进相关滤波的运动目标跟踪算法,能有效提高由于光照、复杂背景、遮挡等造成外观改变时目标跟踪的准确性。     

基于ZigBee技术的果蔬智能大棚控制系统设计与试验

针对我国大棚环境监测和数据传输不稳定的问题，基于ZigBee技术对果蔬智能大棚控制系统进行了设计和试验。为了达到对果蔬智能大棚环境的调控，进行了系统控制模型设计，即进行环境建模，并采用模糊控制理论进行模糊控制器设计。为了验证该控制系统的有效性，进行了无线数据传输测试和环境调节测试。试验结果表明：系统可以进行稳定的数据传输，且能够对大棚环境起到调节和控制作用。     

智能播种机器人控制系统设计

为进一步提高作物播种自动化水平和生产效率,该文详细阐述了智能播种机器人硬件系统、软件系统的设计,以及关键部件的选型,通过构建智能播种机器人路径规划算法,实现农田环境感知和作物信息处理,达到精准的播种路径规划和种子分配。通过田间试验,验证了所设计控制系统的可行性和有效性。结果表明,通过划分区域、设定优先级和避障策略,实现了高效的播种路径规划。     

基于慧鱼组合式智能多元一体化大葱机的研究

【目的】我国大葱机功能单一、自动化程度低,大葱多采用传统手工收割方式,存在工作效率低、劳动强度大、成本高、品质不稳定等问题。【方法】笔者以现代大葱种植农民对高效低耗的大葱农用机械的迫切需求为出发点,研究设计了一款集松土、收割、捆绑、传送、切割、装运、播种、浇水为一体的新能源多元一体化智能大葱机——“葱”慧机,并详细阐述了“葱”慧机的智能控制系统、行走装置、收取装置等结构设计。【结果】该“葱”慧机具有操作自动化、功能模块化、智能化、低碳环保等特点,能够实现高效收取播种、智能捆绑、可控切割,极大地降低了农民的劳动强度,且使用便捷、效率高。【结论】该“葱”慧机可以收取类似大葱的作物,只需调整环境参数、判别要素和执行顺序,便可以应用于不同的作业对象、作业环境或执行不同的功能,具有广阔的市场前景与推广价值。     

农业植保多旋翼无人机飞行控制系统设计

【目的】为了确保农业植保无人机能够在合适的位置喷洒农药,提高控制精度、作业效率并降低成本,有必要对多旋翼无人机的飞行控制系统进行优化设计。【方法】本研究团队以STM32F428IGT6芯片为核心,设计了农业植保多旋翼无人机飞行控制系统。首先概述了无人机飞行控制系统的整体架构,该飞控系统由主控系统、惯性测量单元、喷洒系统、空速测量系统等构成。其次,详细分析了无人机飞行控制系统的电源供电系统设计、通信设计、传感器选择、喷洒系统设计等硬件设计。最后,阐述了无人机飞行控制系统的算法设计,主要包括无人机姿态解算和PID控制算法,并介绍了该系统应用优势。【结果】该系统各模块之间执行SPI和CAN总线协议,可以将传感器实时采集的高度、速度、偏航角等参数传输到主控系统中,利用MCU芯片完成参数的分析处理,在此基础上发出新的调控指令,让多旋翼无人机沿着既定航线飞行,在到达特定位置后启动喷洒系统并完成喷药作业。【结论】该系统能让无人机在合适位置喷洒农药,达到远程控制、自动作业的效果,提高了植保作业效率,有利于促进现代农业机械化高质量发展。     

基于LoRa的山地果园轨道运输机远程控制系统设计

【目的】我国的水果生产大都在山区地带,地貌崎岖,导致水果的运输较为困难,山地果园轨道运输机的应用使生产过程变得简单。但传统的山地果园轨道运输机的操作往往需要人为控制,不便于实际操作,因此亟须对传统山地果园轨道运输机进行升级改造。【方法】课题组设计了一款山地果园轨道运输机控制系统,系统以STC89C51单片机为主控制器,通过键盘输入前进、后退、停止3种指令,通过LoRa无线通信技术,对输入的指令进行无线传输,另一STC89C51单片机接收到指令后控制电动推杆产生相应的动作。【结果】实际测试表明,该山地果园轨道运输机控制系统覆盖直径可达5 km,传输数据误码率几乎为0,数据传输平均时间在2 ms以内。【结论】该山地果园轨道控制系统能够满足远程精准控制的要求,功耗低,续航时间久,能运用于多种款式轨道运输机及其他的远程控制领域。     

基于FPGA的步进电机驱动控制系统的研究与设计

【目的】步进电机具有定位精度高、无累计误差、易于开环控制等优点,但其实际运动与定位过程中易存在速度扰动的现象,需要加强对步进电机驱动控制的研究。【方法】研究团队设计了一款基于FPGA的步进电机驱动控制系统,详细分析了系统硬件设计和系统软件设计。整个控制系统由相应的主控制器、Netzer编码器、TMC5130驱动芯片电路等组成,通过各模块共同调节实现TMC5130驱动芯片驱动步进电机,实现了步进电机的开环控制和定位控制的应用,并且验证了该驱动芯片具有良好的运动特性。【结果】相较于其他芯片,该驱动芯片适用于具有高精度定位、静音运动控制系统的场合;基于FPGA的步进电机驱动控制系统抗干扰能力和稳定性较高,性能良好,适用于多个领域。     

