面向栽培基质的二氧化钛电极EGFET pH传感器设计

针对农业生产中栽培基质直接在线检测pH准确性差的问题,采用化学腐蚀法,制备出具有氢离子敏感特性和超亲水特性的二氧化钛(TiO_(2))电极,并且采用退火工艺以提高电极表面硬度;将TiO_(2)电极与金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)组合成基于延伸式栅极场效应晶体管(EGFET)的pH传感器.测试得到传感器灵敏度为0.05063 V/pH,重复性试验的变异系数最大为0.0057.测试结果表明该传感器具有良好的灵敏度、重复性和稳定性.选取4种典型栽培基质进行pH在线检测应用试验,pH检测误差的绝对值最大为0.18,经过温度补偿后误差的绝对值最大为0.11;使用后电极表面的亲水性依旧保持良好.应用试验结果表明,该传感器适用于栽培基质pH在线检测.

奶牛个体甲烷排放检测装置设计

奶牛个体消化食物过程中的甲烷排放量可作为牧场饲喂管理中优化日粮配方的参考依据。为此,设计了一种基于非分散红外(NDIR)技术的奶牛个体甲烷排放检测装置,采用穿戴式结构和低功耗、无线传输技术,通过双波长差分检测技术,利用比尔朗博定律分析计算甲烷气体的浓度。试验结果表明:装置不影响奶牛的日常活动及采食行为,设计的信号处理电路能够有效减少外部干扰,且响应速度块,通过上位机软件实现对数据实时检测。

农机具田间试验动态遥测系统设计

针对当前农机具田间试验参数检测技术薄弱、无法全面综合评估农机关键部件作业性能的情况,设计了农机具田间试验的遥测系统。在当前农机具三点悬挂连接方式利用上拉杆拉压力传感器、下悬挂销剪切力传感器、角传感器、动态扭矩传感器等实现机具作业过程中的多分量力有效检测。系统检测终端采用STM32F429单片机为主核心芯片,设计了多通道传感器数据融合同步采集处理电路、以太网处理电路及外部输出电路等,可实时对前端传感器数据进行采集、处理及存储,并采用RTK差分定位系统准确检测机组的作业速度及位置,通过大功率WiFi模块经局域网络将作业参数实时传输给田间远程监测平台。用户可通过上位机软件实现对作业参数进行计算存储、曲线绘制、时域分析、统计设置等。测试结果表明:系统结构简单,检测精度高,能够实现机具作业同步受力分析及技术参数测量,可作为田间试验的有效检测手段。

基于碰撞特性的鲜食玉米摘穗装置对比试验

【目的】探究缓冲弹簧和柔性触穗表面两种摘穗机构在摘取果穗中的低损作用及机制。【方法】以传统玉米收获用板式摘穗机构和具有缓冲弹簧加柔性触穗表面的柔性摘穗机构为2种摘穗结构,以刚性触穗表面、柔性橡胶触穗表面、柔性发泡材料触穗表面为3种触穗表面,得出6种摘穗机构,进行鲜食玉米果穗碰撞试验,采集和分析碰撞时间、碰撞加速度峰值,计算碰撞冲量,统计籽粒破碎率。【结果】柔性摘穗机构能够有效降低鲜食玉米果穗受到的碰撞时间,从而降低鲜食玉米果穗的籽粒破碎率。缓冲弹簧可缩短鲜食玉米果穗的碰撞时间,当柔性摘穗机构表面为柔性橡胶和柔性发泡材料时,碰撞时间分别比板式摘穗机构降低了66.2%、70.1%和70.1%。碰撞冲量分别降低了67.6%、77.9%和79.7%。籽粒破碎率降低了71.2%、51.3%和83.6%。对于柔性摘穗机构,鲜食玉米果穗与柔性橡胶、柔性发泡材料触穗表面的碰撞时间比刚性触穗表面分别延长了58.7%和63.2%。碰撞加速度峰值分别降低了62.5%和68.7%。碰撞冲量分别降低了42.4%和54.5%。籽粒破碎率分别降低了47.4%和68.4%。【结论】通过降低收获过程中鲜食玉米果穗受到的碰撞时间和碰撞加速度,从而有效降低了鲜食玉米果穗的籽粒破碎率,为鲜食玉米低损收获机的研制提供理论依据和设计参考。

