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。     

水稻直播用精播绳制造设备研制

水稻直播栽培技术具有省工、节本、增效等优点,但现有的直播机无法适应精确定量栽培的农艺要求。为此,设计了一种水稻直播用精播绳制造机械设备,该设备主要由送纸机构、排种机构、加捻机构和种绳卷绕成形机构等部分组成。其在工厂内将稻种按照设定的穴距和每穴粒数卷在4～7 cm宽的纸带内,并捻制成种绳,而后再将种绳卷绕成圆柱状供大田播放。大田作业时,通过将精播绳铺放在平整后的田块中,实现水稻的有序栽培。试验结果表明,研制的机械设备工作性能稳定,生产的种绳穴距变异系数不超过3.15%,每穴粒数变异系数不超过13.42%,种绳直播的水稻产量达10 290 kg/hm2,与当地的机插或人工手插相比无显著差异,但明显高于中国目前水稻平均单产。     

SYJ-2型水稻育苗精播器的试验研究

为了解决水稻种植劳动强度高,成熟晚的农艺问题,水稻抛秧技术得到了广泛推行,为此,研制了ＳＹＪ－２型水稻育苗精播器,对其结构与工作原理进行了研究,并在吉林省西部地区（示范区）进行了应用试验。通过试验结果分析,为合理确定该装置的结构和主要技术参数提供了依据。     

气吸式精播机种、肥作业智能计量监测系统

为了解决大型精播机作业质量的自动监测问题,设计了种、肥作业智能计量监测系统。系统能够完成计量种、肥施播量,监测种箱和肥箱排空以及种管和肥管堵塞等情况。与以往的研究不同的是：采用了间接测量法计量种、肥施播数量,双轮测距法测量作业面积,并采用光电阵列检测种、肥排空及堵塞信息。系统安装在2BJM-9型精播机上进行了田间生产试验,播种量测量相对误差＜5%,施肥量测量相对误差＜9.6%,作业面积测量相对误差＜5.5%,报警最大响应时间为0.8 s。通过现场试验,证明其方法可行,监测效果较好,能实现精播机作业的全天候、全过程监测。     

浅谈玉米机械化精播栽培技术

在我国,玉米粮经饲兼用,对整个国民经济发展有着巨大的影响。大力发展玉米生产机械化,不仅可以减轻农民的劳动强度,有效争抢农时,而且可以确保农艺措施到位,提高玉米产量,实现玉米生产节本增效。玉米精播栽培技术是对全株距精密播种、半株距或缩距精密播种、半精密播种等节约种子用量、取得高产播种方法的习惯叫法。精密播种的基本涵义就是使用机械将确定数量的作物种子按栽培农艺要求的位置（行距、株距、深度）播人土壤,并随即适当镇压的一种新的机械化种植技术;     

灌水量和时期对宽幅精播冬小麦籽粒产量及品质特性的影响

为探讨中国北方地区宽幅精播麦田的节水灌溉模式,2010-2011年,在山东农业大学农学试验站,以济麦22为试验材料,采用宽幅精播和常规种植两种种植模式,每种种植模式设3种灌溉处理,研究了宽幅精播和灌溉对籽粒产量、籽粒蛋白质含量以及相关主要品质特性的影响。结果表明,宽幅精播显著提高冬小麦产量,增产的原因在于显著增加了产量构成因素中的穗数,且以灌拔节水和抽穗水条件下增产潜力最大。常规播种提高了籽粒蛋白质含量,但籽粒蛋白质产量仍以宽幅精播最高。宽幅精播灌两水处理提高了湿面筋含量和面筋指数。综合考虑冬小麦产量和品质,以宽幅精播条件下于拔节期和抽穗期各灌溉60mm为宜。该研究可为中国北方冬小麦的节水灌溉及高产优质栽培提供理论依据和技术支持。     

