电容式谷物水分传感器平面探头的研制

针对谷物水分传感器平行极板探头安装难度大、高水分测量精度低等问题,将平行极板探头结构改进成为平面极板探头结构,并且通过增加保护极板减小干扰和杂散电容的影响,提出影响传感器敏感性、精度的平面极板探头的几个参数,采用有限元分析方法较精确分析了探头的电场分布和电容。根据能量的分布得到谷物测量深度、平面极板探头电容值同其驱动极宽与两感应极板间距（极距）之比的关系,当二者之比等于0.9时即为平面极板探头的优化尺寸。试验结果表明,该传感器测量含水率的误差在±1.5%范围内,测量含水率范围可达到6%～36%,测量温度范围-10～80℃。优化的平面极板探头提高了测量精度,降低了安装难度。     

平行梁冲量式谷物质量流量传感器弹性元件设计

冲量式传感器具有结构简单、使用方便等优点,但容易受到基础振动的干扰。为此设计了平行梁结构冲量式谷物质量流量传感器弹性元件,对弹性元件安装端部采用了削弱设计。有限元分析表明该设计方案不仅符合应力集中原则,而且可以提高传感器抵抗振动干扰的能力。给出了传感器电桥电路,以及后续放大、电压电流变换等调理电路,使得传感器输出零点可以方便调节,降低了传感器在联合收割机上的安装要求。试验结果表明,传感器线性度误差小于0.1%,输出不受外力作用点的影响,同时具备了合适的工作频带宽度。     

联合收获机粮箱内稻谷含杂率传感器采样盒设计（英文）

针对收割过程中通常只在开机时设置一次作业参数,不能经常停机观察籽粒的清洁度进而随时调节作业参数这一问题,需要研制一种能够自动获取联合收获机作业过程中含杂率数据的装置。但是,迄今为止,在收获过程中监测籽粒含杂率的研究还处于探索阶段。针对以上问题,结合联合收获机作业过程中谷物的流变特性,该文设计了一种谷物含杂率传感器,通过电磁铁（弹簧）控制挡板的伸出（复位）,以使采样盒可视玻璃窗口前聚集（卸载）谷物,通过采样盒内CMOS相机获取数字图像,应用数字图像处理技术获得含杂率。依据图像直方图优化LED光源的照射及安装方法以获取高质量图像,分析了电磁铁提供的拉力和弹簧提供的推力、采样盒入口尺寸,采用全局阈值迭代算法,使用三个迭代步提取稻谷、茎秆和细柄连通域,计算每个连通域的像素,最终从形态上识别了谷物和杂质,同时测量稻谷千粒质量、茎秆面密度和细柄线密度,建立了计算谷物杂质质量的数学模型。结果表明：在采样盒内两侧各安装2个LED,间接照射视窗时获取的图像质量较好,有效避免了图像强度直方图中出现的峰值;额定拉力为60 N的电磁铁可以提供足够的拉力;采用线径为1 mm的弹簧能提供足够的推力,由于在收割过程中出现的短秸秆和细柄的长度在10 mm到30 mm之间,因此采样盒的设计高度为95.7 mm,宽度为76.5 mm,入口宽度为31.9 mm,视窗长度为57.1 mm,宽度为57.4 mm,如此稻谷、秸秆和细柄可以顺利流入采样盒,并且在视窗中可以看到约200粒谷粒。在不同含杂率下进行了籽粒含杂率传感器监测精度的台架试验,结果表明：该装置监测的籽粒含杂率与人工获得的籽粒含杂率具有一致的变化趋势,能够监测在0～2.88%范围内的籽粒含杂率。为了满足田间作业监测需求,同时设计了采样盒的防水防尘罩,为相机提供一个稳定抓取图像的工作环境。于2017年11月17日,在苏州九里湖进行了不同喂入量下含杂率监测试验,试验使用Yamma 4LZ2.5联合收割机,结果表明,田间试验的相对误差在9.44%和19.67%之间。该研究可为田间收获过程中自动获取谷物含杂率提供参考。     

