水田激光平地机激光接收放大电路的优化设计

为解决水田激光平地机平地铲高程定位稳定性问题,该文采用试验方法研究了激光接收器的光电转换特征,对光电转换电路和放大电路参数进行了优化设计。并对影响激光接收器光电转换信号幅值的接收距离、太阳辐照度噪声、振动噪声与有效激光信号幅值频率等因素开展了相关性试验。试验结果表明,随着激光接收距离增加,接收到激光能量减小,激光光电转换信号幅值随接收距离增加按负指数衰减;随着阳光辐照度增加,光电转换硅光电池背景电流增加,光电转换效率降低,激光光电转换信号幅值按负指数衰减,而光电转换噪声按指数规律显著增加;机械振动噪声频率相对固定在低频段。在试验分析基础上,该文采用硅光电池内部等效电容和外接电感的直接光电转换电路,将激光脉冲电流信号调制为交流电压信号,优化带通放大电路参数,降低放大电路带宽对阳光辐照噪声和振动噪声的衰减,以提高激光接收器放大电路的信噪比。进一步田间试验表明,当采用定制的福田KF308发射器旋转频率为600 r/min,设计优化后的激光接收器可满足水田激光平地机的高程可靠定位检测要求。

播量无级调节水稻精量排种装置设计与试验

为提高现有组合型孔式排种器对不同品种的播量适应性,满足不同地区、不同品种的播种量要求。该文在此排种器的基础上进行优化设计和试验研究。以瓢形形状可变容积型孔的排种轮结构为主体,对型孔的形状、最大截面、深度和体积进行数学模型计算,确定在最小、中间、最大合成型孔位置的长轴尺寸分别为9.2、12.4和15.6 mm,截面积范围为71.31～154.58 mm^2,型孔容积大小调节范围为271.91～485.79 mm^3;在排种轮内部安装步进电机和控制电路,通过蓝牙控制每穴播量在3～10粒之间无级调节。选用常规粳稻秀水134、杂交粳稻花优14、常规籼稻黄华占和杂交籼稻晶两优1212四种具有代表性的直播稻品种,对无级调节型孔进行三因素四水平试验,试验结果表明:粳稻每穴粒数调节范围为5～10粒,籼稻每穴粒数调节范围为3～8粒,当型孔容积调节变化时,每穴排种粒数变化趋势明显,从而能达到播量无级调节的效果,满足不同品种每穴播种量3～10粒的设计目标;分析结果表明:水稻品种、型孔容积和排种轮转速3个因素对播量影响主次为型孔容积、水稻品种、排种轮转速。该文设计的播量无级调节水稻精量排种装置实现了不同水稻品种的播量无级调节作业,调节范围大,适应性较好,无级调节简便快速,具有较好的实际实用价值。

基于GPS技术的水田平地机的设计与试验

【目的】设计基于GPS技术的水田平地机,实现水田精准平整.【方法】GPS接收天线固定在平地铲上,以GPS高程定位数据作为平地铲高程信息,通过限幅平均滤波算法和PD控制算法实现平地铲运动精确和稳定的控制.【结果和结论】经GPS技术控制的水田平地机平整后的田块田面相对高程的标准偏差值由15.8 cm减小到4.7 cm,绝对差值在不大于5 cm的采样测量点累积百分比数达85.4%,限幅平均滤波算法减少了GPS高程数据误差.GPS高程定位数据能满足水田精准平整的要求,能有效改善田面平整状况.

