基于改进YOLO v8-Pose的红熟期草莓识别和果柄检测

针对高架栽培模式下的大棚草莓,借鉴人体姿态检测算法,建立了改进YOLO v8-Pose模型对红熟期草莓进行识别与果柄关键点检测。通过对比YOLO v5-Pose、YOLO v7-Pose、YOLO v8-Pose模型,确定使用YOLO v8-Pose模型作为对红熟期草莓识别与关键点预测的模型。以YOLO v8-Pose为基础,对其网络结构添加Slim-neck模块与CBAM注意力机制模块,提高模型对小目标物体的特征提取能力,以适应草莓数据集的特点。改进YOLO v8-Pose能够有效检测红熟期草莓并准确标记出果柄关键点,P、R、mAP-kp分别为98.14%、94.54%、97.91%,比YOLO v8-Pose分别提高5.41、5.31、8.29个百分点。模型内存占用量为22 MB,比YOLO v8-Pose的占用量小6 MB。此外,针对果园非结构化的特征,探究了光线、遮挡与拍摄角度对模型预测的影响。对比改进前后的模型在复杂环境下对红熟期草莓的识别与果柄预测情况,改进YOLO v8-Pose在受遮挡、光线和角度影响情况下的mAPkp分别为94.52%、95.48%、94.63%,较YOLO v8-Pose分别提高8.9、10.75、5.17个百分点。改进YOLO v8-Pose可在保证网络模型精度的同时对遮挡、光线和拍摄角度等影响均具有较好的鲁棒性,能够实现对复杂环境下红熟期草莓识别与果柄关键点预测。

履带式自走水力采藕机设计与试验

黄河三角洲地区莲藕种植深度为30~40 cm,其采收以人工为主,采收环境恶劣,劳动强度大。为解决莲藕采收问题,本文设计了一种智能、高效、低损伤的履带式自走水力采藕机。对采藕机整机结构、工作原理、各关键机构进行了设计和选型,并开展了田间试验进行验证。采藕机主要由底盘及履带式自走机构、水力系统、液压系统、动力系统和控制系统等组成。总动力由柴油机提供,行走机构为履带式,具有良好的稳定性和灵活的转向性能,能适应复杂的藕田作业环境;射流冲刷方式为摆动射流,由提升液压缸和摆动液压缸分别带动喷嘴阵列上升、下降和左右循环摆动作业;能进行坡度0°~40°的转场作业,作业幅宽为2.3 m,能够对莲藕表层以上淤泥快速有效冲刷。在3个不同藕田进行了莲藕采收试验,试验结果表明,该机器能适应100 cm以下不同水深的藕田,采藕机莲藕采净率大于等于95%,莲藕损伤率小于等于5%,作业油耗率小于等于215 g/(kW·h),作业时行驶速度和平均工作效率分别为3 m/min和0.04 hm^(2)/h,采收效率为人工采藕效率的4~5倍。采藕机工作性能稳定,能够射流冲刷掉莲藕表面淤泥且未损伤莲藕,满足莲藕采收要求。

精准配比料药一体化生猪饲喂器设计与试验

针对向生猪饲料中添加颗粒药物时药物分布不均导致的药物利用率低的问题,设计了一种精准配比料药一体化饲喂器,以计量式斜槽轮为排料装置,并对排料斜槽轮、排药斜槽轮、饲料分流刀等关键部件进行了设计和仿真,实现给定质量比范围内的实时精准加药。用离散元分析软件EDEM进行排料稳定性分析,得出转速为40~60 r/min时排料槽轮的稳定性较好,根据(100~250)∶1的料药质量配比确定排药槽轮转速为10~20 r/min。用力链分析饲料颗粒和药物颗粒在斜槽轮排料装置工作时的受力情况,可知饲料颗粒和药物颗粒所受的外力小于破碎力,两种颗粒在整个运动过程中所受的外力不会造成颗粒破碎。通过样机试验测得在给定转速范围内,可实现的料药质量配比范围为(93.4~251.8)∶1,给定的料药质量配比在此范围内;进行料药配比混合台架试验,试验结果表明精准配比料药一体化饲喂器能实现向饲料中实时精准加药,解决了小粒径小流量的药物颗粒在大粒径大流量的饲料颗粒中分布不均匀问题。

