双板差分冲量式谷物流量传感器设计

设计了一种双板冲量式谷物流量传感器及其差分消振电路,以消除车身振动对测产精度的影响。振动试验表明,在没有谷物输入时联合收获机车身振动导致前后2个检测板产生的2个振动信号是一对共模信号,可通过电路差分的方法消除;差分后传感器的输出电压的信噪比由2.5 dB提高到62 dB。在零喂入量情况下,振动产生的零点误差小于0.01 g/s;在联合收获机正常作业的喂入量范围内（0.5-2 kg/s）,实验室测量误差小于3%。田间实际测量误差不大于5%。

基于称重法的联合收获机测产方法

针对精准农业田间信息获取技术的研究,提出了一种基于称重法的联合收获机收获粮食产量分布信息测量方法。该方法利用传统联合收获机的粮食传输特点,采用了螺旋推进称质量式技术实现了联合收获机产量流量测量,解决了计量装置、动力直接传输和有效信号提取等问题。利用短时小波滤波等方法处理实时流量数据,结合全球定位系统(GPS)定位信息实现了联合收获机粮食流量动态计量以及田间粮食产量分布信息的获取。试验结果表明,台架试验误差小于2%。该方法可以完成粮食产量分布信息的获取工作。

谷粒冲击压电力敏元件数值模拟与试验

设计了一种冲量式谷物质量流量压电传感器。应用显式动力学软件LS-DYNA建立了谷粒-力敏元件冲击有限单元模型,数值模拟了谷粒冲击力敏元件的过程,研究了力敏元件材料对冲击过程的影响。应用LabView软件和高性能压电陶瓷,开发了谷粒冲击力敏元件的物理样机试验系统,对数值模拟结果进行了检验。数值模拟和试验研究的结果表明:在1Cr18Ni9、聚丙烯和陶瓷(Si3N4)3种力敏材料中,陶瓷(Si3N4)是首选;在测试系统中应用所述压电陶瓷,无须前置放大器即可以满足谷物质量流量测试要求,极大地简化测量电路,提高测量精度,降低测试成本。

谷物联合收割机远程测产系统开发及降噪试验

为降低田间振动干扰对谷物产量检测精度的影响,同时增加测产系统的实用性,设计了一种基于CAN总线技术、无线通信技术以及计算机网络技术的新型谷物智能测产系统。系统包括车载子系统和远程监测子系统2个部分,实现了谷物产量的现场监测、产量图绘制、远程监控与收获作业管理等功能。车载部分设计了弧形冲量传感器,提出了机械减振和双板差分方法来降低收割机振动对谷物流量测量的影响,采用数字阈值滤波的方法来提高谷物产量的测量精度,并建立了总产量和单位面积产量的数学模型。田间动态试验结果表明双板回归差分方式滤除干扰的效果优于直接差分,其最大测产误差为8.03%,测产平均误差为3.27%,最大测产误差比直接差分方式降低了7.12个百分点,最后绘制了试验地块的产量分布图。另外,系统的远程监控部分开发了界面友好的收获作业管理系统,实现了谷物产量的远程监测与管理。系统总体运行性能良好,满足了测产需要。

平行梁冲量式谷物质量流量传感器田间实验

设计了平行梁冲量式谷物质量流量传感器,以该传感器为核心部件构建了测产系统。针对小麦、水稻两种不同谷物品种,不同联合收获机机型以及不同田间地面状况,于2004年夏秋两季分别在中国科学院栾城农业生态系统实验站和上海五四农场做了精准收获实验。实验结果表明,测产系统可以在正常农田地面状况下可靠地工作,单产和总产测量误差均小于10%,且对联合收获机机型以及谷物品种不敏感。

