农业机械液压油的污染与控制

农业机械设备液压油的污染是液压系统运行不稳定、出现故障的主要原因。本文对农业机械液压系统中液压油污染的原因及危害进行了详细的分析,提出了控制液压油污染的具体措施,对正确使用农业机械液压油,保证农业机械液压设备的稳定运行有一定的参考价值。

基于CAN-Bus的农业车辆电动转向系统研究

为实现农业车辆精准快速地自动转向,建立了转向系统模型并设计了转向控制算法。试验平台以车载计算机为CAN主节点,采用CAN-Bus通信网络与各个监测控制从节点相通信,CAN从节点包括前轮转角测量节点、行驶速度测量节点,转向电机控制节点与车辆行驶速度控制节点。根据输入量与输出量之间的物理关系建立了转向系统的二阶模型,通过稳定性分析,设计了基于ITAE性能指标的最优PD控制器。试验结果表明,对系统施加±20°的阶跃输入信号,车辆在农田路面与水泥路面下分别以0.3、0.5、0.7 m/s的速度行驶时,最优PD控制器均能使系统平稳地跟踪期望的前轮转角,调节时间均在0.35 s以内,稳态误差小于0.5°。

畜牧信息智能监测研究进展

畜牧信息主要包括养殖环境信息、动物行为信息及健康指标信息。准确高效地采集养殖环境参数是反馈控制养殖环境的基础,是为动物构建良好生存环境的前提。动物行为是动物生理健康状况的外在表现,动物行为监测、分析有利于及早发现疑似发病牲畜个体,降低经济损失。目前国内主要依靠人工观察方式监测畜牧信息,主观性强且精度低。随着现代信息技术的不断发展,智能化畜牧信息监测技术也在快速发展和不断更新。阐述了音频分析技术、机器视觉技术、无线传感器网络技术及射频标识(RFID)技术在畜牧信息监测中的应用研究现状,展望了智能化畜牧信息监测的后续研究方向。

基于CCS的边缘检测算子实验

边缘检测是图像处理的第一个阶段,是机器视觉领域内经典的研究课题之一,本实验设计了基于CCS3.3的边缘检测实验,在Sobel算子实验的基础上,进一步采用小波变换提取边缘,实验结果可以发现改进的小波变换边缘检测比传统的Sobel算子等算法效果要好,该实验为进一步图像分析实验打下基础。

白背飞虱智能识别技术研究

[目的]为了实现水稻白背飞虱的自动监测,提出一种利用昆虫背部图像特征的白背飞虱自动识别方法。[方法]用自制的野外昆虫图像采集装置,在野外环境下,采集131张白背飞虱昆虫图像,通过颜色（蓝色分量B=130）阈值分割、滤波处理后,获取所采集昆虫图像二值化图,然后提取出单个昆虫背部区域二值化图和背部区域灰度图。通过对白背飞虱的大小统计分析的方法,剔去明显非白背飞虱的单个昆虫图像,再运用不变矩和二维傅里叶频谱数据提取昆虫几何形态、颜色和纹理共88个特征值,将7个不变矩和l×l（l=1,2,…,9）二维傅里叶频谱特征进行组合后作为输入变量,建立基于支持向量机的白背飞虱识别模型。[结果]自动采集装置在野外环境下采集的单个白背飞虱大小为1 000~2 600个像素点。当使用1~5不变矩特征值和5×5频谱特征值建立识别模型,训练集准确率达到95.71%,测试集准确率达到95.00%。[结论]使用不变矩和二维傅里叶频谱提取白背飞虱的几何形态、颜色和纹理特征,并建立支持向量机的识别模型,可以实现田间白背飞虱的自动识别。

基于CCS3.3的稻飞虱轮廓提取实验设计

针对DSP课程结合科研的实验要求,设计了基于CCS3.3的稻飞虱轮廓提取实验。该实验以TI公司6000系列DSP为实验硬件平台,再设计实验算法,通过CCS3.3建立工程,实现对稻飞虱轮廓的提取。实验结果表明可以通过轮廓形状识别稻飞虱,也为基于CCS软件的系统开发打下基础。

基于NB-IoT的温室温度智能调控系统设计与实现

【目的】以NB-IoT低速率窄带宽物联网技术为核心,研制一套以5G低功耗海量连接场景前期技术为基础的智能温室环境自动调控系统。【方法】应用MSP430F149超低功耗芯片采集环境信息,依托NB-IoT蜂窝物联网平台,云端智能调控系统,结合多传感器融合与模糊PID–分级控制技术,根据用户需求调节温室环境。【结果】该系统在温室大棚内实地应用的结果表明:温室环境信息采集相对误差不超1%,平均控制精度在3.57%(±1.0℃),无传输距离限制,实现作物生长温度的自动调节。【结论】该系统稳定可靠,为作物的生长提供良好环境,对作物的研究提供有力的技术支撑。

