猪舍环境无线多点多源远程监测系统设计与试验

为及时掌握猪舍内主要环境参数的时空分布特性,设计了猪舍环境无线多点多源远程监测系统。采用ZigBee网状拓扑结构进行无线分布式组网,节点设备以"一主多从"的形式实现多点监测。从节点以STM32嵌入式控制芯片为核心,搭载温度、相对湿度、氨气浓度、二氧化碳浓度等多种传感器。各从节点将实时采集的数据通过主节点上传至服务器,最终在Web端实现系统远程监测的功能。在广东省某规模化种猪场进行系统测试,并分析了分娩舍内各环境参数的时空分布特性。试验结果表明:分娩舍各区域温湿度变化呈负相关性,相对湿度较高;舍内氨气浓度及二氧化碳浓度变化差异性极显著(P 0. 01);系统运行稳定,锂电池可持续工作170 h,平均丢包率2. 39%,各环境参数监测量准确可靠,区域性差别显著。该系统有利于快速感知猪舍环境参数分布特性,可为猪舍环境控制优化提供参考。     

数字孪生技术在现代化猪场生产应用的研究进展

数字孪生根据实物对象建立数值模型,通过增强现实、人工智能、机器视觉、大数据等技术,实现系统仿真、性能优化和预测分析。本文结合演变史分析了数字孪生实施方式;通过总结图像监控、声音监测和精准饲喂控制技术,对精准养猪进行了分析;总结了数字孪生在现代猪场能耗分析、三维可视化、预测模型、环境模拟上的应用;从物理模型成本、养猪数据库、开发资源3个角度分析了局限性;针对技术成熟度,结合多领域应用案例扩展分析;最后分析了现代化猪场生产中数字孪生技术的发展趋势,为智慧猪场建设提供参考。     

畜牧养殖环境监测自主移动平台轨迹跟踪控制算法

为实现畜牧养殖环境全方位监测,开发了可实现轨迹跟踪的自主移动监测平台。以具有非完整约束特性的自主移动平台为研究对象,研究其轨迹跟踪问题。在平台的结构基础上,通过建立其运动学模型及误差模型,提出基于Lyapunov函数和反推(Backstepping)时变状态反馈控制方法的轨迹跟踪算法,实现自主移动平台转向轮转角和行驶速度的控制。仿真和试验表明:所提出的控制算法能使该平台较好的收敛于期望轨迹,当跟踪期望轨迹稳定后,控制参数为(k_1,k_2,k_3,k_4)=(0.1,0.2,0.15,0.3)时,直线轨迹跟踪误差为x_e=±7 mm,y_e=±9.8 mm,θ_e=±4.2°,圆弧轨迹跟踪误差为x_e=±6.2 mm,y_e=±8.3 mm,θ_e=±5.8°,取得良好的跟踪精度。该研究可为畜牧养殖环境监测自主移动平台轨迹跟踪控制提供参考。     

基于PLC的果蔬气调保鲜环境自动调控系统的设计

通过搭建气调保鲜试验平台,以SIMENS S7-300为主控制器设计了基于PLC(可编程逻辑控制器)的果蔬气调保鲜环境自动调控系统,提出了基于低温保护优先的控制策略,采用双限值的控制方法,实现了对气调保鲜环境的自动控制。以脐橙为试验物料,开展液氮充注气调保鲜试验。结果表明,系统工作稳定性良好,综合实现了数据采集、滤波、计算、控制、反馈、人机对话和实时监测等功能。研究结果为开发液氮充注气调保鲜运输装备提供了参考依据。     

荔枝树枝能量传递特性与去梗式振动采摘作业参数

为评价荔枝去梗式振动采摘效果,开展了树枝能量传递特性研究,利用一种动-定梳排组合式采摘机构进行了荔枝采摘试验与品质对比分析。研究结果表明,激振点在靠近外侧树冠位置的分支时,传递到末端枝条的振动能量衰减少,动-定梳排组合采摘方式通过激励相对固定的挂果枝条可有效利用振动能量。综合加权评分法确定的采摘机构的最佳作业参数条件:梳排振动频率为26.67 Hz,定梳排间距为20 mm,动梳排摆动角度为40?,试验测定的生产率为4.1 kg/min,破损率为5.05%。振动采摘和人工采摘2种采摘方式的荔枝色差值、可溶性固形物含量和可滴定酸含量在8 d的贮藏期内无显著性差异,即振动采摘未对荔枝果实品质产生不良影响。该研究可为荔枝采收机械的设计与优化提供参考。     

