基于CAN总线的谷物产量快速计量系统研发（英文）

It depended on the spatial and temporal variation of soil and grain yield to implement precision agriculture.Grain yield monitoring on combine harvester was a cornerstone of precision fertilization.The intelligent grain yield monitoring system with the sensors and DGPS(differential global positioning system),which was loaded on the combine harvester,could get the different blocks’yield and produce the yield map.In this study,a new grain yield monitoring system based on CAN bus technology was developed.The system consisted of sensor unit,data acquisition unit,GPS module and LCD(liquid crystal display)terminal.The grain yield data were collected by the grain flow sensor,and processed by the signal condition circuit.And then the grain yield data and GPS signal were transmitted to the control unit by CAN bus.With the algorithm of grain yield conversion,all the collected data including real-time grain yield,harvest area and average grain yield were displayed on the LCD terminal.Flow sensor unit included grain yield flow sensor,force impact plate and mounting bracket.The sensor frame was mounted at the top of clean grain elevator of combine harvester.When the elevator paddles rotated around the sprocket,grain was propelled towards a flat impact plate.As grain momentum was lost in the subsequent collision with the impact plate,an effective force was measured by the impact parallel-beam load cell.Along with the calibration relationship between measured force and mass flow rate,the output of the impact parallel-beam load cell could indicate the flow rate of grain yield.Data acquisition unit included power conversion circuit,sensor signal acquisition circuit,analog-to-digital conversion circuit and CAN communication circuit.It could fulfill data acquisition function,CAN communication function and interrupt handling function.LCD terminal had the function of sensor detection,the function of GPS information collection,parameter calibration,data display and storage.It could display the real-time grain yield,total yield,average yield and harvest area.In order to evaluate the grain yield monitoring system,3 experiments which included static performance experiment of grain yield flow sensor,platform test experiment of grain yield monitoring system and dynamic performance experiment on combine harvester were carried out.The result of platform test experiment showed that the system error between predicted yield and measured yield was less than 3%and the system could avoid the effect of vibration from the platform effectively.Field dynamic experiment showed that the system error was less than 5%.Both the experimental results indicated that the grain yield monitoring system could satisfy the need of practical production.     

光电漫反射式联合收割机谷物产量计量系统研发与性能试验

为了进一步提高联合收割机谷物产量计量系统的精度,自主研发了基于光电漫反射原理的谷物产量计量系统。系统主要由传感器模块、数据处理模块、GPS模块和谷物产量计量显示终端组成。光电式谷物产量计量系统计量作业时,当联合收割机籽粒升运器刮板输送谷物经过漫反射型谷物体积传感器时,会间歇性的阻断光路,从而产生脉宽信号,脉宽信号大小与刮板上谷物厚度成正比,同时升运器转速传感器输出转速信号,谷物产量计量数据处理模块将采集到的2路传感器信号进行放大、滤波和A/D转换后与GPS模块采集的联合收割机行进速度、经纬度信息由RS485总线传输至光电谷物产量计量软件系统,经光电式谷物产量模型处理后,将产量信息、速度信息、位置信息等实时显示在终端上。为了验证光电式谷物产量计量系统的性能,分别开展了室内主要传感器性能台架试验和系统田间动态性能验证试验,试验中谷物喂入量在0.1~6 kg/s范围内,台架试验表明升运器转速传感器测量误差小于2.00%,漫反射型谷物体积传感器测量误差小于3.50%。田间动态性能验证试验结果表明光电式谷物产量计量系统运行稳定,系统检测结果与实际测量结果决定系数R~2达到0.848 4,测产误差最大为3.51%,满足田间实际测产需要,为精准农业变量作业提供了科学依据。     