谷物流量传感器试验台的设计与试验

为了配合切纵流谷物联合收割机大喂入量流量监测系统的开发,该文根据测产需要,研制了一种谷物流量传感器标定试验台。试验台采用刮板式升运器结构,升运器倾角70°～90°。谷物由入粮箱喂入后,通过对插板的调节,可控制试验过程中不同谷物流量大小。基于图像化编程语言LabVIEW,采用NI(national instrument)数据采集卡,建立了一个多通道数据采集系统,可实现喂入粮箱的质量信号、振动信号及谷物流量信号波形和数值的实时显示、存储和分析。室内标定试验结果表明,在没有外力影响的情况下,喂入量的大小对测产精度的影响较大,尤其小流量时,测产误差达到6.55%。系统动态质量平均误差为4.02%,测产平均误差为4.24%,基本满足大喂入量流量监测系统的需要。本试验台研制为谷物流量传感器提供了一个开发平台。

嵌入式谷物流量传感器设计与试验

为进一步提高双平行梁谷物测产系统的集成度以便于推广应用,提出一种嵌入式谷物质量流量传感器。设计了基于混合信号控制器HY16F188和嵌入式处理器STM32F405的信号采集处理模块。其中HY16F188负责谷物冲击信号的后置放大和AD转换,STM32F405则主要完成自适应噪声对消算法,输出谷物质量流量信号。基于MFC设计了配套的上位机软件,用于谷物产量显示、存储和产量图生成。为验证传感器性能,2016年11月在扬州市江都区的实际生产稻田进行了空载振动试验、标定试验、测产试验。空载振动试验分成原地小油门、原地大油门和行走等3种工况,振动干扰噪声幅度降低了97.4%。标定试验中采用线性关系对传感器进行标定,通过直线拟合获得了标定系数。选择3个不同田块开展测产试验,共计进行8次实际测产试验,获得了产量分布图,可以直观看出农田各位置的谷物产量分布情况。大田测产试验结果表明最大测量误差小于7.4%。该研究可为精准农业谷物在线测产研究提供参考。

平行梁冲量式谷物质量流量传感器弹性元件设计

冲量式传感器具有结构简单、使用方便等优点,但容易受到基础振动的干扰。为此设计了平行梁结构冲量式谷物质量流量传感器弹性元件,对弹性元件安装端部采用了削弱设计。有限元分析表明该设计方案不仅符合应力集中原则,而且可以提高传感器抵抗振动干扰的能力。给出了传感器电桥电路,以及后续放大、电压电流变换等调理电路,使得传感器输出零点可以方便调节,降低了传感器在联合收割机上的安装要求。试验结果表明,传感器线性度误差小于0.1%,输出不受外力作用点的影响,同时具备了合适的工作频带宽度。

冲量式谷物流量传感器测产信号处理方法

为研究冲量式谷物流量传感器背景振动噪声的提取及剔除方法，以减小背景振动噪声对其测产精度的影响，设计了一套冲量式谷物流量传感器室内标定台架，通过变频调速器控制驱动电机实现输粮搅龙和刮板升运器转速的改变以模拟联合收割机的不同田间工况，并对双板差分冲量式谷物流量传感器的测产信号处理方法进行了研究。通过算术均值滤波初步滤除测量板和参考板输出信号中的随机噪声，通过对参考板滤波输出信号的离散傅里叶变换（discrete Fourier transform, DFT）提取背景噪声的频谱特性，通过测量板和参考板DFT结果的频域差分实现测量板输出信号中背景噪声的剔除，对频域差分结果进行离散傅里叶逆变换（inverse discrete Fourier transform, IDFT）即可得到剔除了背景振动噪声后的传感器输出信号，再对其进行二次算术均值滤波，即得到最终的测产输出信号。通过室内台架标定，建立了谷物籽粒流量与测产输出信号和升运器速度之间的标定模型，并进行了室内模拟测产试验。试验结果表明：谷物流量范围为0.5～2.3 kg/s时，在不同的变频调速器输出频率下，最大测产误差不大于3.1%，测产精度较高且比较稳定，频域差分处理方法能较好地实现双板差分冲量式谷物流量传感器背景振动噪声的剔除。该研究可为冲量式谷物流量传感器测产系统的开发提供参考。