马铃薯播种机播深调控装置设计与试验

针对现有马铃薯播种机大多采用整体仿形,无单体仿形机构而引起的仿形效果不佳、播深合格率较低、出苗整齐度较差等关键问题,研究设计了一种马铃薯播种机播深调控装置。阐述了该播深调控装置的主要结构和工作原理,通过对播深调控装置的动力学分析,建立了播深稳定性的数学模型,结合马铃薯播种机播深一致性的农艺具体要求,确定了该装置的理论结构参数,并得出了影响开沟深度稳定性的关键因素。采用旋转正交的试验方法,以初始牵引角、弹簧刚度和机具作业速度为试验因素,开沟深度合格指数和开沟深度变异系数为试验指标。试验结果表明:在作业速度为1 m/s、初始牵引角为0、弹簧刚度为10 N/mm时,开沟深度合格指数为96.6%,开沟深度变异系数为8.9%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究为提高马铃薯播种机播种深度一致性和马铃薯苗齐苗壮的播种关键问题提供了设计参考。     

勺链式马铃薯排种器漏播检测与补种系统的设计与试验

针对勺链式马铃薯排种器作业过程中普遍存在的漏种问题,该研究以高性能ATmega16单片机为核心,设计了由定位和测薯模块组成的漏播检测系统以及由固态继电器和电磁铁组成的速动补薯装置。定位模块主要由小磁钢和霍尔传感器构成,当携带小磁钢的种勺到达霍尔传感器所在位置时,系统会立即启动由红外检测电路组成的测薯模块工作,如发生漏播,控制系统将迅速发出补薯指令,速动补薯装置将待补薯种击打至预定位置,从而实现自动补种。试验表明:排种器线速度在0.3至0.8 m/s间变化时,最终漏播率和补种率变化较小,最终漏播率2%,补种成功率在85%以上;设计的马铃薯漏播检测及自动补种系统工作稳定,可以解决勺链式马铃薯排种器作业过程中的漏种问题。     

基因型和播期对优质小麦生长发育及产量的影响

全球温度升高的气候条件下,针对不同基因型小麦研究其适宜播期,对优质小麦高产具有重要的现实意义.本试验采取田间试验,研究了基因型和播期对3种基因型优质小麦生长发育和籽粒产量的影响.结果表明:播期对不同基因型优质小麦各生育期持续时间有明显影响,但抽穗期最多相差2d,成熟期不超过1d,适期播种,有利于优质小麦分蘖的发生、穗分化发育、干物质积累及安全越冬;在同一产量水平,2个可控因素对优质小麦产量影响的作用力为播期>基因型,适期播种能够较好地协调不同基因型优质小麦的个体特征、群体质量,达到成穗数、穗粒数、千粒重结构合理,实现高产.     

小麦播种量电容法检测系统设计与试验

为实现小麦播种机播种量的精准检测,该文基于电容法设计了一套用于小麦播种量检测的系统,由检测分辨率和排种轮转速与采样频率约束关系确定传感器结构尺寸,建立了种子数量与电容变化量之间的线性关系。在采样周期为15 ms、排种轮转数20 r/min条件下,基于时间窗口建立了小麦播种量实时检测最小二乘回归模型。为了使检测系统适用于不同的排种轮转速,提出了一种通过改变采样周期的检测方法,即排种轮速度每增加5 r/min时,采样周期相应减少0.4ms,则上述建立的最小二乘回归模型仍适用,对不同的排种轮转速均具有较高的检测精度,相对误差介于-2.26%~2.17%之间。本文所设计的检测系统为实现小麦播种量的精准检测提供了一种有效途径,具有较好的实用性和经济性。     