基于多维度指标的小麦种子田间分布质量评价方法研究

【目的】精确播种技术是创建作物合理群体、保障作物增产丰产的重要技术途径。针对精确播种质量的测试评价方法仍然十分缺乏,尤其缺少种子在田间分布质量评价以及精确播种质量与作物出苗率、产量及构成因素间响应关系的定量研究。【方法】以原位激光种子位测试仪、3D数字化和Python等信息技术构建一套基于多维度指标的精确播种质量评价方法,其指标包含一维评价指标(种子直线度)、二维评价指标(种子散布度)、三维评价指标(种-土均质营养利用率);后使用小区精密播种试验台架开展了为期2年的稻茬麦精确播种试验,采用播种行距20 cm,播种粒距×播种深度相组合的9种处理,即1.5 cm×2 cm(A_(1)B_(1))、1.5 cm×3 cm(A_(1)B_(2))、1.5 cm×6 cm(A_(1)B_(3))、3 cm×2 cm(A_(2)B_(1))、3 cm×3 cm(A_(2)B_(2))、3 cm×6 cm(A_(2)B_(3))、4.5 cm×2 cm(A_(3)B_(1))、4.5 cm×3 cm(A_(3)B_(2))、4.5 cm×6 cm(A_(3)B_(3)),用于该精确播种质量评价新方法的验证。【结果】2年度种子直线度在A2B3处理较优,其变异系数δ分别为28.63%、32.67%;2年度种子散布度在A_(2)B_(1)处理较优,其变异系数γ分别为28.17%、30.14%;种-土均质营养利用率在A2B1处理(2021—2022年)取得最大值,为91.33%。种-土均质营养利用率与作物出苗率、单株产量、单株总结实粒数、千粒质量之间均在0.01水平显著相关。【结论】基于种子直线度、种子散布度、种-土均质营养利用率等多维度指标构建的精确播种质量综合评价方法,可准确解析播后种子在田间的分布质量,同时种-土均质营养率与作物出苗率、单株产量及产量构成因素之间的响应关系分析方法,也有利于建立精确播种技术与作物生长之间的联系并促进农机-农艺融合发展。

稻麦轮作区秸秆行间集覆清秸装置参数设计与试验

【目的】稻麦轮作制度是我国长江流域的主要种植制度之一,在保障国家粮食安全和农业可持续发展方面占有重要的地位。但稻麦轮作区免耕播种机在秸秆全覆盖地作业时存在秸秆架空种子、堵塞机具等问题,为此,设计了一种将秸秆拨离种带并抛掷到种行间的驱动式秸秆行间集覆清秸装置。【方法】首先通过驱动式弹齿拨草理论与秸秆合理横向位移限制的分析,建立拨草间距和秸秆横向位移数学模型,确定了影响清秸率和秸秆最大横向位移的主要参数为前进速度、弹齿转速和工作夹角,且各参数的取值范围为前进速度4~8 km/h,弹齿转速160~220 r/min,工作夹角25°~35°。然后以前进速度、弹齿转速和工作夹角为试验因素,以清秸率和秸秆最大横向位移为试验指标,开展三因素三水平二次回归正交室内土槽试验。【结果】土槽试验结果表明,对清秸率影响的主次顺序为弹齿转速、前进速度、工作夹角,其中弹齿转速与工作夹角的交互项对清秸率影响显著,前进速度与弹齿转速、前进速度与工作夹角的交互项对清秸率影响不显著;对秸秆最大横向位移影响的主次顺序为转速、工作夹角、前进速度;其中前进速度与工作夹角、弹齿转速与工作夹角的交互项对秸秆最大横向位移影响显著,前进速度与弹齿转速的交互项对秸秆最大横向位移的影响不显著;多目标参数优化模型求解得到最优参数组合为前进速度4.27 km/h、弹齿转速219.6 r/min、工作夹角25.88°,此时清秸率为84.7%,秸秆最大横向位移为37.5 cm。最后用调整后的最优参数组合开展了该清秸装置的作业性能田间试验。结果表明,该驱动式秸秆行间集覆装置工作稳定,清秸率为80.6%,平均清秸幅宽为25.1 cm,幅宽稳定系数为82.2%,作业效果满足免耕播种农艺要求。【结论】所设计的驱动式秸秆行间集覆装置清秸率高,幅宽稳定,可为稻麦轮作区秸秆全覆盖地的秸秆行间集覆作业研究提供参考。