基于CAN总线的无线通信分析

本文在介绍CAN总线规范和协议原理基础上,分析了CAN总线在无线通信中的硬件和软件设计特点。     

基于CAN总线的分布式插秧机导航控制系统设计

为了提高插秧机自动导航系统的可靠性,设计了一种基于CAN总线的分布式控制系统。系统由1个主控节点和3个从节点组成。主控节点采用AT91SAM9261 ARM处理器,负责根据RTK GPS数据和电子罗盘数据决策适当的控制指令;3个从节点选用C8051F040单片机,分别实现转向控制、变速控制以及插秧机具升降控制;并根据CAN2.0总线协议,制定了插秧机自动导航系统主从节点数据传输通信协议。控制系统在久保田SPU－68型插秧机上进行了道路跟踪试验和田间作业试验,结果表明,采用基于CAN总线的嵌入式分布式导航控制系统保证了数据实时传输,插秧机能够自主完成路径跟踪、转向、变速以及插秧等操作。其中道路直线跟踪误差小于0.05 m,田间作业试验直线跟踪误差不大于0.2 m,插秧行距为30 cm,能基本满足水田插秧作业要求。     

基于CAN总线的供电系统三相并联逆变器同步控制方法

针对三相并联逆变器系统同步控制中CAN（controller area network）总线通信方式存在实时性和准确性随总线负载上升而下降和同步相位调节算法存在谐波频率偏移、波形畸变大等问题,该文提出了一种基于 CAN总线通信的基准时间同步方法和基于PWM（pulse width modulation）载波周期的相位同步调整算法,采用动态主从同步控制模式,所有逆变器单元依次作为主控单元,按照时间触发和事件触发相结合的方式实时发出包含频率信息的广播同步信号,所有逆变模块据此确定基准时间并调整输出电压的频率和相位使得同相的逆变器输出电压同频率、同相位,而不同相的逆变器输出电压相位互差120°。仿真分析和试验结果表明,该方法使三相并联逆变器系统输出电压各相之间的相位误差和同相之间相位差均在1°之内,可以在无需增加功率器件耐压值和限流值的前提下提高供电系统供电容量。     

CAN总线在拖拉机检测线中的应用设计

该文设计了一套基于CAN总线的拖拉机检测线数据采集系统,解决了目前检测线布线复杂、可靠性低、不适于联网的问题。系统由5个CAN节点组成,分别进行各个检测工位的测试,主控PC机采用PC-CAN适配卡与各个节点通信。完成了CAN节点、PC-CAN适配卡的软、硬件设计和整个系统的调试工作。     

基于线结构光源和机器视觉的高精度谷物测产系统研制

针对精准农业中谷物产量信息的高精度获取需求,设计了基于计算机视觉的谷物测产系统,由工业相机、线结构光发生器、电感式接近开关和工控机等组成。提出了基于线结构光的谷堆厚度测量方法,根据所建立的谷物几何模型计算出谷堆的体积,并采用电感式接近开关克服了传统光电式谷物测产系统存在的误触发问题。同时,研究了不同转速下结构光测量误差,建立了基于转速的线结构光测量修正模型,使得测量误差从1.1%减小为0.33%。在室内台架上进行了测产试验,试验结果表明,未使用线结构光修正模型的最大测产误差为12.73%,在使用了线结构光测量修正模型之后,相对测产误差在4.27%以内,该研究可为谷物测产研究提供理论依据。     

谷物产量分布图生成系统的开发研究（简报）

立足于国产谷物测产系统的需求,开发谷物产量数据处理和产量分布图生成系统.确立了该系统主要功能和系统层次结构,选用了距离反比加权空间产量数据插值(Inverse Distance to Power)算法,采用值过滤和3σ法则滤除粗大产量数据,研究了等值线产量图生成方法,开发了具有空间数据插值、误差产量数据过滤、产量数据统计分布、原始产量点图、栅格图和等值线图的谷物产量图生成系统.     