联合收获机粮食产量分布信息获取技术

针对精准农业田间信息获取技术的研究,提出了一种基于称重法的联合收获机粮食产量分布信息测量方法,可以提高联合收获机粮食流量监视的准确性。利用传统联合收获机的粮食传输特点,采用螺旋输送称重式原理组成联合收获机产量流量传感计量,解决了计量系统与动力直接传输相结合的技术问题,借助于GPS定位信息实现了联合收获机粮食流量动态计量以及田间粮食产量分布信息的测量。

基于ARM的联合收割机谷物产量计量系统的研究

以联合收割机谷物产量计量为研究对象,利用压力测产传感器,采用S5PV210微处理器,设计了一套基于ARM的联合收割机谷物产量计量系统,实现了谷物产量的实时计量。田间动态试验结果表明:联合收割机谷物产量计量系统误差范围为3.93%～3. 91%,控制在4%以内,误差波动较小,准确率较高,能够达到设计要求,符合联合收割机的实际测产要求。

光电信号与收割机谷物产量数据转换模型的构建与验证

为了准确获取联合收割机作业过程中的谷物产量信息,自主研发了基于光电漫反射原理的联合收割机谷物产量计量系统。系统主要由传感器模块、数据采集模块、GPS模块和谷物产量计量显示终端组成。在研究了联合收割机田间工作状态和籽粒升运器刮板谷堆近似模拟形状的基础上,提出了分段式光电信号与收割机谷物产量数据转换模型。同时为了进一步消除收割机作业过程中产生的奇异点数据,提出了基于籽粒升运器转速的双阈值动态均值滤波的数据预处理方法。结果表明,采用该方法可以有效剔除奇异点数据,提高产量数据整体平滑度。田间试验结果表明,在考虑升运器转速条件下,该研究提出的分段式谷物产量数据转换模型动态验证误差小于3.50%,满足联合收割机谷物产量计量的实际需要。

基于线结构光源和机器视觉的高精度谷物测产系统研制

针对精准农业中谷物产量信息的高精度获取需求,设计了基于计算机视觉的谷物测产系统,由工业相机、线结构光发生器、电感式接近开关和工控机等组成。提出了基于线结构光的谷堆厚度测量方法,根据所建立的谷物几何模型计算出谷堆的体积,并采用电感式接近开关克服了传统光电式谷物测产系统存在的误触发问题。同时,研究了不同转速下结构光测量误差,建立了基于转速的线结构光测量修正模型,使得测量误差从1.1%减小为0.33%。在室内台架上进行了测产试验,试验结果表明,未使用线结构光修正模型的最大测产误差为12.73%,在使用了线结构光测量修正模型之后,相对测产误差在4.27%以内,该研究可为谷物测产研究提供理论依据。

光电漫反射式联合收割机谷物产量计量系统研发与性能试验

为了进一步提高联合收割机谷物产量计量系统的精度,自主研发了基于光电漫反射原理的谷物产量计量系统。系统主要由传感器模块、数据处理模块、GPS模块和谷物产量计量显示终端组成。光电式谷物产量计量系统计量作业时,当联合收割机籽粒升运器刮板输送谷物经过漫反射型谷物体积传感器时,会间歇性的阻断光路,从而产生脉宽信号,脉宽信号大小与刮板上谷物厚度成正比,同时升运器转速传感器输出转速信号,谷物产量计量数据处理模块将采集到的2路传感器信号进行放大、滤波和A/D转换后与GPS模块采集的联合收割机行进速度、经纬度信息由RS485总线传输至光电谷物产量计量软件系统,经光电式谷物产量模型处理后,将产量信息、速度信息、位置信息等实时显示在终端上。为了验证光电式谷物产量计量系统的性能,分别开展了室内主要传感器性能台架试验和系统田间动态性能验证试验,试验中谷物喂入量在0.1~6 kg/s范围内,台架试验表明升运器转速传感器测量误差小于2.00%,漫反射型谷物体积传感器测量误差小于3.50%。田间动态性能验证试验结果表明光电式谷物产量计量系统运行稳定,系统检测结果与实际测量结果决定系数R^2达到0.848 4,测产误差最大为3.51%,满足田间实际测产需要,为精准农业变量作业提供了科学依据。