基于SFC编程的自动盖章机控制系统设计

【目的】在三菱FX系列PLC编程软件GX Developer中使用SFC编程直接画出自动盖章机控制系统的SFC图,简化操作流程,提高设计精度。【方法】本研究以自动盖章机为研究对象,选用三菱FX1s-10MT型PLC作为其控制器,设计了该机器的气压传动回路图、控制系统的控制电路图、SFC顺序功能图及梯形图程序,并分析了三菱FX系列PLC顺序功能图编程方法的优点。【结果】样机制作完成后,进行控制系统接线调试试验,发现该程序能够完成机器的预订功能,验证了SFC编程方法的正确性,以及所设计的自动盖章机控制系统的可行性。【结论】样机实验过程也是用SFC方法解决问题的过程,可以扩大可编程控制技术和自动化技术的应用范围,具有普遍性和可推广价值。     

光伏相变式冰蓄冷储能箱的设计

【目的】冰蓄冷技术存在前期投资较多、设备占用空间较大、设计调试较复杂等问题,不便于个人和家庭中的使用。【方法】本研究设计了一种携带式冰蓄冷储能箱,创新研发了冰蓄冷技术逆使用和双蓄电池充放电控制系统。首先,分析了设备的总体设计,包含太阳能发电/储能系统、制冷系统、冰蓄冷系统、智能控制系统四部分;其次,通过比较,相变蓄冷材料选用了可满足冷藏条件的甘露醇和氯化钾的混合物,并使用了可同时检测箱体内温度和湿度的DHT22传感器,实现储能箱智能温控;最后,对系统性能进行了理论分析。【结果】在光照充足时,太阳能板进行发电,并向蓄电池和压缩机供电,在压缩机和蒸发器等器件的作用下,可实现制冷和蓄冰目标;在夜晚或阴雨天,蓄冰槽的冰进行融冰放冷,蓄电池向微型水泵供能,进行冷量传输,满足箱体冷藏需求。【结论】本产品将光伏发电技术与户外制冷箱结合,不需要消耗电网电能,可以有效延长冷藏时间和压缩机使用寿命,拥有可靠性高、节能环保等突出优点,适用于户外野营、边远山区的食物保鲜以及疫苗等医疗卫生用品的冷藏。     

一种电机轴螺杆加工专用的数控铣床机械结构系统优化设计

【目的】针对螺杆加工专用铣床存在自动化程度低、功能集成度不高、生产工艺周期长、机床结构形式陈旧、机械结构稳定性差等不足。【方法】课题组以数控铣床系统结构稳定性设计的研究为出发点,根据机床设计目标和各项性能指标要求,研究与加工工艺相适应的功能机构布局,设计机床总体结构方案,重点研究上下料机构、旋铣系统、传动系统、床身的设计。【结果】设计出具有性能优良、功能完备的高端电机轴螺杆旋铣设备,实现电机轴螺杆的自动加工,降低企业劳动生产成本,提高生产效率,增加企业经济效益。【结论】该数控铣床整机结构设计稳定紧凑,占地面积小,集成度高。     

基于PLC的侧深施肥装置自动控制系统设计

【目的】侧深施肥装置在水田作业环境中存在排肥管堵塞、肥料颗粒破碎率高等问题。【方法】课题组设计制造了一套恒湿干燥排肥改造后的自动化控制系统,该装置由积肥盒、螺旋排肥机构、恒湿系统、肥料作业检测系统以及自动控制系统组成。该系统以西门子1214C AC/DC/ALY PLC为中央控制器,控制各个阀门、抬升液压缸、电机的动作,并接收湿度传感器的信号;上位机软件采用西门子Win CC V7.0进行设计,通过触摸屏与PLC的通信,完成侧深排肥系统的人机交互功能。【结果】该系统可实现螺旋施肥量的精准控制、施肥装置抬升与下降、施肥堆肥区域温湿度控制、施肥量动态监控、排肥区域湿度控制等功能,整个控制系统可在施肥过程中实现全自动化并实时更新显示状态。【结论】与传统电气控制方式相比,利用PLC进行侧深施肥控制系统设计具有更高的系统稳定性,有效减轻了人员工作量,提高了工作效率,同时具有较好的工程价值。     

农业节水灌溉自动化技术的研究与应用

【目的】农业生产需要使用大量水资源,传统灌溉方式会加剧水资源浪费问题,增加农业生产成本,因此研究农业节水灌溉自动化技术及应用具有重要意义。【方法】笔者利用调查法、文献资料法等方法对农业节水灌溉自动化技术及其应用进行了分析,总结农业节水灌溉自动化技术的优势与实际应用场景。【结果】相比于传统的农业灌溉技术,节水灌溉自动化技术具有操作难度低、可自动调节与自我纠错、抗腐蚀性强、节水能力强、灌溉效率高等优势,不仅可以满足农作物的生长需求,而且可以减少水资源的浪费。【结论】应用节水灌溉自动化技术可以弥补传统灌溉方式的不足,解决农业生产中的问题,应扩大节水灌溉自动化技术的应用范围,进一步提升农业灌溉的自动化水平与节水能力。