联合收获机粮箱内稻谷含杂率传感器采样盒设计

针对收割过程中通常只在开机时设置一次作业参数,不能经常停机观察籽粒的清洁度进而随时调节作业参数这一问题,需要研制一种能够自动获取联合收获机作业过程中含杂率数据的装置。但是,迄今为止,在收获过程中监测籽粒含杂率的研究还处于探索阶段。针对以上问题,结合联合收获机作业过程中谷物的流变特性,该文设计了一种谷物含杂率传感器,通过电磁铁(弹簧)控制挡板的伸出(复位),以使采样盒可视玻璃窗口前聚集(卸载)谷物,通过采样盒内CMOS相机获取数字图像,应用数字图像处理技术获得含杂率。依据图像直方图优化LED光源的照射及安装方法以获取高质量图像,分析了电磁铁提供的拉力和弹簧提供的推力、采样盒入口尺寸,采用全局阈值迭代算法,使用三个迭代步提取稻谷、茎秆和细柄连通域,计算每个连通域的像素,最终从形态上识别了谷物和杂质,同时测量稻谷千粒质量、茎秆面密度和细柄线密度,建立了计算谷物杂质质量的数学模型。结果表明:在采样盒内两侧各安装2个LED,间接照射视窗时获取的图像质量较好,有效避免了图像强度直方图中出现的峰值;额定拉力为60 N的电磁铁可以提供足够的拉力;采用线径为1 mm的弹簧能提供足够的推力,由于在收割过程中出现的短秸秆和细柄的长度在10 mm到30 mm之间,因此采样盒的设计高度为95.7 mm,宽度为76.5 mm,入口宽度为31.9 mm,视窗长度为57.1 mm,宽度为57.4 mm,如此稻谷、秸秆和细柄可以顺利流入采样盒,并且在视窗中可以看到约200粒谷粒。在不同含杂率下进行了籽粒含杂率传感器监测精度的台架试验,结果表明:该装置监测的籽粒含杂率与人工获得的籽粒含杂率具有一致的变化趋势,能够监测在0～2.88%范围内的籽粒含杂率。为了满足田间作业监测需求,同时设计了采样盒的防水防尘罩,为相机提供一个稳定抓取图像的工作环境。于2017年11月17日,在苏州九里湖进行了不同喂入量下含杂率监测试验,试验使用Yamma4LZ2.5联合收割机,结果表明,田间试验的相对误差在9.44%和19.67%之间。该研究可为田间收获过程中自动获取谷物含杂率提供参考。     

稻米脂肪酸与食味的关系及土壤水分的调控效应

为探明不同品种稻米脂肪酸与食味的关系及土壤水分的调控效应,进行了不同水稻品种及土壤水势为-30～-35 kPa和-60～-65 kPa的控水处理对糙米优势、中位、劣势粒成分及食味的影响研究.结果表明,"垦鉴稻5号"、"富士光"、"东农V10"的籽粒脂肪酸含量极显著高于"垦稻8号"和"空育131";"空育131"食味值极显著高于"东农V10"、"垦鉴稻5号"、"垦稻8号","富士光"、"东农V10"、"垦鉴稻5号"极显著高于"垦稻8号","富士光"显著高于"东农V10"和"垦鉴稻5号".食味值与脂肪酸、蛋白质含量呈极显著负相关(2002年r为-0.577**、-0.910**,2003年r为-0.845**、-0.980**)、蛋白质与脂肪酸含量呈极显著正相关(2002年,r为0.582**,2003年,r为0.866**):各品种籽粒成分的变异系数均表现脂肪酸>蛋白质>直链淀粉.抽穗前控水除"绥梗3号"分蘖期控水处理外,两品种("上育397"和"绥粳3号")各粒位籽粒的脂肪酸含量均极显著高于CK;同一生育时期两品种的脂肪酸含量多以控水强度大的处理高,但差异多不显著;长穗期控水对两品种各粒位籽粒的食味影响最大,均极显著低于CK;两品种各粒位籽粒成分的变异均以脂肪酸最大,但对食味的通径系数均以蛋白质最大.建议今后在稻米的食味及营养评价中列入脂肪酸指标.     

