【摘要】：機(jī)械化精量播種能夠省種、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)效率、增加農(nóng)民收益,是智能農(nóng)機(jī)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(dòng)補(bǔ)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(zhì)量輕、播種速率高、排種過程封閉等特點(diǎn),目前因缺乏小粒徑種子流傳感計(jì)數(shù)裝置,油菜精量播種的播量指標(biāo)主要通過種箱內(nèi)種量變化或排種器轉(zhuǎn)速及型孔數(shù)推算間接獲得,且田間復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境和故障不可避免地會(huì)隨機(jī)性導(dǎo)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(shè)計(jì)一種能夠?qū)崟r(shí)檢測油菜等小粒徑種子流的傳感裝置,并設(shè)計(jì)一套漏播自動(dòng)補(bǔ)種系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)油菜精量播種過程中播量監(jiān)測、漏播檢測并及時(shí)自動(dòng)補(bǔ)種,提高播種質(zhì)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(bǔ)種技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,基于壓電感應(yīng)原理設(shè)計(jì)了油菜精量排種器種子流傳感裝置,以該傳感裝置拓展設(shè)計(jì)了漏播變量補(bǔ)種系統(tǒng),并開展了性能試驗(yàn)研究,具體工作總結(jié)如下:(1)設(shè)計(jì)了一種油菜精量排種器種子流傳感裝置,實(shí)現(xiàn)了油菜等小粒徑種子的實(shí)時(shí)感知計(jì)數(shù)�；谟筒朔N子與壓電薄膜產(chǎn)生的碰撞信號(hào)特征分析,探索了一種油菜種子流壓電感應(yīng)檢測方式,設(shè)計(jì)了沉槽基板-壓電薄膜感應(yīng)結(jié)構(gòu),提高了種子流檢測時(shí)間分辨率和抗振性。運(yùn)用高速攝影技術(shù)及碰撞動(dòng)力學(xué)模型,設(shè)計(jì)了傳感裝置的導(dǎo)管內(nèi)徑、壓電薄膜傾角、導(dǎo)管長度、出種口位置等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過設(shè)計(jì)的信號(hào)采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)微弱碰撞信號(hào)經(jīng)放大、半波整流、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)調(diào)理轉(zhuǎn)化為單脈沖信號(hào),利用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)采集處理,實(shí)現(xiàn)油菜種子流排種頻率與排種總量的實(shí)時(shí)檢測,并利用nRF無線模塊定時(shí)發(fā)送給監(jiān)測顯示終端,實(shí)現(xiàn)播量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與保存。臺(tái)架及田間試驗(yàn)表明:種子流傳感裝置能夠?qū)崟r(shí)檢測精量排種器的排種頻率與排種總量,檢測準(zhǔn)確率不低于98%。(2)優(yōu)化設(shè)計(jì)了油菜精量排種器集成型漏播變量補(bǔ)種裝置,為漏播自動(dòng)補(bǔ)種提供了技術(shù)支撐。該漏播變量補(bǔ)種裝置集螺管式補(bǔ)種器、直流減速電機(jī)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、nRF無線模塊和電源于一體,使得補(bǔ)種裝置結(jié)構(gòu)緊湊、功能相對獨(dú)立。結(jié)合試驗(yàn)對螺管式補(bǔ)種器內(nèi)螺紋凸臺(tái)高度、螺管數(shù)目、種箱出種孔等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。采用PWM(pulse-width modulation)定頻調(diào)寬調(diào)壓方式驅(qū)動(dòng)直流減速電機(jī)調(diào)節(jié)補(bǔ)種裝置轉(zhuǎn)速,進(jìn)而改變排種速率實(shí)現(xiàn)變量排種。補(bǔ)種裝置排量測定試驗(yàn)表明:補(bǔ)種裝置轉(zhuǎn)速在23~228 r/min范圍內(nèi),1 min排種粒數(shù)隨轉(zhuǎn)速增加呈線性增加,補(bǔ)種裝置螺管當(dāng)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(bǔ)種裝置轉(zhuǎn)速與PWM占空比函數(shù)關(guān)系。(3)設(shè)計(jì)了油菜精量排種器漏播變量補(bǔ)種系統(tǒng)并開展了試驗(yàn)驗(yàn)證。該補(bǔ)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(bǔ)種裝置及漏播補(bǔ)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(jìn)行有序?qū)崟r(shí)傳輸。漏播檢測傳感裝置實(shí)時(shí)采集排種種子流時(shí)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(jié)合基于時(shí)變窗口的漏播實(shí)時(shí)檢測方法計(jì)算漏播系數(shù)等漏播狀態(tài)參數(shù),并根據(jù)漏播變量補(bǔ)種策略獲得對應(yīng)補(bǔ)種轉(zhuǎn)速,將其發(fā)送至漏播變量補(bǔ)種裝置及漏播補(bǔ)種監(jiān)測顯示裝置。漏播變量補(bǔ)種裝置接收補(bǔ)種轉(zhuǎn)速指令,并通過對應(yīng)的占空比驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)變量補(bǔ)種。漏播補(bǔ)種監(jiān)測顯示裝置滾動(dòng)刷新顯示最近10個(gè)檢測周期的漏播補(bǔ)種各狀態(tài)參數(shù)。漏播變量補(bǔ)種系統(tǒng)試驗(yàn)表明:在正常播種速率范圍內(nèi),補(bǔ)種后有效地降低了漏播指數(shù),提高了播種質(zhì)量。
【圖文】：

圖 1-1 內(nèi)布拉斯加大學(xué)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(jī)器眼睛”攝取目標(biāo)圖形，，經(jīng)過用一定規(guī)則進(jìn)行判斷，進(jìn)而得到結(jié)論服務(wù)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(yīng)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(jī)或高速攝并采用圖像處理技術(shù)獲取種子序列，結(jié)合計(jì)算設(shè)計(jì)的高速攝像系統(tǒng)（如圖 1-2 所示）實(shí)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(chǔ)。

圖 1-1 內(nèi)布拉斯加大學(xué)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(jī)器眼睛”攝取目標(biāo)圖形，經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖字化并采用一定規(guī)則進(jìn)行判斷，進(jìn)而得到結(jié)論服務(wù)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(xué)影像檢測都有較為成熟的應(yīng)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(jī)或高速攝影儀）代列樣本，并采用圖像處理技術(shù)獲取種子序列，結(jié)合計(jì)算機(jī)對排種arayel 等設(shè)計(jì)的高速攝像系統(tǒng)（如圖 1-2 所示）實(shí)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(yàn)臺(tái)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(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S223.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2636979