无人驾驶农机避障路径跟踪仿真与验证

【目的】为便于验证无人驾驶农机避障路径跟踪的效果,减少实际无人农机试验次数与消耗,设计一种无人驾驶农机避障路径跟踪仿真验证方法,构建一个仿真验证应用系统。【方法】以无人农机为基础,集成真实复杂地形环境仿真、实际作业农机仿真和路径规划算法植入,构建一个一体化仿真验证应用系统。基于三维SLAM技术,采集环境点云数据,实现农田地形环境仿真建模,构建阿克曼转向机械结构的农机仿真建模,提出一种基于农机动力学约束的TEB局部路径规划算法;在仿真验证应用系统中实现路径规划跟踪及避障,并通过多次测试验证该算法的有效性。【结果】避障路径跟踪有效性对比测试和避障路径跟踪平顺性验证测试结果表明,无人农机行驶过程中可有效动态避障,最短有效避障距离为4.1 m。路径跟踪控制效果良好,障碍物距离大于5.0 m时,可控平均误差≤0.4305 m,均方根误差≤0.3151 m;障碍物距离在4.5~5.0 m时,可控误差均值≤1.3538 m,均方根误差≤1.6126 m。【结论】本文提出的改进TEB算法具有较强的作业能力以及较高的作业精度,满足农业机械导航避障路径跟踪仿真验证的需求,该算法可应用于无人农机在实际农田环境的避障路径跟踪。该应用系统易于扩充,为精准农业中针对各种复杂作业环境的农机运作状态的优化设计研究提供基础。

柑橘木虱YOLO v8-MC识别算法与虫情远程监测系统研究

柑橘木虱是黄龙病的主要传播媒介,其发生与活动可对柑橘果园造成毁灭性后果。为实现木虱虫情的高效监测,设计了一种集诱捕拍照、耗材更新、害虫识别与结果展示于一体的智能监测系统。设计了具备诱虫胶带自动更新、虫情图像实时获取功能的诱捕监测装置;应用选点裁剪、Mosaic数据增强(Mosaic data augmentation,MDA)和CA(Coordinate attention)注意力机制,改进了YOLO v8木虱识别模型;开发了Web和手机APP客户端,可实现虫情数据的可视化展示与远程控制。模型测试阶段,改进后的YOLO v8-MC召回率、F1值及精确率分别达到91.20%、91%、90.60%,较基准模型分别提升5.47、5、4.64个百分点;迁移试验中,模型召回率、F1值及精确率分别达到88.64%、87%、84.78%,且系统工作状态良好,满足野外使用需求。开发的智能监测系统能有效实现果园木虱虫情的远程监测,可为此类虫害防治管理提供有效手段。

基于优先级决策的果园车辆超声避障系统设计

针对传统果园作业车辆自主导航过程中缺乏障碍物检测与规避方法、无法及时规避障碍物等缺陷,设计了一套基于PX4与超声传感器的果园车辆导航避障系统。基于Pixhack飞控处理器及GPS传感器搭建果园自动导航系统,以实现车辆于果园间的自主巡航功能;使用Arduino控制板与US-100超声测距模块构建超声避障模块,旨在解决PX4导航系统自动巡航过程中的避障问题。同时,使用超声传感器测量车辆前方障碍物距离。当两者之间的距离小于系统设置的安全距离时,执行避障算法,通过舵机控制超声模块旋转,判断障碍物位于车辆左侧或右侧,控制板驱动车辆向无障碍物侧移动;若两侧均有安全距离以内的障碍物,则驱动车辆后退至安全距离以外。此外,为了解决飞控信号、遥控信号、超声信号在同一时间的执行问题,引入优先级决策方法,通过设定3种模式下不同信号的执行顺序来解决各信号的兼容问题。试验结果表明:设定安全距离为2 m时,实际安全距离偏差值最小值为0.02 m,最大值为0.21 m,平均偏差为0.14 m,可以解决不同信号执行顺序问题,且能满足实际果园避障需求。

