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大豆播种监测系统数据传输技术研究

大豆播种监测系统数据传输技术研究

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作者：林二东黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

黑龙江省耕地面积约占全国耕地面积的十分之一，黑龙江省大豆种植面积占全国种植面积近50%，针对大豆大面积的种植情况，导致出现了对大豆播种作业状态很难实施监测的问题，如果精密播种机在播种作业过程中出现播种故障而不能被作业人... 详细信息

黑龙江省耕地面积约占全国耕地面积的十分之一，黑龙江省大豆种植面积占全国种植面积近50%，针对大豆大面积的种植情况，导致出现了对大豆播种作业状态很难实施监测的问题，如果精密播种机在播种作业过程中出现播种故障而不能被作业人员及时的发现，那么将会带来严重的损失。为避免出现这种情况，在精准农业技术的发展前提下，设计了嵌入式CAN无线播种监测系统。在本系统的设计过程中加入了无线通信技术、嵌入式技术、CAN总线技术。播种监测系统的嵌入式平台搭建需要了解播种监测系统的功能要求，将系统的各个模块功能进行集成化的设计，这样系统增加了稳定性的同时，也保证了系统的可靠性。在播种监测系统的设计过程中，为了能更好的完成系统的设计，选择了Windows CE作为本设计的操作系统。嵌入式计算机是根据嵌入式技术软件开发平台进行搭建的，采用***对嵌入式计算机进行程序编写以实现播种情况进行监测的功能。本系统设计以CAN总线技术为播种监测系统核心。通过CAN总线将播种传感器现场采集的播种信息，经过智能CAN节点处理后，广播到整个CAN总线网络中，并以唯一报文ID为识别符将信息报文传送到监测主节点建立的监视系统中，主节点对接收到的报文进行相应的解析等处理，最终将播种实际情况实时准确的展现在监视界面上。完成驾驶员在操作室内直接从监视主节点终端看到拖拉机挂载的播种机的播种情况。在精密播种机播种作业过程中，由于不同的作业，必须安装不同的监测设备，以获取不同的作业数据，分析这种播种检测系统的结构和特点，针对其作业环境恶劣、布线繁琐的情况，基于无线通信技术无需布线等方面的优势，选择了蓝牙无线通信技术和3G无线通信技术对上位机和下位机分别进行数据的采集和传输。蓝牙技术是为实现嵌入式计算机和下位机通信服务，3G无线通信技术是为监测中心的台式计算机和下位机之间的通信服务。

关键词：嵌入式技术播种监测系统 CAN总线无线通信

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水稻直播机播量控制与播种监测系统设计与试验

水稻直播机播量控制与播种监测系统设计与试验

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作者：赵天才南京农业大学

学位级别：硕士

水稻直播是近年来迅速发展扩大的一种轻便的栽培技术,具有省工、节约成本、减少劳动量、便于大规模机械化作业等优点,在当前农村劳动力紧缺,泡田插秧季节水资源匮乏,劳动力成本不断提高的形势下,水稻直播可以解决农村劳动力资源不足的... 详细信息