基于物联网的桔小实蝇诱捕监测装备设计及试验

为了实现对桔小实蝇诱捕的实时监测和快速诊断,设计了一个基于物联网的桔小实蝇诱捕监测装备。该装备包括诱捕监测装置、太阳能供电装置和监测控制装置3个主要部分,其中诱捕装置包括顶盖、透明的连通件和诱捕瓶;太阳能装置包括太阳能板、蓄电池以及太阳能板支架;控制装置包括Fit-pc控制器、3G通讯模块和自主研发的桔小实蝇监测计数系统软件。该装备结合了机器视觉技术、远程通讯技术以及太阳能供电等技术,实现了集病虫害信息采集、处理、传输与自供电为一体的桔小实蝇诱捕监测装备,可长期的、实时的、远程的监控桔小实蝇诱捕过程和精确的计算桔小实蝇数量,且可自动传输到远程服务器并保存在本地存储卡中。在实验室环境下采用该装备测试,在830 s内有138头桔小实蝇进入该装备,系统检测出的结果是131头,检测成功率为94.9%。采用该装备在杨桃公园从2013年11月到2014年12月进行了一年多测试,系统软硬件可以稳定地协同工作,仅在光照严重不足太阳能供电不力的情况下出现过系统停止运行。基于物联网的桔小实蝇诱捕监测装备能自动跟踪计算桔小实蝇数量,从而向区域监控人员提供简洁有效的监控信息,在农业上有着广泛的应用前景。

压电式种子计数系统

提出了一种基于压电传感器的种子数粒系统,该系统用悬臂梁结构感受种子冲击以及用压电元件将冲击转换为电信号,经过放大整形后变成脉冲信号输入单片机计数并显示。根据典型的弹簧-质量-阻尼系统的二阶传递函数理论,对系统阻尼振动频率和阻尼比进行了分析。选用合适的高分子材料和安装方式,使系统拥有较好的阻尼比,种子短暂的冲击作用变换为单个波峰电压信号以实现准确计数。实验室试验结果表明,数粒系统单粒测量误差小于0.4%。

基于嵌入式应用的高分辨率农业图像采集节点设计

针对现有农业图像采集设备分辨率低且无法调节图像效果的现状,提出一种基于ARM、CMOS图像传感器和嵌入式Linux操作系统的高分辨农业图像采集节点的设计方案。设计了采集节点的硬、软件体系结构,实现了图像传感器驱动控制,可进行5种白平衡、7级亮度、5级对比度、5级饱和度的图像采集效果控制。试验结果表明,本采集节点能进行2 048像素×1 536像素的图像采集,并能较好地控制图像的白平衡、亮度、对比度、饱和度等像素效果。所设计节点具有体积小、成本较低等特点,可广泛应用于农业图像采集。

水田激光平地机调平系统动力学建模

为实现基于动态过程模型的控制,提高平地机调平控制系统控制精度和稳定性,该文建立平地机调平系统动力学模型。水田激光平地机调平系统是一种典型的机械电控液压一体化结构,该文建立其从比例阀输入电流至平地铲水平倾角的动力学模型。首先根据平地机调平物理系统结构与工作原理,在简化和假定条件下,建立平地机调平系统受力分析图,以此分析和建立基于微分一代数方程的动力学模型,即DAE(differential—algebraic equations)模型。通过求解DAE模型,得出输入电流与输出平地铲角度的仿真结果,并用试验方法将仿真结果与实际结果对比来验证模型。结果表明该文提出的系统模型能较好地描述平地机调平系统动态响应。该文提出的研究方法不仅对不同机型的平地机机械设计与控制系统设计有指导意义,还对其他机电液一体的农机作业机械动力学建模与试验验证提供参考。

面向田园监测的低成本多光谱图像远程采集节点设计

利用多光谱图像采集设备获取农作物敏感波段的多光谱图像并对其进行分析,已经成为当前农作物生长状态评估的重要手段。但现有的光谱图像采集设备存在价格昂贵、体积较大、分辨率低、需人工搬运设备至田间作业等不足。为此,该文设计一种低成本、高分辨率的多光谱图像远程采集节点,并部署在田园对农作物光谱图像进行实时采集,并远程传输到服务器端,从而实现对农作物状态的持续监测。节点可同时采集RGB彩色图像和3种不同波段光谱图像,图像分辨率可达500万像素,且滤片可更换,因而其可应用于不同作物的图像获取。节点的硬件平台由嵌入式处理器芯片S3C6410、CMOS图像传感器OV5640和自行设计的机械式滤光片转换装置构成。为了实现图像的远程传输,节点集成了3G无线通信模块。采用嵌入式Linux搭建了节点的软件平台,并在此基础上设计了节点的软件系统,实现了滤光片转换的驱动控制、图像采集、图像压缩和3G无线传输等功能。为了验证节点的性能,将节点部署在田园进行了一系列试验测试。测试结果表明,节点能够自动采集RGB彩色和3种波段光谱图像,并通过3G网络无线传输到服务器端。采集和传输大小为133 k B的4幅图像所需总时间约为45.27 s,丢包率为0.54%。试验表明该文所设计的节点能够实时采集和远程传输多光谱图像,可满足田园现场环境多光谱图像获取的需求。