育种播种机钢索复卷测程装置的结构设计与试验

目前,小区育种播种机定长获取方式主要通过人工测量,效率低且作业强度大,严重制约了小区育种机械的快速发展。为此,设计了一种钢索复卷测程装置,采用自动收放式测程,通过探测装置检测钢索固定的钢制或橡胶等材质球体获取小区育种播种机区间位置数据信号。为了确定不同前进速度下钢索复卷测程装置连续工作的合理参数范围,通过样机试验对装置进行参数优化。试验结果表明:往复导线轮V型角度在10°~20°之间,往复丝杠长度在400~450mm之间,装置运行稳定且无钢索缠绕和收排线集中等问题,带有触点式的行程开关的信号传输和控制运行稳定可靠,达到了育种播种机测程的要求。

作物表型信息获取机器人底盘设计与试验

为解决作物表型信息获取机器人底盘田间运行灵活性和稳定性能不佳的问题,针对小麦的种植模式和农艺要求,设计了一种作物表型信息获取机器人底盘。对底盘的整体结构、工作原理进行阐述,对关键部件进行了设计,并建立三维模型。利用ANSYS软件对车架进行静力学仿真,结果表明:底盘车架强度和刚度满足方案设计要求。对车架模态分析,结果表明:车架的固有频率与路面的激励频率不会发生重合,避免共振的产生。进行整机试制,并开展田间试验。田间性能试验结果表明:底盘的作业速度为3.6km/h,最小转弯半径为1.9m,直线行驶偏移率为1.98%,横向侧翻角伪30.15°,具有良好的转向灵活和稳定性能,能够满足作物表征信息获取的稳定高效工作要求。

基于COMSOL的水稻水分检测极板仿真优化与试验

为了提高水稻水分的在线检测精度,对平行式三极板电容器进行了有限元仿真分析和极板结构参数优化试验。使用COMSOL Multiphysics 5.6软件,对平行式三极板电容器进行静电场模拟分析,采用控制变量法探究边缘效应与极板厚度、极板间距、相对面积的变化关系。以电容比作为试验指标,使用Design-Expert软件对三极板电容器的极板厚度、极板间距、相对面积进行三因素三水平Box-Behnken试验设计,通过方差分析和响应曲面分析得到最优的三极板电容器极板结构参数。研究结果表明:在满足装置机械设计要求情况下,极板厚度1mm、极板间距100mm、相对面积18000.000mm 2的三极板电容器受边缘效应影响程度最低,是本研究水稻水分在线检测装置的最优极板结构参数。

音频技术在禽畜养殖与果蔬种植中的应用研究进展

随着信息技术的发展,音频技术凭借其快速、准确、成本低,且非接触、无侵入的优点,被广泛应用于现代农业禽畜养殖与果蔬种植等领域,已成为推动农业数字化、智能化的关键技术之一。该文阐述了音频增强技术如传统滤波法、短时谱估计法和小波去噪法在禽畜果植中的研究与应用,综述了音频识别技术在农产品无损检测、动物疾病与健康监测、物种识别与病虫害检测等方面的研究成果,同时分析了音频控制技术在果蔬种植和禽畜养殖中的研究进展,在此基础上总结了现阶段禽畜果植音频增强技术、音频识别技术与音频控制技术面临的问题,并指出其未来可能的研究发展方向,以期为禽畜养殖与果蔬种植领域音频技术的研究与应用提供参考。