交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器设计与试验

针对外槽轮式小麦宽苗带排种器排量不稳定和苗带内种子分布均匀性较差的问题,该研究设计了一种交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器。通过连续充种分析和排量计算,确定凸齿高度和凸齿角度是影响排量一致性和排种均匀性的关键参数。应用离散元法对上述关键参数进行中心旋转组合仿真试验,结果表明,对排量一致性、排种均匀性影响显著性程度由大到小的因素分别依次为凸齿角、凸齿高、作业速度,且均具有交互影响。借助响应面分析,得出凸齿高5 mm、凸齿角75 °时的排量一致性和排种均匀性较优,平均变异系数分别为2.27%和7.61%。对该参数组合排种器进行样机试制,并进行台架试验,台架试验结果表明,排种一致性和均匀性变异系数与仿真值误差均低于5%,说明仿真优化结果可靠、准确。田间对比试验结果表明,播量120 kg、150 kg和180 kg/hm²时,交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器的播量一致性、纵向播种均匀性和横向播种均匀性变异系数分别较外槽轮式排种器降低0.99、3.01和9.38个百分点,满足小麦宽苗带播种农艺要求。研究结果可为提高排种均匀性的小麦排种装置设计提供参考。     

智能杂草识别系统的设计与试验

摘要：为了减少农药的使用量,设计了一种新型杂草智能识别系统,并在不同的环境下进行了大量试验。该系统主要由智能识别控制器、喷头总成于安装支架组成,通过摄像头实时采集田间图像,采用基于颜色与位置特征的识别算法分析杂草分布情况,控制喷头快速开闭,实现精准对靶喷药。试验证明,该系统对不同环境均具有较好地适应性,能够快速、准确、可靠的定位杂草。在普通环境下系统识别准确率为97.0%;在强光照环境下系统识别准确率为92.5%;在阴影环境下系统识别准确率为89.2%,单帧图像平均耗时160 ms。该研究可为田间精确喷施除草装置的研发提供参考。     

2BQ-10型气流一阶集排式排种系统设计与试验

为探讨影响气流式集中排种系统排种性能的因素,根据集中式排种器的技术要求研制了一种2BQ-10型气流一阶集排式排种系统。试验结果表明：核心部件分配器的三种设计结构中上凸盖结构最节约能量;当排种定量器转速、播量取较大值时各行排量一致性变异系数较小,反之当排种定量器转速、播量均取较小值时各行排量一致性变异系数较大;当褶皱形增压管长度由0逐渐增大时各行排量一致性变异系数先减小后增大的趋势。当排种定量器转速为38 r/min,播量为277 kg/hm2,褶皱形增压管长260 mm时测得各行排量一致性变异系数2.75％。该设计与试验对气流式集排种系统的进一步研究打下基础。     

基于MEMS传感器的两轴姿态调整系统设计与试验

在精准农业生产过程中,传感器实时采集作物信息或环境状态,传感器与作物的相对位置,直接影响到采集数据的准确性,及后期处理的效率,甚至影响到作业的效果。而田间道路、垄间颠簸,会影响传感器与作物相对位置,造成信息失真和不准确,为了减少地面不平整干扰对传感器位置的影响,该文提出了基于MEMS传感器步进电机驱动的两轴姿态调整系统。本研究分析了系统的工作原理和控制方法,以陀螺仪、重力加速度计为姿态测量元件,步进电机为驱动部件,设计基于单片机控制的两轴姿态调整系统平台软硬件结构。系统采用单片机对陀螺仪和加速度计信息的实时采样,建立了多传感信息的融合算法和姿态判定模型,可以实时分析检测对象姿态,并输出控制步进电机,对平台姿态进行补偿调整,保持控制对象的相对惯性空间方位不变,实现了平台姿态平衡的快速控制。同时系统加入了绝对位置传感器,实现初始工作状态的自动复位。测试试验结果表明,系统运行稳定,单轴姿态调整精度在平整坡路状态下最大误差在0.5°以内,在田间颠簸路况运行下最大误差在3.0°以内,能够满足信息采集和检测过程中姿态自动调整、保持相对位置的控制要求。利用该控制系统,能够提高信息采集的准确性,在精准农业生产中具有应用作用。     

小麦播种实时监控系统设计与试验

为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN 模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态（正常、堵塞和空管）,计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为>98%,堵塞响应时间<0.2 s,空管报警响应时间<0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。     