水稻直播是近年来迅速发展扩大的一种轻便的栽培技术,具有省工、节约成本、减少劳动量、便于大规模机械化作业等优点,在当前农村劳动力紧缺,泡田插秧季节水资源匮乏,劳动力成本不断提高的形势下,水稻直播可以解决农村劳动力资源不足的问题并促进水稻可持续生产,对促进农业增效、农民增收,具有重要意义。但现有的水稻直播机功能结构较为简单,自动化程度较低,播种作业较为粗放,普遍采用地轮驱动排种方式,播量调节复杂,同步性较差,地轮打滑易导致播种不均匀,播种过程缺乏实时监测手段,如遇排种堵塞、漏播易于造成损失,影响了水稻直播机械的播种质量。针对以上问题本研究设计了水稻直播机配套的播量控制系统与播种监测系统,以提高了水稻直播机的智能化水平,具体研究内容如下:(1)对现有的水稻直播机进行自动化改造,改变传统的地轮驱动排种方式,采用直流电机驱动排种轴;通过五种测速方式对比分析,设计仿形测速轮,选取编码器测速方式采集排种轴和测速轮转速,设计安装播量控制系统机械部件。(2)播量控制系统设计。播量控制系统构建采用模块化设计概念,硬件系统以STC12C5A60S2单片机为主控制器、IRLS3036型MOS管构建直流电机驱动、400线编码器构成速度采集模块、按键开关和数码管显示构建人机交互模块、10A插拔式保险丝构建过流保护电路;软件系统主要依据同步排种控制原理构建目标播种量、排种电机转速和机具车速之间函数关系,实现播种转速随机具车速同步响应。引入PID控制算法,建立直流电机排种转速PID控制模型并设计相应PID控制器,实现排种转速闭环控制,优化和提高排种转速控制精度,提高控制系统应对负载变化调节能力。(3)播种监测系统设计。依据电容极板物理属性,设计电容式播种监测系统,以STM32F103C8T6单片机为主控制器,设计电容极板式监测传感器,以PCAP01芯片构建极板电容检测电路,选取4pF参考电容,实现10-13F微弱电容值采集,通过拟合试验建立排种流量和电容值数学模型,构建目标播量和实测流量检测报警策略,系统工作时可显示实时播种量,并依据检测报警策略,判断播种状况,实现故障报警。(4)播量控制系统试验设计。通过台架试验,开展不同排种转速控制试验,测定排种电机转速超调量、峰值时间、调整时间参数;开展变驱动负载响应试验,通过施加不同负载模拟播种实际排种轴扭力,试验记录播量控制系统不同负载回调时间和负载电流参数;通过田间试验,开展播量控制精度试验,测试不同播量在不同转速下的控制效果,试验时记录转速误差、播量误差参数;开展播种同步响应试验,探究播量控制系统同步响应效果,试验时以采集卡记录排种轴和测速轮转速,绘制排种转速同步跟随响应曲线。(5)播种监测系统试验设计。开展种子流量与极板电容差值标定试验,测定不同种子流量和电容差值数据并通过MATLAB拟合数学函数;开展不同转速下播量监测精度试验,测定20s电容差值和实际播种量数据,计算目标播量和实际播量误差;开展监测报警试验,采用人为模拟排种堵塞和漏播故障的方法,测试监测系统报警准确性,分别记录20次报警数据。试验结果表明:播量控制系统在不同转速下的调整峰值时间差距较小,整体调整时间低于0.63s,响应及时;当排种电机负载增大时,电机瞬时转速回落逐渐增大,调整时间延长,测试最大负载12.5N·m时,系统转速回调时间为0.32s,负载电流为6.5A,控制系统迅速响应,大负载作业条件下控制系统工作稳定,性能可靠;田间试验结果表明,目标播量下转速控制误差最大为7.21%,最大播量误差3.96%,播种转速和播量控制精准,田间排种转速响应及时,排种同步性能良好,能满足实际需求。播量监测系统电容极板差值和种子流量拟合函数线性回归决定系数R2=0.9723,两者具有较高的线性度;理论种子流量和实际种子流量最大平均误差为4.51%,当排种量增大时的监测误差有下降趋势,监测控制系统监测精度较为稳定准确,人为模拟故障测试下,监测报警成功率100%,可以用于实际的播种监测。播量控制系统和播种监测系统对传统的水稻直播机具有较高的适用性,提高了现有机具的智能化程度,改善了播种质量,可为水稻直播机自动化改造提供参考。

关键词：水稻直播机播量控制系统播种监测系统电容监测传感器

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马铃薯播种机播种监测与漏播补偿系统的研究

马铃薯播种机播种监测与漏播补偿系统的研究

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作者：刘全威甘肃农业大学

学位级别：硕士

马铃薯播种机的播种质量是马铃薯产量的重要影响因素。而排种器是马铃薯播种机核心部件，排种器的排种性能对播种质量有很大影响。目前，国内使用的大多数是勺链式马铃薯播种机，由于排种形式的限制，该类型的播种机在作业时都存在不同... 详细信息

马铃薯播种机的播种质量是马铃薯产量的重要影响因素。而排种器是马铃薯播种机核心部件，排种器的排种性能对播种质量有很大影响。目前，国内使用的大多数是勺链式马铃薯播种机，由于排种形式的限制，该类型的播种机在作业时都存在不同程度的漏播现象。当前，主要通过人工补种来减少漏播率，但这一措施增强了农民的劳动强度，增加了马铃薯种植的人工成本。另外，由于作业中播种机取种勺的运动速度较快，人工不能及时补种而出现漏补现象。为解决勺链式马铃薯播种机的漏播问题，本文研制出一套适用于勺链式马铃薯播种机的播种监测与漏播补偿系统。本系统将单片机与传感器、补种装置结合起来，能够可靠地监测播种机排种情况，在光电传感器检测到漏播后，单片机控制补种装置及时准确补种。当排种器出现故障或补种装置不能正常工作时，单片机根据系统程序驱动声光报警装置进行报警，以提示拖拉机驾驶员停车排除故障。本系统大大提高了勺链式马铃薯播种机的播种质量和作业效率。本系统的台架试验结果表明：该系统性能可靠，达到了设计要求。本文主要进行了以下这三个方面的研究工作：（1）根据实现补种功能的需要，制订了播种监测与漏播补偿系统的整体方案，设计了播种监测与漏播补偿系统，采用C语言和汇编语言编写了播种监测与漏播补偿系统程序。（2）根据系统故障报警的需要，设计了以单片机（ATmega16）为核心的马铃薯播种机连续漏播声光报警系统和LCD液晶显示器。当播种过程中出现连续漏播时，声光报警系统立即进行声光报警。LCD液晶显示器用来显示播种数、漏播数和补种数。（3）根据制定的试验方案，在马铃薯播种机台架上进行了播种监测与漏播补偿系统的试验，试验结果表明：漏播补偿系统能够及时准确补种，有效减少漏播损失。在排种链的运动速度为0.3m/s～1m/s时，系统的灵敏度为0.1356s,补种率达90%以上，补偿后的漏播率小于1%，当排种器或补种机构出现故障时，声光报警率为100%，补种后的粒距合格率仅下降2.8%，补种位置比较准确。

关键词：播种质量排种装置 ATmega16单片机播种监测系统漏播补偿系统

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