【摘要】：機械化精量播種能夠省種、降低勞動強度、提高作業(yè)效率、增加農(nóng)民收益,是智能農(nóng)機發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。播種過程中排種監(jiān)測、漏播檢測及自動補種是精量播種智能化發(fā)展的趨勢之一。油菜是我國播種面積最大的油料作物,因油菜種子粒徑小、質量輕、播種速率高、排種過程封閉等特點,目前因缺乏小粒徑種子流傳感計數(shù)裝置,油菜精量播種的播量指標主要通過種箱內(nèi)種量變化或排種器轉速及型孔數(shù)推算間接獲得,且田間復雜的作業(yè)環(huán)境和故障不可避免地會隨機性導致油菜精量排種器發(fā)生漏播,影響作物產(chǎn)量。因此有必要設計一種能夠實時檢測油菜等小粒徑種子流的傳感裝置,并設計一套漏播自動補種系統(tǒng),實現(xiàn)油菜精量播種過程中播量監(jiān)測、漏播檢測并及時自動補種,提高播種質量和效率。本文在分析國內(nèi)外精量排種器種子流傳感檢測與漏播補種技術研究現(xiàn)狀的基礎上,基于壓電感應原理設計了油菜精量排種器種子流傳感裝置,以該傳感裝置拓展設計了漏播變量補種系統(tǒng),并開展了性能試驗研究,具體工作總結如下:(1)設計了一種油菜精量排種器種子流傳感裝置,實現(xiàn)了油菜等小粒徑種子的實時感知計數(shù)�；谟筒朔N子與壓電薄膜產(chǎn)生的碰撞信號特征分析,探索了一種油菜種子流壓電感應檢測方式,設計了沉槽基板-壓電薄膜感應結構,提高了種子流檢測時間分辨率和抗振性。運用高速攝影技術及碰撞動力學模型,設計了傳感裝置的導管內(nèi)徑、壓電薄膜傾角、導管長度、出種口位置等關鍵結構參數(shù)。通過設計的信號采集系統(tǒng),實現(xiàn)微弱碰撞信號經(jīng)放大、半波整流、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)調理轉化為單脈沖信號,利用單片機定時計數(shù)采集處理,實現(xiàn)油菜種子流排種頻率與排種總量的實時檢測,并利用nRF無線模塊定時發(fā)送給監(jiān)測顯示終端,實現(xiàn)播量數(shù)據(jù)的實時顯示與保存。臺架及田間試驗表明:種子流傳感裝置能夠實時檢測精量排種器的排種頻率與排種總量,檢測準確率不低于98%。(2)優(yōu)化設計了油菜精量排種器集成型漏播變量補種裝置,為漏播自動補種提供了技術支撐。該漏播變量補種裝置集螺管式補種器、直流減速電機、單片機控制系統(tǒng)、電機驅動系統(tǒng)、nRF無線模塊和電源于一體,使得補種裝置結構緊湊、功能相對獨立。結合試驗對螺管式補種器內(nèi)螺紋凸臺高度、螺管數(shù)目、種箱出種孔等結構進行了改進。采用PWM(pulse-width modulation)定頻調寬調壓方式驅動直流減速電機調節(jié)補種裝置轉速,進而改變排種速率實現(xiàn)變量排種。補種裝置排量測定試驗表明:補種裝置轉速在23~228 r/min范圍內(nèi),1 min排種粒數(shù)隨轉速增加呈線性增加,補種裝置螺管當量排種數(shù)穩(wěn)定在1.2~1.4粒,并利用曲線擬合方法得到補種裝置轉速與PWM占空比函數(shù)關系。(3)設計了油菜精量排種器漏播變量補種系統(tǒng)并開展了試驗驗證。該補種系統(tǒng)由漏播檢測傳感裝置、排種盤測速裝置、漏播變量補種裝置及漏播補種監(jiān)測顯示裝置組成,各裝置間指令和數(shù)據(jù)采用無線方式進行有序實時傳輸。漏播檢測傳感裝置實時采集排種種子流時間間隔序列和周期內(nèi)排種數(shù)序列,接收排種盤測速裝置測得的理論排種頻率確定檢測周期,結合基于時變窗口的漏播實時檢測方法計算漏播系數(shù)等漏播狀態(tài)參數(shù),并根據(jù)漏播變量補種策略獲得對應補種轉速,將其發(fā)送至漏播變量補種裝置及漏播補種監(jiān)測顯示裝置。漏播變量補種裝置接收補種轉速指令,并通過對應的占空比驅動電機實現(xiàn)變量補種。漏播補種監(jiān)測顯示裝置滾動刷新顯示最近10個檢測周期的漏播補種各狀態(tài)參數(shù)。漏播變量補種系統(tǒng)試驗表明:在正常播種速率范圍內(nèi),補種后有效地降低了漏播指數(shù),提高了播種質量。
【圖文】：

圖 1-1 內(nèi)布拉斯加大學的矩形光柵塊式種子傳感器ing sensor with rectangular photogate block of univers一般是利用“機器眼睛”攝取目標圖形，，經(jīng)過用一定規(guī)則進行判斷，進而得到結論服務于伺統(tǒng)在流水生產(chǎn)線產(chǎn)品檢測、交通車輛監(jiān)控、醫(yī)為成熟的應用（Mohan and Nevatia 1989，Choi al 2007，Azad et al 2008）。法是利用圖像傳感器（常用 CCD 相機或高速攝并采用圖像處理技術獲取種子序列，結合計算設計的高速攝像系統(tǒng)（如圖 1-2 所示）實現(xiàn)無遺距均勻性及落種速度的檢測（Karayel et al 20獲得的種子間距數(shù)據(jù)無顯著差異，為研究種子分布均勻性提供了基礎。

圖 1-1 內(nèi)布拉斯加大學的矩形光柵塊式種子傳感器1-1 Seeding sensor with rectangular photogate block of university of Neb視覺系統(tǒng)一般是利用“機器眼睛”攝取目標圖形，經(jīng)過計算機圖字化并采用一定規(guī)則進行判斷，進而得到結論服務于伺服系統(tǒng)或器視覺系統(tǒng)在流水生產(chǎn)線產(chǎn)品檢測、交通車輛監(jiān)控、醫(yī)學影像檢測都有較為成熟的應用（Mohan and Nevatia 1989，Choi K et al 19，Koc et al 2007，Azad et al 2008）。視覺檢測法是利用圖像傳感器（常用 CCD 相機或高速攝影儀）代列樣本，并采用圖像處理技術獲取種子序列，結合計算機對排種arayel 等設計的高速攝像系統(tǒng)（如圖 1-2 所示）實現(xiàn)無遺漏地對小器排種粒距均勻性及落種速度的檢測（Karayel et al 2006），且該帶試驗臺獲得的種子間距數(shù)據(jù)無顯著差異，為研究種子下落速度的影響及分布均勻性提供了基礎。
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S223.2

【參考文獻】

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3 丁幼春;王雪玲;廖慶喜;;基于時變窗口的油菜精量排種器漏播實時檢測方法[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2014年24期

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本文編號：2636979