稻茬田带状立旋作业参数对种床清秸与平整效果的影响

[目的]本文旨在研究稻茬地秸秆-土壤-带状立式旋耕系统的相互作用机理,探究三者交互作用下关键作业参数对种床清秸与平整效果的影响,为秸秆田间综合管理和水旱轮作系统耕作机械优化设计提供依据。[方法]基于离散元法构建三维立旋仿真模型;模拟水稻秸秆覆盖条件下条带立旋还田作业过程,优化参数范围并进行室内土槽试验验证。以条带立旋作业过程中的前进速度、刀轴转速、秸秆长度为影响因素,以种床清秸率和种床耕后平整度为指标,采用响应面法构建数学模型,分析各因素对种床质量的影响并进行性能优化试验。[结果]在设定耕作深度为15 cm时,影响种床清秸率和种床耕后平整度的主次顺序为前进速度、刀轴转速、秸秆长度。多因素正交试验优化结果表明:机具前进速度1.09 m·s^(-1)、刀轴转速281.5 r·min^(-1)、秸秆长度6.89 cm时种床质量最优,种床清秸率为81.95%,种床平整度为8.67 mm。[结论]本文构建的交互作用模型经验证可靠,能有效评价稻茬田立旋作业参数对种床清秸平整效果。

不同模压成型条件下聚丙烯木塑复合材料性能

为利用农林废弃物和环境保护,以稻秸秆粉、稻壳粉、木粉、竹粉及稻秸秆与木粉的混合粉为填充材料,以PP膜为基体材料,采用层铺模压和混炼模压2种成型方法制备不同填料PP木塑复合材料,对木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能进行测试和分析,用体视显微镜对复合材料拉伸断面进行观察。结果表明,混炼模压成型木塑复合材料力学性能和抗吸湿吸水性能均优于层铺模压木塑复合材料,且混炼模压PP木塑复合材料填充材料与基体之间混合均匀,两相界面之间结合良好,层铺模压PP木塑复合材料有植物纤维粉和PP基体堆积现象。稻秸秆粉制备的PP木塑复合材料综合力学性能较好,竹粉PP木塑复合材料力学性能较差,模压前混炼对PP木塑复合材料吸湿、吸水性有较大的改善作用。该研究可为利用废旧塑料膜作基体制备木塑复合材料的研究与生产提供参考。

基于性能指标的农用车辆路径跟踪控制器设计

该文以农用车辆为控制对象,设计了路径跟踪PID控制器。基于性能指标—ISE、IAE、ITAE和ITSE分别整定了PID控制器参数,给出了最优PID控制器,同时进行了仿真对比分析。仿真结果表明,以超调量和调节时间这2个时域指标为评价标准,基于上述4种性能指标准则,系统在所给控制器作用下均能获得令人满意的动态和稳态性能。ISE准则整定的PID控制器使闭环系统单位阶跃响应的超调量为25.55%,调节时间为5.07s。相比ISE准则,由IAE、ITAE和ITSE准则整定的控制器使闭环系统单位阶跃响应的超调量更小,为10.03%,调节时间更短,为3.95s。利用本文方法能够获得较好的PID控制器参数,可为农用车辆控制器设计提供理论依据。

基于无线传输的鸡舍环境远程监测系统

[目的]为了实现鸡舍环境远程实时监测,设计了基于无线传输的鸡舍环境远程监测系统。[方法]基于丢失恢复策略设计采集数据无线传输协议,确保采集数据的可靠传输。针对网关节点无法过滤重复数据的问题,提出了基于时间识别的重复数据过滤方案,有效地过滤了重复数据。根据采集数据的时间相关性,采用三次多项式插值算法对缺失数据进行估算,保证了采集数据的连续性。在中心服务器上开发了基于Java Web的远程监测系统,鸡舍管理人员和异地用户可以通过PC或智能终端的浏览器查看鸡舍环境实时数据。[结果]系统在封闭式鸡舍进行了试验,结果表明系统测量误差较小,采集数据传输可靠,节点平均丢包率为1.74%,缺失数据估计误差较小,温度估计最大误差0.5℃,相对湿度估计最大误差2.3%,CO2浓度估计最大误差54μmol·mol-1,氨气浓度估计最大误差0.2μmol·mol-1。[结论]系统满足鸡舍环境远程实时监测的要求,为鸡舍环境远程实时监测提供了一种可靠的技术解决方案。

全喂入式联合收割机碎草脱粒装置的改进设计

针对全喂入联合收割机存在脱粒后排出的秸秆较长,不利于还田利用,甚至影响后续耕种及作物生长,而现有配套秸秆切碎装置结构复杂、通用性差等问题,该文设计了导流型碎草刀,并对4LL-1.8型全喂入联合收割机的脱粒装置进行了改进。田间试验表明,改进后的脱粒装置在完成作物脱粒后,可对秸秆进行切碎。通过调整碎草刀与滚筒轴夹角α的大小,可有效改变切碎秸秆长度。当α大于等于60°时,切碎秸秆长度小于200 mm,秸秆入沟率不小于90%,满足秸秆切碎及集沟还田要求,并利于后续作业。该装置结构简单、切碎效果良好,可为同类机具改进设计提供借鉴。