无线水分传感器网络分路定点路由

为减少因节点失效和外界干扰带来的数据完整性问题,在无线水分传感器节点软硬件配置、网络周期性工作机制以及方向性网络拓扑的基础上,讨论适用于土壤水分周期性实时监测应用的无线水分传感器网络路由协议。传感器节点在农田中呈二维矩阵结构的网格分布,以两字节行列编号对节点进行二维行列地址编码。将网络按照不同数量的列划分为分路,数据在分路内部定点传输,分路之间顺序传输。对单路、双路和三路路由策略进行了描述,从网络传输数据量、节点超时时间以及数据完整性等方面对分路定点路由策略进行分析和仿真。结果显示,分路定点路由比AODV协议有更好的能耗和数据完整性表现,满足土壤水分周期性监测需要。     

谷物流量传感器试验台的设计与试验

为了配合切纵流谷物联合收割机大喂入量流量监测系统的开发,该文根据测产需要,研制了一种谷物流量传感器标定试验台。试验台采用刮板式升运器结构,升运器倾角70°～90°。谷物由入粮箱喂入后,通过对插板的调节,可控制试验过程中不同谷物流量大小。基于图像化编程语言LabVIEW,采用NI(national instrument)数据采集卡,建立了一个多通道数据采集系统,可实现喂入粮箱的质量信号、振动信号及谷物流量信号波形和数值的实时显示、存储和分析。室内标定试验结果表明,在没有外力影响的情况下,喂入量的大小对测产精度的影响较大,尤其小流量时,测产误差达到6.55%。系统动态质量平均误差为4.02%,测产平均误差为4.24%,基本满足大喂入量流量监测系统的需要。本试验台研制为谷物流量传感器提供了一个开发平台。     

粮食干燥机水分在线检测系统研究

潮粮干燥是东北、华北地区秋粮入库前必不可少的加工环节,由于样品流动性、水分分散性等因素的影响,干燥过程中的粮食水分快速、在线、准确检测一直是影响干燥质量的亟待解决的关键技术。根据粮食干燥机的工况特点,提出并研制了一种基于多路水分传感器实时观测信息融合的粮食干燥机水分在线检测系统,介绍了系统的工作原理、硬件构成和软件设计,给出了信息融合算法。系统以单片机80C196KC为信息处理核心,采用大屏幕中文液晶显示。实际运行表明,系统具有信号传输距离远、测量准确、运行可靠、智能化程度高等特点,能够满足粮食干燥机水分在线检测的要求。     

连续单粒式谷物在线水分测定仪的设计与试验

为了提高谷物干燥设备自动化水平和干燥后谷物品质,提出一种基于电阻法检测原理,测量稻谷、小麦和大麦的连续单粒式谷物在线水分测定仪。其主要由谷物取样机构、谷物采样机构和信号采集电路等部分组成。通过测量谷物单粒外形尺寸统计出谷物等效粒径。运用谷物等效粒径和谷物与金属表面的静滑动摩擦角,计算确定谷物取样机构中不锈钢制异向正弦螺旋杆的中径和螺距分别为16和9 mm。由螺旋杆与分粒拨刀组成的谷物取样机构,在剔除杂物和多余谷物的同时,使谷物以连续单粒的形式进入进料口。选定模数为0.4 mm斜纹表面滚花形式碾压辊作为碾压电极,测量10%~35%含水率范围内稻谷、小麦和大麦单粒电阻值。构建稻谷、小麦和大麦的单粒阻值-含水率对应关系曲线并回归出水分计算函数(稻谷R~2=0.998;小麦R~2=0.999;大麦R2=0.999)。设计多路复用比例检测电路、二阶压控有源低通滤波器和50Hz陷波等信号处理电路。采用基于ARM Cortex TM-M3核的低功耗32位微处理器硬件和软件平台完成谷物水分数据的采样、处理和计算。现场水分在线检测与烘干法对比试验表明,在循环式谷物烘干机烘干过程-5~55℃的谷物温度和10%~35%含水率范围内,单粒式在线水分测定仪的在线水分测量绝对误差≤±0.4%,一次100粒谷物测量平均时间≤55s,水分测量重复误差≤±0.3%,研究结果为实现谷物烘干过程水分在线检测提供参考。     