船式拖拉机直线工作参数优选研究

为提高船式拖拉机驱动性能,以单轮叶为研究对象,结合离散元法搭建了仿真模型与土槽试验平台,分析单轮叶与土壤的直线作业机理。验证仿真模型的有效性后,从单轮叶与土壤作业过程出发,对单轮叶直线作业过程受力进行了分析,发现单轮叶推进力和支撑力均随着转过角度的增加呈现先增加后降低的趋势变化。以单轮叶推进力和扭矩作为评价指标,探究单轮叶工作参数对驱动性能的影响规律,通过多因素法得到最佳的工作参数组合。研究结果表明:最优工作参数组合为入土角度11°、入土深度147mm、前进速度1.6m/s,此时轮叶推进力为172.51N、扭矩为69.82N·m,优化后的单轮叶推进力提高了40.82N,扭矩下降了34.77N·m。土槽试验表明:优化后的单轮叶损耗功率降低明显,驱动性能得到了有效提高,结果为船式拖拉机工作参数选择提供了理论依据。

施肥对TDR土壤水分传感器测量精度的影响研究

为明析施肥对时域反射法(TDR)土壤水分传感器测量精度的影响规律,并提出适宜的标定方法,以提高其测量精度。以TDR土壤水分传感器作为研究对象,考虑土壤质地、土壤含水率、施肥量3个因素,选取新疆棉花主产区喀什的壤质砂土、克拉玛依的粉质壤土、昌吉的粉砂质黏壤土,设5个土壤含水率水平,5个施肥水平,共计75个处理;以烘干法为基准,建立了TDR土壤水分传感器标定模型,并进行验证。结果表明:在不同土壤含水率条件下,TDR传感器误差随着含水率的增加整体呈增大的趋势。同一含水率时,壤质砂土条件下的TDR传感器误差随施肥量的增加整体呈现增大的趋势;粉质壤土条件下的TDR传感器误差随施肥量的增加呈先减小后急剧增大的趋势;粉砂质黏壤土条件下的TDR传感器误差随施肥量的增加呈先增大后减小再增大的趋势。建立了TDR土壤水分传感器输出值与施肥量、含水率之间的多元回归预测模型并采用Logistic模型进行了标定,壤质砂土、粉质壤土、粉砂质黏壤土试验条件下标定后的平均绝对误差分别为-0.18%、1.46%、0.01%,表明考虑施肥量及含水率的变化对TDR传感器检测精度的提高有积极作用。

农业机械故障诊断系统的设计与试验

基于CAN总线设计了一种农业机械故障诊断系统,由传感器、控制器、通信模块、云端平台和移动终端组成。工作时,传感器采集农业机械的数据并将其传输到控制器,控制器通过CAN总线将数据传输到云端平台;云端平台对数据进行处理和分析,根据数据结果生成故障诊断报告并将其发送到移动终端,移动终端可以随时随地查看故障诊断报告并进行相应的处理。试验结果表明:系统可以增强农业机械的可靠性和安全性,缩短故障停机时间,提高工作效率和农业生产效益。

开花期番茄叶片含水率检测仪设计与试验

为实时检测开花期番茄叶片含水率,基于阻抗检测原理设计了一种植物叶片含水率检测仪,可检测100Hz~113kHz频率范围内的叶片阻抗,主要由阻抗检测、输入/输出、微控制器和叶片夹等模块组成。使用自制检测仪检测不同含水率的开花期番茄叶片,建立基于阻抗特性的叶片含水率偏最小二乘预测模型并进行验证。结果表明:以组合数据为输入的预测模型验证集精度最高,决定系数R^(2)为0.8435,平均绝对误差为4.47%;将预测模型导入到检测仪后对仪器的性能进行了测试,发现在45%~88%含水率范围内,预测值与实际值的平均绝对误差为4.51%,检测时间约为4s,表明检测仪可以实现开花期番茄叶片含水率的实时检测。

小区收割机快速测产系统的设计与试验

设计了一种小区收割机快速测产系统,系统以STM32单片机作为主控模快,通过称重传感器获取小区产量信息,同时将数据进行显示与保存。从系统的硬件电路和软件算法两部分进行抗振动干扰设计,以降低收割机振动对快速测产系统测量精度的影响。试验验证表明:测产系统硬件电路可靠,软件算法合理,在动态情况下测量谷物质量的最大误差为1.34%,平均误差为0.43%,符合小区育种试验的测产需求。