自走式桑枝剪伐粉碎一体机的设计与试验

针对桑树枝条收获机械化水平低、劳动强度大、劳动成本高等问题,设计了一款自走式桑枝剪伐粉碎一体机,该机主要由行走装置、剪伐装置和粉碎装置3大部分组成,能够一次完成桑树枝条的剪伐与粉碎工作。田间试验结果表明,该机平均粉碎长度为19.3 mm,粉碎合格率为95.1%,其结构设计合理,工作性能良好,粉碎效率高,满足桑枝屑的二次利用要求。

基于FCM及HSV模型的方格蔟黄斑茧检测与剔除技术

桑蚕业缫丝前需要对蚕茧进行检测分类,剔除黄斑茧等下茧对于提高缫丝质量非常关键。我国蚕虫上蔟多用纸板方格蔟,方格蔟在使用过程由于挤压、受潮等原因极易变形,另外,营茧方格蔟一般覆盖一层茧衣,使自动检测方格蔟蚕茧质量并准确剔除黄斑茧等下茧极其困难。采用基于模糊C均值聚类(FCM)及HSV模型的黄斑茧检测算法,在采茧过程中直接对蚕茧进行图像分割和黄斑茧检测,使用基于机器视觉的直角坐标式自动采茧机对黄斑茧进行定位剔除试验。首先对方格蔟正面原始图像使用FCM分割,消除蚕茧茧衣及方格蔟边框,得到蚕茧二值图像;对FCM分割后的蚕茧二值图像与方格蔟原始图像进行掩膜,实现对方格蔟内单个蚕茧的提取;对提取到的单个蚕茧,根据HSV空间累积颜色直方图的黄斑颜色H分量的比例是否达到黄斑茧的定义阈值,逐个进行黄斑茧判断;然后,对检测到的黄斑茧,保存其连通域中心坐标作为其图像位置坐标,经过视觉测量确定蚕茧在笛卡尔空间中的世界坐标。使用基于机器视觉的直角坐标式方格蔟自动采茧机,对方格蔟黄斑茧进行定位剔除试验,该算法对方格蔟内黄斑茧的平均检测正确率为81.2%,黄斑茧坐标最大定位偏差为3.0 mm,对单张方格蔟图像进行分割和黄斑茧检测的平均时长为1.271 s,对茧衣附有桑叶梗或碎桑叶的蚕茧没有误检测,但对黄斑位于边缘处的蚕茧检测效果不好。

基于MSRCRYOLOv4tiny的田间玉米杂草检测模型

为实现田间环境下对玉米苗和杂草的高精度实时检测,本文提出一种融合带色彩恢复的多尺度视网膜(Multi-scale retinex with color restoration,MSRCR)增强算法的改进YOLOv4tiny模型。首先,针对田间环境的图像特点采用MSRCR算法进行图像特征增强预处理,提高图像的对比度和细节质量;然后使用Mosaic在线数据增强方式,丰富目标检测背景,提高训练效率和小目标的检测精度;最后对YOLOv4tiny模型使用K-means++聚类算法进行先验框聚类分析和通道剪枝处理。改进和简化后的模型总参数量降低了45.3%,模型占用内存减少了45.8%,平均精度均值(Mean average precision,mAP)提高了2.5个百分点,在Jetson Nano嵌入式平台上平均检测帧耗时减少了22.4%。本文提出的PruneYOLOv4tiny模型与Faster RCNN、YOLOv3tiny、YOLOv43种常用的目标检测模型进行比较,结果表明:PruneYOLOv4tiny的mAP为96.6%,分别比Faster RCNN和YOLOv3tiny高22.1个百分点和3.6个百分点,比YOLOv4低1.2个百分点;模型占用内存为12.2 MB,是Faster RCNN的3.4%,YOLOv3tiny的36.9%,YOLOv4的5%;在Jetson Nano嵌入式平台上平均检测帧耗时为131 ms,分别是YOLOv3tiny和YOLOv4模型的32.1%和7.6%。可知本文提出的优化方法在模型占用内存、检测耗时和检测精度等方面优于其他常用目标检测算法,能够为硬件资源有限的田间精准除草的系统提供可行的实时杂草识别方法。