不同水分条件下水稻根解剖结构的比较分析

在旱作和淹水两种培养方式下,研究了5种基因型水稻(Oryza.sativa.L.)(常规粳稻、杂交粳稻、常规籼稻、杂交籼稻和旱稻)幼苗根系解剖结构的差异。结果表明,两种水分条件下,水稻根通气组织的形成和皮层厚壁细胞的形态均存在基因型差异。5种基因型间,淹水条件下杂交粳稻根形成通气组织的时间最晚,根皮层厚壁细胞形态上的差异在常规粳稻和常规籼稻之间表现得更为明显;旱作条件下旱稻的根通气组织形成较其他基因型晚,常规粳稻根皮层厚壁细胞排列疏松,细胞壁加厚程度小。与淹水条件相比,旱作条件下杂交稻根通气组织形成较迟,常规粳稻根皮层厚壁细胞排列较疏松。     

稻田水分监测无线传感器网络优化设计与试验

传感器网络技术为大范围稻田水分信息采集提供了一种新技术手段。利用测量稻田水分含量和水层深度测量的无线传感器WFDMS,探讨了构建稻田水分传感器网络PMSN的关键技术：设计了大面积、大范围应用体系结构模型;提出了一种满足稻田水分采样频率和数据业务需求的低功耗传输控制协议LPTP-PMSN;开发了水分信息监测信息管理系统,实现了完整运行的稻田水分传感器网络整套系统。试验表明,PMSN网络在稻田中的可靠通信距离达60 m,在 3.6 V/2 100 mAh电池供电下,4 h周期采样试验中,在传输协议LPTP-PMSN控制下,传感器、簇首、基站、短信网关、计算机间能够协同工作,整个稻田水分传感器网络可以较可靠运行,节点生命期超过190 d。该研究可为农用信息监控无线传输网络的其他应用提供参考。     

基于DSP和单片机的谷物含水率准动态检测技术研究

为进一步提高谷物含水率检测的速度和精确度,以满足收获机械在线检测的需要,提出了一种新的基于DSP和MPU的以大豆为代表的谷物含水率快速检测技术,并依此为依据设计了相应的系统装置。试验结果表明,该装置测量的含水率误差小于1％,每分钟测量速度大于15次。该装置还预留了较大存储空间,可方便地应用到其它谷物水分的在线检测。无论从测量精度、速度还是装置的温度稳定性指标均优于现有装置。该方法的提出为在线谷物含水率快速、高精度测量提供了新的解决方案。     

Agronomic evaluation of rice cultivation systems for water and grain productivity

Field experiments were conducted during summer (March–July) and kharif (June–September), 2008 at the wetland farm, Tamil Nadu Agricultural University, Coimbatore, India, to study the performance of different rice cultivation methods on productivity and water usage using the hybrid CORH-3 as a test crop. Treatments consisted of different rice cultivation methods, namely, transplanted rice (conventional), direct sown rice (wet seeded), alternate wetting and drying method (AWD), system of rice intensification (SRI) and aerobic rice cultivation. Results revealed that maximum number of tillers m^?2, higher shoot and root length at maturity were recorded under SRI followed by transplanted rice, while aerobic rice produced lower growth parameters in both the seasons. Chlorophyll content at flowering was higher under SRI in two seasons studied (42.74 and 39.48 SPAD value, respectively) and transplanted rice compared to aerobic rice and AWD. In both summer and kharif seasons, SRI produced higher grain yield (6014 and 6682 kg ha^?1), followed by transplanted rice (5732 and 6262 kg ha^?1), while the lowest grain yield (3582 and 3933 kg ha^?1) was recorded under aerobic rice cultivation. Under SRI, 5 and 6.7% increase in grain yield and 12.6 and 14.8% water saving were noticed compared to transplanted rice, respectively, during summer and kharif seasons. In respect to water productivity, the SRI method of rice cultivation registered the highest water productivity (0.43and 0.47 kg m^?3), followed by AWD and aerobic rice cultivation. The conventional rice cultivation and direct sown rice produced lower grain yield per unit quantity of water used.     