一种微位移放大机构的设计与仿真

根据差式杠杆位移放大原理设计了一种新型微位移放大机构。计算和推导了该位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,分析了柔性铰链结构参数对微位移放大机构刚度的影响,并对理论计算结果和ANSYS仿真结果进行了对比。结果表明,理论计算值和有限元仿真结果之间存在一定的差异。

1PJ-3.0型水田激光平地机高程系统动态特性试验研究

水田激光平地机的高程系统主要接收激光信号并用以控制平地铲处于设定平面,其动态特性是平地机平整作业质量的重要保证。为分析水田激光平地机的高程系统动态特性,进一步提高平地机的工作性能,以与插秧机配套的1PJ-3.0型水田激光平地机为平台,采用电流检测电路检测电磁阀线圈电流,直线位移传感器测量油缸和平地铲的运动行程,USB高速数据采集模块同时采集电磁阀线圈电压和直线位移传感器信号,从而获得油缸和平地铲的响应时间和运动速度。在平地机高程机械液压系统处于不同油门、不同初始高度,平地铲上升过程和下降过程的条件下进行试验。试验结果表明:在上升过程中,油缸的平均响应时间48.2ms,平地铲的平均响应时间59.4ms;而在下降时,油缸的平均响应时间73.6ms,平地铲的平均响应时间62.3ms;在平地铲上升或下降时,不同初始高度和不同油门开度等级下的,油缸和平地铲的响应时间基本稳定;油门等级越大,平地铲上升速度越快,上升速度在109.0~305.0mm·s-1之间;单向节流阀能保证平地铲下降速度稳定,不受油门开度等因素影响,油缸缩回速度为35.8mm·s-1,平地铲下降速度为126.1mm·s-1。

仿形喷雾装置的设计及分析

从实现仿形运动的角度出发,设计一种果树仿形喷雾装置。该系统主要由仿形机构、喷雾部分和单片机检测及控制部分组成。主要介绍仿形喷雾装置的机械结构部分的设计,并分析仿形机构,特别是喷头的运动及运动空间。最后给出喷头位置控制的仿真算例。

超声电动机测试系统的研究

超声电动机技术参数的测量对其研究有重大意义,分析目前超声电动机测量的研究现状和存在问题,提出一种基于LabVIEW的测试系统构架,将是未来超声电动机测试技术发展的一个趋势和方向。

超声电机测试研究综述

超声电机技术参数的测量对其研究有重要意义,但由于超声电机的测试参数和测试项目较多,目前国内外出现的测试手段、方法及测试系统也就五花八门,概括起来,这些测试主要集中在定子参数及模态测试、瞬态特性测试、电参量测试、机械特性测试、噪音和寿命测试等方面。文章对目前国内外超声电机测试研究进行了综述,并针对现有测试系统存在的弊端,提出了一种基于虚拟仪器的超声电机测试系统方案,该系统可方便完成多种参数和特性的测量,将是未来超声电机测试系统发展的一个方向。

三自由度精密定位工作台的设计与仿真

研究设计一种以压电陶瓷为驱动器,柔性铰链机构为导轨的精密定位工作台。分析和计算柔性铰链微位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,建立精密定位工作台的输入输出方程,确定微定位工作台各自由度的变形量与压电陶瓷驱动器伸缩量之间的关系。最后使用ANSYS软件对微定位工作台的运动进行仿真,给出微动平台的运动范围。