果园水肥药与防霜冻一体化系统装置的设计

针对我国果园生产中存在的水资料浪费、过度施肥、不科学施药、霜冻危害等问题,面向果园管理的水肥药节约省力需求,设计了一种果园水肥药与防霜冻一体化装置。以现有的果园灌溉系统为基础,构建水肥药、防霜冻和灌溉融合应用模式,实现了滴灌施肥、喷灌施药和防霜冻等果园农事功能。装置具有人工控制、定时定量、模型控制等多种控制方式,减少了设施设备成本,提高了果园现有设备的综合利用率,可精准控制水、肥、药的使用量,节约了农业资源。

手持式黄油桃可溶性固形物可见近红外光谱检测设备研制

桃在鲜果市场中占有重要份额。可溶性固形物含量(soluble solid content,SSC)是衡量桃品质的重要参数,是挑选优质桃以及预测最佳采摘时期的重要决策依据。该研究开发了一款基于可见近红外光谱技术的手持式黄油桃SSC无损检测设备。该设备的硬件系统主要由微型光谱仪、卤素灯、OLED显示屏、微控制器以及自主设计的驱动电路组成。为了评估所开发设备的检测性能,采用北京平谷区种植的黄油桃作为样品进行验证。首先,获取校正集样品在680~940 nm范围内的可见近红外光谱,经5点平均平滑和最大值归一化对光谱预处理建立黄油桃SSC偏最小二乘回归模型并用于预测集样本的SSC分析,预测相关系数和均方根误差分别为0.947和0.728%,单果检测时间不超过2 s。为了提高模型精度和稳定性,将校正集和预测集合并后作为新的校正集进行建模,并将重新构建的模型对独立验证集进行预测,SSC预测值与实测值的相关系数为0.906,均方根误差为0.732%。采用分段直接校正算法将主机模型传递到从机。经过模型传递后,从机对独立验证集SSC的预测值与实测值的相关系数和均方根误差分别为0.865和0.919%。该手持式SSC检测设备可将SSC预测数据以蓝牙方式传输到手机客户端,借助手机定位功能,在地图上实现黄油桃SSC空间可视化分布。研究结果表明,该手持式SSC无损检测设备可以实现黄油桃SSC的准确测量,借助模型传递算法实现了模型在不同设备间的有效传递,避免了重复建模,可为该设备批量生产节约大量成本,具有广阔的应用前景。

虚拟荔枝果园建模与采摘行为仿真研究

随着5G技术的发展和应用,基于数字孪生技术的虚拟果园成为智慧果园管理的新模式。为此,基于物联网数据信息采集,提出了一种虚拟荔枝果园模型构建及采摘行为仿真平台构建方法。首先,分析了荔枝果园的组成要素,并使用3dmax、SolidWorks等工具进行了单元模型构建,运用面向对象技术搭建了荔枝果园虚拟场景平台。基于虚拟仿真软件Unity3D,综合三维建模软件与脚本代码,搭建了采摘机器人采摘试验平台,实现了采摘机器人路径规划仿真,并研发了虚拟荔枝果园三维全景虚拟漫游系统。通过虚拟实验平台设置不同的采摘场景,仿真分析获取优化的采摘决策,可预测采摘机器人的真实作业性能,降低采收作业成本。

中高职一体化人才培养目标确立及课程体系构建

中高职一体化是构建现代职业教育体系的重要环节之一,是回应教育需求、适应产业发展要求的重要举措之一。为推进中高职教育可持续发展,本文对当前中高职院校教育衔接现状进行分析,提出了中高职一体化人才培养方案构建应遵循的基本原则,并以高职院校设施农业与装备专业为例,分析了中高职一体化人才培养模式下2个中职院校专业(园林绿化、农机设备应用与维修)与其进行有机衔接的路径,探究了专业课程设置的内在联系,并据此构建了中高职一体化专业课程体系。