基于颜色与面积特征的方格蔟蚕茧分割定位算法与试验

蚕虫上蔟多采用纸板方格蔟,但纸板方格蔟在使用过程中会因扭曲变形导致方格分布不规则,而采茧机械对变形的方格蔟进行蚕茧采摘时,会对方格蔟造成损伤。为了提高方格蔟机械采茧的智能化水平,减少采茧设备对方格蔟的损伤,提出一种基于颜色与面积特征的方格蔟蚕茧分割定位算法,实现对方格蔟中蚕茧的分割、中心点定位和位置坐标的视觉测量。首先采用图像空间的Brown畸变模型对方格蔟图像进行畸变矫正,减小径向畸变对视觉测量的影响;对矫正后的图像采用Mean Shift聚类算法进行预分割,消除光照及图像背景对蚕茧分割的影响;然后对阈值分割和形态学处理后的二值化蚕茧图像进行基于面积特征的连通域标定,得到每个蚕茧中心点位置;将连通域标定得到的蚕茧中心点坐标代入图像坐标系与世界坐标系转换方程,得到每个蚕茧在笛卡尔空间的三维坐标,经过视觉测量确定蚕茧在方格蔟中的具体位置,控制蚕茧采摘装置采摘方格蔟中的蚕茧。经过试验,该算法对方格蔟中的蚕茧检测正确率为96.88%,蚕茧坐标最大定位偏差小于6.0 mm,满足采茧装置对蚕茧采摘的定位精度要求。

桑园自走式变比配肥定向撒肥机设计与试验

为实现桑园内氮、磷、钾和有机肥按需均衡施肥,保障桑叶产量、质量,减小肥料不合理使用造成的面源污染,设计了一种能够变比配肥和定向撒肥的桑园自走式变比配肥定向撒肥机。根据桑园农艺要求设计的整机长为1450 mm、宽为655 mm、高为1141 mm,并对履带行走系统、变比配肥掺混机构进行设计。通过离散元法对变比配肥掺混过程和撒肥盘撒肥效果进行仿真分析,发现槽轮转速在20~80 r/min范围内,配肥偏离度标准差低于0.4,掺混均匀性较好;抛撒肥料时,曲线形叶片撒肥盘肥料分布呈对称形状,撒肥效果较好。通过正交试验优化设计定向撒肥板长度为450 mm、高度为80 mm、折弯角为100°。通过响应面法分析因素对撒肥分布变异系数的影响,主次顺序为:撒肥盘转速、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离、整机作业速度,并确定较优工作参数:撒肥盘转速为290.1 r/min、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离为88.2 mm、整机作业速度范围为0.5~0.7 m/s。通过田间试验验证,桑园自走式变比配肥定向撒肥机工作时撒肥分布变异系数低于40%,试验表明自走式桑园变比配肥定向撒肥一体机田间工作时具有较高的可靠性。

固态发酵饲料自动发酵饲喂一体设备设计与试验

针对固态发酵饲料在饲喂现场生产的需求和特点,设计了自动发酵饲喂一体设备。该设备由上料发酵系统、控制系统、饲喂系统构成:上料机构将饲料和菌液混合均匀送至发酵桶,发酵完成后自动下料至饲喂车;饲喂车能够准确定位到不同饲喂对象的食槽并进行定量布料;操作者只需在人机交互界面设置上料体积、发酵时长、饲喂对象等参数,整个发酵饲喂过程无需人工干预。饲喂系统由48 V/100 A·h的蓄电池供电,充电一次可连续工作4 d。试验结果表明,发酵桶上料和饲喂车排料的料体积误差均不大于6%,饲喂车定位误差平均值11. 75 mm,发酵时间、饲喂对象等参数控制准确。设备运行稳定可靠,发酵和饲喂之间无缝对接,显著减小了劳动强度,满足发酵饲料现场固态发酵并饲喂的要求。

挖藕技术研究现状及黄河三角洲地区莲藕采收技术前瞻

传统的莲藕采收方式以人工铲挖和水冲式为主,工作环境恶劣、劳动强度大、生产效率低和用工成本高,严重制约了莲藕产业的发展,研发省力高效的莲藕采收机械是促进产业规模化发展的根本出路。该文在总结国内外莲藕采收技术研究现状的基础上,阐述了现有挖藕机械的结构原理、功能特点和不足。同时,根据黄河三角洲地区莲藕的种植环境、生长周期和分布特点提出适合黄河三角洲地区莲藕种植模式的智能、省力、高效的履带自走式挖藕机,该机型是该地区莲藕采收机械的发展方向。

控制理论类课程的案例法教学设计

控制理论类课程具有较强的理论性和实践性。针对学生不同需求,进行了案例教学设计,详细介绍了从案例的选取到实施和反馈的过程,把课堂知识和控制技术的前沿运用到工程实际中,使案例教学更高效、更有针对性。