谷物联合收割机测产技术发展现状与展望

农业机械化发展是推动我国农业发展的极大动力,为了更好地服务于农业,自动控制和监测技术已广泛应用于现代农业机械装备之上,而谷物智能测产系统作为联合收割机自动监测的一部分,安装在收割机上具有十分重要的意义。为此,主要总结了谷物联合收割机测产系统的国内外技术现状,分析并着重介绍了测产系统核心部分产量计量传感器,进而对我国的联合收割机测产系统有关技术进行了讨论,并以此为基础展望了我国未来智能测产系统的发展。

谷物联合收获机在线测产技术研究现状与进展

为加速推进中国智慧农业发展,深入了解精准农业技术体系中田间谷物产量在线监测技术的研究现状,该研究重点概述了国内外谷物联合收获机在线测产方法,包括动态称量测量、体积测量、冲击力测量、射线测量及其他测量方法,介绍了不同测量方法的原理和测产传感器的关键技术与应用。从可行性、通用性、稳定性与准确性方面,分析归纳了中国当前谷物产量在线监测技术所存在的主要问题,指出冲击力测量方法应用广泛,但尚未考虑谷物与冲击板碰撞时对谷物造成的机械损伤等问题。同时,该研究提出了谷物联合收获机在线测产技术未来的研究重点与发展方向,旨在为作物产量信息监测技术与智能化农业机械装备的发展和应用提供理论依据和技术参考。

单板式冲力谷物测产传感器设计与试验

为了能够适应目前精准农业的治理与发展需求,设计了实时产量检测的单板式冲力谷物测产传感器。为了验证方法的可行性,进行了传感器的受力有限元仿真,形成应力板的受力云图,确定应变片的检测位置。采用惠斯通电桥对应力采集板的形变信号进行采集,并通过CAN发送给上位机。上位机通过无迹卡尔曼滤波(UKF)算法对形变信号处理后,通过标定关系曲线,得到实时的产量信息。应力标定试验,确定了传感器采集的模拟值与冲力的关系曲线;产量标定试验,确定了冲力与产量的关系曲线模型;田块试验,表明该传感器的检测平均绝对误差为4.6%。

谷物联合收获机测产系统设计与研究

谷物产量实时监测是联合收获机的重要性能,为实现联合收获机对谷物产量实时监测的功能,设计一种基于物位传感器和STM32处理器的产量实时监测系统。该系统以物位传感器为检测元件,根据测量电极的电容变化检测粮箱内谷物的体积,通过数据处理模块得出结果并上传至监控计算机。田间试验表明,该系统安装方便,实时性强,检测误差小于4%,能够满足联合收获机测产系统的实际需要。

新型冲量式谷物联合收割机智能测产系统

作物产量分布信息是精准农业的关键基础数据.以数字型冲量式谷物质量流量传感器为核心部件,应用CAN总线架构设计了联合收割机测产系统.设计了双平行梁结构的冲量式谷物质量流量传感器,其中第一根平行梁上的拦截指直接受谷物籽粒流冲击;第二根平行梁则只用于检测收割机振动以及地形变化引起机器倾斜等干扰,不与谷物籽粒流接触.采用最小二乘法求取自适应对消因子,利用第二根平行梁输出作为参考信号进行自适应干扰对消,有效地消除了第一根测量平行梁中各种干扰引起的输出.大田初步实验结果表明,最大相对测产误差小于4%.