施肥机施肥性能检测装置的设计与试验

[目的]为了评价施肥机实时施肥效果,设计了一种基于皮带秤的施肥机施肥性能检测装置。[方法]该装置可以检测排肥口的实时流量,同时利用皮带秤的运行速度模拟施肥机的田间行驶速度,在室内实现施肥机单位面积实时施肥性能的检测。[结果]精度测量试验表明:检测装置能检测施肥机的动态施肥特性,其计量相对误差平均值为1.76%,方差1.03%。应用检测装置对苏南地区应用广泛的外槽轮式施肥机的施肥性能进行了测定,结果表明:检测装置能有效测定排肥口流量和单位面积施肥量的动态特性。[结论]在满足施肥流量要求的前提下,减小槽轮开度和增加槽轮齿数有利于改善槽轮式施肥机的施肥特性。

群养母猪饮水行为自动监测系统设计

为了解决群养母猪个体饮水行为的精准监测问题,提出一种饮水行为自动监测方法并设计了监测系统。采用射频标识技术、红外探测技术、多路信号嵌入式处理技术、ZigBee无线网络技术设计了远程饮水监测点;以STM32微控制器为核心扩展ZigBee模块及以太网接口设计具有协议转换功能的网关节点,实现饮水数据向本地服务器的转发;利用Visual C#及SQL Server构建了饮水行为管理信息系统,实现母猪饮水数据的存储、管理、远程发布。该系统在养殖场实地测试,结果表明,系统对群养母猪饮水频率监测准确率达到100%,能够实现母猪饮水行为的实时远程监测目标。

基于图像频谱特征的稻飞虱识别方法

为准确、快速的识别稻飞虱种类,采用自行设计的野外环境昆虫图像采集装置获取稻飞虱背部图像,通过对背景与目标像素的统计,选取140为阈值,对稻飞虱图像的蓝色通道进行二值化,将背景与目标分割开,采用形态学滤波以及开运算,与灰度图像进行与操作,获取单个稻飞虱虫体背部区域的灰度图像。然后对灰度图像进行二维傅里叶变换,获得虫体背部图像的二维傅里叶频谱。最后以ll(l=1,2,…,6)的二维频谱窗口数据作为稻飞虱特征参数,建立Fisher判别函数。训练集和验证集的试验结果表明,选用33二维傅里叶频谱窗口数据建立的判别模型,稻飞虱正确识别率可达到90%以上。该方法可以实现田间稻飞虱的自动识别。

穿戴式猪用心电监测系统设计

[目的]针对畜牧业对猪心电信号实时连续监测的需求,研制出一种穿戴式猪用心电监测系统。[方法]基于心电传感器BMD101及无线射频模块CC2430研制了一款适合猪躯体结构特点的穿戴式猪用心电监测系统。系统中的心电监测传感器节点采用So C芯片CC2430作为控制器,CC2430通过UART串行接口与BMD101通信,节点将采集到的心电数据实时发送到网关节点,网关节点转发心电数据到服务器。服务器端采用Mallat快速分解与重构算法对心电信号进行滤波,降低各类噪声对心电信号的干扰。基于滤波后的心电信号,服务器端可计算获得猪的心率(HR)值。[结果]研制的系统在猪场实地测试结果表明:系统能够自动、快速采集和传输猪的心电信号,根据测试试验采集的猪心电信号计算得到猪的心率也介于已有文献研究提出的健康猪心率范围。[结论]研制出一种穿戴式猪用心电监测系统,对猪的科学化饲养提供心电技术支撑。

对靶喷雾红外探测器的设计与探测距离测试

为克服果园农作物非对靶喷施农药造成的缺陷,设计了1种基于模拟正弦调制的红外靶标探测系统,对农作物采用自动对靶喷雾,将连续性施药转变为间歇性对靶施药,并对不同试验条件对探测距离的影响进行了分析。试验结果表明,所设计的系统可对农作物靶标进行自动探测,探测距离受多种试验因素影响。

果园对靶喷雾红外探测系统的设计与试验

为了减少农作物非对靶喷施造成药液浪费和环境污染,对具有一定株距非连续种植的农作物采用自动对靶喷雾,将连续性施药转变为间歇性对耙施药,设计了一种基于模拟正弦调制的红外靶标探测系统,并对实际植株进行探测试验。结果表明,所设计的系统可对农作物靶标进行自动探测,探测距离范围为3.2～4.4 m,探测间距平均值为0.22 m。