基于雨课堂的多维度精准化教学模式

以打破传统线下教学与线上教学的壁垒、贯通融合线上线下教学资源、保障农业工程类本科教学质量为目标,设计基于“雨课堂”的多维度教学模式,充分挖掘教学全周期学情数据,注重教学反馈信息,精准对接新时代大学生的内在深层次学习行为、习惯、心态,改变传统课堂教学流程,实现以教师“教”为中心向以学生“学”为中心的转变,有力提高了学生的学习兴趣,有效提升了教育教学质量。同时,教学模式的设计和应用有利于锻炼教师的教学能力、打磨教学技巧,提高教师适应“互联网+”背景下本科教育教学的工作能力,达到师生共同发展、携手共进的目标。2个学期共9门课程教学活动实践表明,基于“雨课堂”的多维度教学模式体现了较好的教学效果,受到师生的广泛认可,具有较高的应用推广价值。

基于Modbus协议的三相电力智能配电系统设计

介绍了一种基于Modbus协议的三相电力智能配电系统。系统以16位MSP430处理器为控制核心,采用SAMES SA9904B三相电参量芯片实现三相电力系统的多种电参量的采集和处理,通过标准的Modbus协议可实现对电力设备的实时在线监测、保护、控制和电能计量等。该系统可以单独作为三相电力配电模块使用,也可以方便接入Modbus通信网络,实现了与其他Modbus设备的兼容,可广泛应用于中低压电力配电系统,达到了电力系统配电自动化、信息化和网络化的发展要求。

基于PLC的精准变量水肥一体化设备研制

针对国内农业生产中存在的水肥利用率低、配肥均匀性差等问题,研制了一套精准变量水肥一体化设备,该设备以作物在各生长阶段所需的氮、磷、钾和中微量元素为变量,采用变量配肥方式;可编程控制器采集土壤墒情、流量等信息,控制比例电磁阀的开度;人机界面作为操作界面,实时显示土壤墒情信息和液态肥流量,设置配肥比和灌溉时间。经试验田试验验证,该设备具有配肥精准、操作简单和稳定性高等优点。

基于活体指纹传感器MBF310的防盗遥控器设计

设计一种适用于多种门禁场合下的防盗遥控器,具有活体指纹识别、射频无线遥控、无线加密数据传输、无线加密指令控制等功能。系统以16位MSP430F12X处理器为数据处理和控制核心,提高了系统的智能化水平和控制能力。

提高“自动控制原理”教学效果的几点认识

“自动控制原理”是自动化专业的一门重要专业基础课程。本文分析了“自动控制原理”课程的教学特点，根据笔者的教学实践总结了提高课程教学效果的几点认识，包括激发学生兴趣，划分重点难点，改变教学方式、重视实验环节等。

电动汽车铅酸电池实时温度补偿充电器的设计

为提高铅酸电池电动汽车的电池寿命和续航里程，设计了一种具有实时温度补偿的车载充电器。该控制器利用PIC单片机为控制核心，通过编程实现了预充、恒流、恒压、涓流、浮充5阶段充电，并能够实时监测蓄电池温度，对充电电压进行温度补偿。实验表明，该充电器工作稳定，能够最大限度发挥蓄电池的效率。

《嵌入式系统技术与应用》优质课程设计与实践

《嵌入式系统技术与应用》课程是山东农业大学机械工程学科学术型硕士研究生的专业课,其学习目标是全面掌握嵌入式系统的开发与设计方法。该课程是培养学生实践能力、创新精神和综合理论应用能力的重要课程。以解决工程实际问题为驱动力,突出理论应用与实践相结合的教学特色,从课程结构、教学方法与手段、研究生创新能力培养等方面对该课程进行了教学设计和实践,有效提高了该课程的教学效果。

大规模畜禽养殖对电力系统的影响

近年来,我国畜禽养殖业总体发展非常迅速且有继续快速增长的趋势,讨论了大规模自动化畜禽养殖对电力系统负荷预测、无功补偿和继电保护等各个方面的影响,为电力部门针对大规模畜禽养殖用电的电网改造提出了建议。

基于神经网络的奶牛发情行为辨识与预测研究

及时和准确地识别奶牛发情在牛群管理中具有重要地位。根据奶牛发情期活动量上升、静卧时间变短和体温升高等生理学特性,采用振动传感器、姿态传感器和温度传感器实时检测奶牛的活动量、静卧时间和体温等参数。建立了以奶牛行走步数、静卧时间、行走时间、温度为输入,以奶牛行为特征为输出的LVQ神经网络发情行为辨识模型与预测模型。经过初步试验验证,设计的监测系统和神经网络辨识算法检测奶牛发情的准确率可达100%,发情预测率达到70%以上。