基于DSP的果树形态参数检测系统软件的设计

根据果树仿形喷雾的特点及要求，设计开发了基于DSP的果树形态结构参数检测系统．该系统能够实时采集果树图像，并进行快速图像处理和果树部分形态结构参数的计算、介绍了系统的软件设计和图像处理算法，并给出了部分果树形态参数的检测结果．试验结果表明，该系统在果树冠幅和树高检测方面有较高的精度．最大冠幅和树高的检测相对误差分别为-2、5％-0％和-3、0％～1．7％．

基于DSP的果树形态结构参数检测

根据仿形喷雾的作业要求,开发设计了一套基于DSP的果树形态参数检测系统,可以对果树图像进行实时采集和处理,并快速计算出果树的部分形态结构参数。主要介绍检测系统的软件设计和果树形态参数的检测计算。经实验验证,系统对果树最大冠幅和高度的检测相对误差分别在-2.51%～0%和-3.0%～1.7%范围内,同时郁密度检测也基本上能够反映出果树的实际稀密程度。

基于分体解耦方法的变压器温度场模拟

为快速准确计算变压器内部温度场和热点,提出一种基于油箱和散热器出入口油温互约束模型的分体解耦计算方法,通过建立单个散热器组的有限元仿真模型,得到散热器及油箱出入口油温的互约束模型,再利用该模型和Comsol软件对油箱温度场进行模拟计算。该方法在变压器温度场计算中将油箱和散热器分离,针对油箱进行仿真建模和模拟计算时,无须考虑多个散热器组的剖分问题,可避免重复性网格剖分和对变压器整体剖分时单元尺寸差异较大导致的计算精度差和难以收敛的问题,计算量和迭代次数明显减少。以S9-1600/10/0.4型变压器为算例的温度场仿真结果表明,变压器在不同负载率下的温度场、热点值等均符合相关理论分析结果,同时因考虑了散热器的对流和辐射散热作用,计算结果的准确性也得到提高。

电涡流式纸币厚度传感器设计

点钞机主要依靠磁性安全线、磁性油墨、光学特征等特征来识别伪钞,部分伪钞或残旧钞票粘贴有大小、位置不同的透明胶纸也要区分,难以通过现有技术识别。设计了一种多段机械式厚度传感器,将纸币的厚度转化为机械位移,利用基于TI公司的LDC1000电感数字转换器组成的精密位移传感器实现纸币不同部位厚度的定位检测。首先阐述了机械式厚度传感器的结构与工作原理,并介绍采用TI公司提供的WEBENCH?Designer LDC1000工具设计传感器电路系统。初步试验结果表明,该传感器可在1 mm检测范围内达到优于5μm的分辨率,检测速率达到10 kHz,满足纸币厚度检测要求。

直线型超声电机电参量的测试研究

超声电机电参量的测量是指其启动和制动过程中电流及电压的测量,使用一般的传统仪器很难满足这一测量要求。该文利用LabVIEW软件平台,使用高速数据采集卡、霍尔电压和电流传感器等建立了一个直线超声电机电参量测试系统,可同时测量超声电机在启动、工作和制动过程中电压和电流的瞬时值及有效值等。最后通过对所研制的超声电机的实验测试,表明了该系统的可行性和有效性。

稻田水分传感器网络节点设计与实现

设计了一种能远距离操作与控制、低成本的无线频域水分传感器WFMS.该传感器根据Hilhorst提出的基于频域测量原理而设计,集成了土壤水分和水层深度测量功能,可以进行无线计算和传输,尤其适合在稻田水分精准监控管理中进行应用.该传感器包括传感器采集模块、处理器模块、通信模块和供电模块四大部分.传感器标定实验表明,本传感器在稻田土壤含水量30%以上到8cm水层深度范围内,对土壤水分含量测量误差不超过5%,对1～8cm水层深度测量误差不超过0.5cm.传感器成本降低至国内类似组合产品的20%左右.