基于信噪比分析技术的谷物霉变快速检测方法

该文探索了一种基于半导体气敏传感器阵列和随机共振信噪比分析技术的谷物霉变快速检测方法,试验测量了大米、小米、燕麦和红豆的霉变试验数据,输入分析系统处理并输出信噪比谱图,以基准信噪比特征值-82.5所包络的噪声宽度作为4种谷物样品霉变程度的数字化表征手段,可以直观的观察到每类样品的霉变过程。大米和小米样品在第4天检测时,就出现了较明显的霉变,燕麦样品在第7天出现霉变,而红豆样品在检测过程中未发生变化。该分析技术无需信号前处理手段,并且可以克服传感器基线漂移造成的干扰,系统响应速度快、重复性好,具有实际应用价值。     

谷物联合收割机远程测产系统开发及降噪试验

为降低田间振动干扰对谷物产量检测精度的影响,同时增加测产系统的实用性,设计了一种基于CAN总线技术、无线通信技术以及计算机网络技术的新型谷物智能测产系统。系统包括车载子系统和远程监测子系统2个部分,实现了谷物产量的现场监测、产量图绘制、远程监控与收获作业管理等功能。车载部分设计了弧形冲量传感器,提出了机械减振和双板差分方法来降低收割机振动对谷物流量测量的影响,采用数字阈值滤波的方法来提高谷物产量的测量精度,并建立了总产量和单位面积产量的数学模型。田间动态试验结果表明双板回归差分方式滤除干扰的效果优于直接差分,其最大测产误差为8.03%,测产平均误差为3.27%,最大测产误差比直接差分方式降低了7.12个百分点,最后绘制了试验地块的产量分布图。另外,系统的远程监控部分开发了界面友好的收获作业管理系统,实现了谷物产量的远程监测与管理。系统总体运行性能良好,满足了测产需要。     

压力式谷物产量监测系统优化与试验验证

为了提高谷物收获作业过程中谷物产量在线监测的精度,研制了基于谷物流压力原理的车载谷物产量在线监测系统,该系统包括谷物流量监测装置、定位装置、割台高度控制开关、核心处理器以及人机交互装置.以谷物产量与谷物流压力间的谷物产量监测数学模型为指导,搭建了谷物产量监测试验台,采用Box-Behnken试验设计方法优化谷物流量监测...     

谷物联合收获机在线测产技术研究现状与进展

为加速推进中国智慧农业发展,深入了解精准农业技术体系中田间谷物产量在线监测技术的研究现状,该研究重点概述了国内外谷物联合收获机在线测产方法,包括动态称量测量、体积测量、冲击力测量、射线测量及其他测量方法,介绍了不同测量方法的原理和测产传感器的关键技术与应用。从可行性、通用性、稳定性与准确性方面,分析归纳了中国当前谷物产量在线监测技术所存在的主要问题,指出冲击力测量方法应用广泛,但尚未考虑谷物与冲击板碰撞时对谷物造成的机械损伤等问题。同时,该研究提出了谷物联合收获机在线测产技术未来的研究重点与发展方向,旨在为作物产量信息监测技术与智能化农业机械装备的发展和应用提供理论依据和技术参考。     

农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计

为解决传统土壤含水率监测中所存在的监测区域面积小、采样率低等问题,设计和开发了基于无线传感器网络技术的土壤含水率监测系统,包括10个传感器节点,1个簇首和1个基站节点,可按任意时间间隔全自动地采集、处理、传输和存储地表以下4个不同土层土壤含水率变化状况;各类节点采用TinyOS操作系统,节点间通信遵循ZigBee协议;含水率测量采用EC-5传感器;太阳能供电模块的供电能力满足传感器节点及簇首的能耗需求;进行了数据包传输率试验,10个传感器节点中有7个的数据包正确传输率高于90%,1个节点的数据包正确传输率为89.2%,2个节点的传输率低于70%。造成2个节点数据包传输率较低的主要原因是太阳能供电电路制作,通过更换电路板解决了该问题。试验结果表明,系统能够实现稳定的数据传输,适合农田土壤含水率的实时监测。