谷物干燥实时在线智能水分测量系统

采用电阻法在线测量谷物干燥过程中的实时水分,针对测量信号质量差采用测频电路进行测量信号的阻-频转换,对于谷物水分强温度依赖性和测量本构非线性,应用基于单片机的智能数据融合方法和智能非线性处理算法,所构建的水分测量系统克服了传统电阻法水分测量误差大、信号抗干扰能力和传输性差、测量数据的温度影响大以及硬件非线性电路处理能力差等方面缺陷,具有测量精度高、测量适应性强、信号质量好、测量装置结构简单等优点。     

基于介质损耗因数的粮食水分测量方法

为了能够在粮食的收购、干燥、储存过程中,快速、准确的测量粮食水分,根据电容器的电特性受介质影响的原理,提出了用介质损耗因数测量粮食水分的方法。给出了以AT89C52单片机为核心的粮食水分测试系统的硬件结构组成,采用相敏检波正交分离法测量介质损耗因数。通过对传感器的标定并对测试数据进行相应的回归处理,得到了介质损耗因数和粮食水分的函数关系。通过对山融1号小麦试验结果表明,该方法重复性好,测量精度高,水分含量在13%～26%范围内,最大误差小于0.5%。     

Histological structures of cooked rice grain

Raw and cooked whole grain sections of milled, medium grain California rice were compared for gross histological and morphological features using fluorescence and scanning electron microscopy (SEM). Cooked and raw grains were compared and the differences were assessed by autofluorescence of the cell walls and correlating fluorescence to SEM images. Milled, raw grains contain fine cracks throughout the endosperm. Cooked grains have wider, more defined cracks, suggesting that they serve as channels for water migration into the grain during cooking. Water penetrates unequally into the grain during cooking: low water penetration produces dense regions with minimal starch gelatinization, and high water penetration produces large voided areas. The voids occur in the transverse orientation of the grain and are the main of cause grain expansion during cooking.     

基于微波反射法的谷物含水率在线检测装置研制

针对稻麦联合收割机在收获作业时难以对小麦、水稻等谷物的含水率进行准确在线测量的问题,该文基于微波反射法研究了谷物含水率在线检测方法,建立了稻麦含水率检测模型,研发了一种稻麦联合收割机谷物含水率在线检测装置。该装置采用微波测量模块对稻麦含水率进行非接触式测量,设计了电压转换电路将微波参数转换成电压信号,采用滑动平均滤波算法进行信号滤波,最后通过标定试验所建立的含水率检测模型进行稻麦含水率计算,计算结果经CAN总线通讯在显示器上实时显示。基于上述理论研究、技术开发和结构设计对所研制的谷物含水率在线检测装置分别进行了室内静态试验和田间收割试验研究,试验结果表明:检测装置的对稻麦含水率的测量范围为14%～34%,在室内静态试验和田间收割试验中的性能标准差分别为0.458 3%和1.078 0%,相对误差分别在2.5%和5%左右,具有良好的准确性与实用性。     

直播方式对水稻生理性状和产量的影响及其成本分析

为探讨水稻不同直播方式对产量和生理特性以及成本的影响,该文设置了旱直播、水直播和机条播3种直播方式,研究了水稻的产量表现、群体发育、生理特征以及经济效益。结果表明,与旱直播相比,机条播和水直播的产量分别增加了11.9%和6.3%,氮肥农学利用率分别增加了10.1%和4.9%。从产量构成因素分析,产量的提高主要得益于单位面积穗数的增多。机条播显著提高了茎蘖成穗率、花后与成熟期干物质积累量、生长中后期的茎蘖数、叶面积指数与持续期、群体生长速率、叶片光合速率和根系氧化力。机条播因其机械作业效率高、费用低以及除草成本低使得总成本降低和经济效益提高,说明机条播方式提高了直播水稻叶片光合性能,并促进了地上部群体合理生长和地下部根系活力,从而获得了较高的产量和经济效益。