针孔管式小麦精准点播装置设计与吸种性能研究

精准点播可保证播种作业的播量、播深及株距的均匀度,增强个体发育,但因小麦种子具有籽粒小、种植密度大等特点,目前尚缺少小麦精准点播装备。针对这一问题,该文设计了一种基于气力吸附、定点打穴、精准投种的针孔管式小麦精准点播装置,并对其吸种性能进行研究。确定了该播种机构的工作原理及主要结构,通过理论计算,确定适宜株距为2.73 cm,针孔吸种管扰动距离为7.86 cm,应分3行排布。以吸种孔位置、吸种孔直径和吸种面形状为因素,以漏种指数、重种指数和单粒指数为指标进行正交试验,得出最优参数组合为:吸种孔位置为顶面,吸种孔直径为2 mm,吸种面形状为凸面;在此条件下,试验结果为漏种指数为4.1%,重种指数为7.3%,单粒指数为88.6%,满足设计要求。     

马铃薯精密播种机智能控制系统设计

针对现有马铃薯播种机播种株距控制精准度不高、易产生重种漏种等问题,研发了一种由主控制模块、检测模块、株距控制模块和振动强度控制模块等7个模块组成的马铃薯精密播种机智能控制系统,采用液压马达控制薯种输送带运转,步进电机控制薯种输送带的振动强度,实现了播种株距和重种漏种率的自动控制.试验结果表明,播种速度相同时,实际播种株距相对于设定播种株距的平均偏差依次增大,播种速度越高实际播种株距的稳定性越差;薯种输送带振动强度越强,重种率越低,漏种率越高,各因素对重种漏种率影响的主次顺序为:薯种输送带振动强度＞播种速度＞薯种质量,且薯种输送带振动强度对重种率、薯种输送带振动强度和播种速度对漏种率有显著影响;较佳的播种作业参数为:薯种输送带振动强度为Ⅱ级(即轻微振动时)、播种速度为1.16 m/s及薯种质量为35 g.经2～3个周期即可调整到允许范围内,且稳定性好.因此,完全能够满足种植户的实际播种作业要求,为智能控制马铃薯精密播种装备的后续研发提供参考.     

分布式智能型温室计算机控制系统的一种设计与实现

针对农业环境自动化控制的需要,研制了"分布式智能型温室计算机控制系统".该系统体系结构为中心计算机和单片机智能控制仪的主从式结构, 系统采用实时多任务操作系统和农业温室专家系统的人工智能技术,对温室内外环境因子进行实时监测和智能化决策调节,为农作物创造最优化的生长条件.实时多任务系统使系统的通信,环境参数采集,控制可以同时进行;由于现场情况的复杂性和多变性,依靠精确数学模型的传统控制已经无法很好地解决问题,因此,本系统采用存储大量现场经验和知识的专家系统来达到控制的目的.采用专家系统从理论上去验证和分析系统,保证了系统运行的稳定性和可扩展性,降低了开发难度.系统硬件主要由环境因子实时监测模块、智能决策模块组成.软件部分采用COM组态方式实现,包括数据库管理模块、人工控制模块等,具有操作简便,可靠性高,易升级扩充等特点,已实现产品化.     

盘育秧精密播种流水线PLC控制系统设计

超级稻每穴1～2株的栽植农艺给机械插秧的盘育秧播种提出了低播量、高均匀性的严格要求,为满足超级稻少本稀植的农艺要求,研发了振动气吸式盘育秧精密播种流水线。设计了以PLC为核心,集自编程序、传感器、步进电机加减速驱动脉冲控制等技术为一体的自动控制系统。在GX-Developer-C V8的环境下采用梯形图方法编制程序实现播种作业的协调动作和部件运动的精确定位,并可接入PC机实现播种作业的在线监控。试验和检测结果表明,播量精确到每穴1～2粒（格）,均匀度合格率93.8%,空穴率5.6%,盘播种量一致性变异系数为2.5%,作业效率达每小时490盘,能满足超级稻及常规稻盘育秧精量播种要求。