不同贮藏温度下荔枝呼吸速率模型的对比与验证

为了准确预测荔枝的呼吸速率,该文以"桂味"荔枝果实作为试验材料,采用密闭空间系统法对不同温度(5、10、15、20、25℃)下贮藏期间荔枝呼吸速率及贮藏空间O_2和CO_2浓度进行检测,分别以非线性模型、基于酶动力学原理的Michaelis-Menten模型、多元回归模型对荔枝呼吸速率进行预测。结果表明:3个模型标准差小于0.05,非线性模型P1预测值的相对误差为-10%~28%,Michaelis-Menten模型P2预测值的相对误差为-14%~14%,多元回归模型P3预测值的相对误差为-10%~10%;多元回归模型P3误差最小并且走势与实际值更吻合;荔枝贮藏过程中气体浓度变化与时间存在非线性关系,温度与呼吸速率之间存在明显的Arrhenius关系,荔枝呼吸特性满足Michaelis-Menten模型;多元回归预测模型P3可以准确的预测荔枝的呼吸速率,该模型分析了影响呼吸速率的多个因素之间的耦合关系,为动态气调参数设置提供理论依据。     

保鲜运输车温度场分布特性试验研究

为解决果蔬保鲜运输车厢体内温差过大的问题,搭建了基于压差原理的保鲜运输温度场试验平台。通过改变回风道风速、回风道长度、开孔隔板开孔率、堆栈方式、气流导轨等影响气流形式的因素,研究了这些因素对保鲜运输车厢温度场分布的影响。结果表明:回风道风速越大,回风道越长,保鲜厢内的温度场均匀性越好;堆栈方式为中间两侧留空时,厢体内温度场均匀性优于仅中间留空、两侧留空和满载等3种堆栈方式;开孔隔板开孔率对保鲜室中横截面温度场均匀性的影响较大;有气流导轨时的温度场均匀性优于无气流导轨时。当回风道长度为1.5m,回风道风速为8m/s,开孔率为16.11%,堆栈方式为中间两侧留空,有气流导轨时,保鲜运输车厢内的温度场均匀性较优,此时保鲜室内中纵截面温度分布的标准差为1.15℃,中横截面温度分布的标准差为2.04℃。研究结果为果蔬保鲜运输车的厢体结构优化提供参考。     

保鲜运输车果蔬堆码方式对温度场影响的数值模拟

温度场是保障果蔬运输品质的重要因素之一。为了解温度场的分布规律,该文以基于差压原理的运输厢体为研究对象,采用香蕉为试验物料,建立厢体的1/4等比例三维紊流数值计算模型,结合有孔模型,采用SIMPLE算法和壁面函数法,对厢体中间两侧留空、两侧留空和满载等3种果蔬堆码方式的模型进行温度场的数值计算,得出了厢体内纵截面和横截面的温度以及货物表面的温度分布图。经对比分析发现,合理的货物堆码方式可以改善厢体内温度场的分布;中间两侧留空方式较两侧留空方式和满载方式相比较,冷空气与货物的热交换好,厢体温度场较均匀。经过试验验证,模拟值与测试值平均温度偏差均不超过1.5℃,试验结果与模拟结果吻合较好。该研究揭示了果蔬保鲜车厢体内部温度场分布的一般规律,对保鲜运输车的货物堆码方式以及结构优化设计等研究有一定的参考价值。     

果蔬气调保鲜运输技术发展研究

对国内外果蔬气调保鲜运输技术与装备的发展动态进行了研究;系统总结和分析了不同类型气调系统的工作原理和研究现状;对气调保鲜装备的流场进行了分析;结合果蔬保鲜运输要求,特别是我国农业发展现状,指出了适合我国国情的果蔬气调保鲜运输技术与装备的发展趋势,为我国果蔬气调保鲜运输技术的研究与发展提供了参考。     

出风道参数对冷藏集装箱温度场的影响

结合货物多孔介质理论,建立了装有荔枝货物的保鲜集装箱三维数值模型。考虑荔枝货物及箱体物理特性,通过改变出风道风速、开孔面积和位置对制冷过程中集装箱内空气和货物温度的变化进行了数值分析,获得了箱内温度场分布特性。研究结果表明,提高出风道风速、增大开孔面积,可以促进箱内空气降温速度,并提高货物表面的温度分布均匀性;货物降温速度随出风道风速增大而增大,而与开孔面积关系不明显;出风道开孔位置对箱内空气降温速度影响不大,集中开孔形式下的货物温度降幅较其他开孔形式小。经试验验证,模拟结果与试验结果吻合较好,空气温度变化平均误差为5.05%、均方根误差为5.95%;温度分布平均误差为14.04%、均方根误差为16.48%,证明了模型的准确性。