气振精密播种机自适应清种装置设计及试验研究
发布时间：2021-04-11 08:03
育秧播种机作为提高水稻作物产量的重要设备,气吸振动盘式育秧播种机因为其不伤种,无需分级挑选种子的优势,得到了广泛的应用。随着我国农业自动化技术的不断发展,气振盘式育秧播种机的自动化水平也越来越高。但是在播种工作过程中,由于连续播种杂质、过小稻粒等导致吸种孔堵塞,形成的“卡种”现象会导致空穴率增加。针对这一问题,本文设计基于嵌入式ARM的自适应清种装置,通过在播种过程中对吸种盘堵孔进行清理,实现播种空穴率的降低,主要研究内容如下:（1）自适应清种装置的方案论证及总体设计。在分析课题组自主研制的气振盘式育秧播种机的工作原理的基础上,首先提出三种清种方案:清种针盘,清种毛刷以及自适应清种装置方案,经过理论分析及试验,最终选择自适应清种装置为本文设计的方案。接着设计了自适应清种装置的总体结构。该装置由播种效果检测模块及自动清种机构两部分组成,由播种效果检测模块将其检测得到的堵孔信息传输给主控单元,然后控制自动清种机构执行清种动作。（2）播种效果检测模块的设计。检测模块主要由工业相机,主控单元组成,工业相机安装于排种位上方的支架,在每次排种完毕后实时采集秧盘图像传送至主控单元,经过图像处理分析后...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电传感器检测排种性能原理
江苏大学硕士学位论文5作为控制器，实现对“断条性”漏播的检测与报警[21]；2016年，王关平等以红外漏播检测电路和窝眼轮式排种系统构成的漏播检测补偿系统，以单片机为处理器，步进电机执行，实现补种[22]。同样，借鉴于国外的方法，国内也有部分学者使用高速摄像机的方法检测分析播种性能，2016年，陈进等通过高速摄像头采集排种过程中种粒的图像，处理并分析后，根据质心、种子面积等参数检测排种器性能[23]。随着现代智能化技术的发展，国内同样有学者基于机器视觉技术对精密播种机展开研究，2009年齐龙等，2012年周海波等，基于机器视觉技术对超级稻连续高速播种进行在线监测，并利用虚拟仪器技术分析所得图像，建立对应秧穴的掩模、阈值分割后，根据灰度识别空穴，并存储，最后人工补种[24-25]，其装置结构如图1.2所示；王桂莲等在此基础之上，对图像处理分析后，再利用定位机构和补种机构实现从种槽取种和对秧盘指定位置动态补种等功能[26]，该装置如图1.3所示；2010年王辰星等基于分水岭算法与区域面积统计法识别种子个数[27]；对于复杂情况，诸如不规则钵体穴播时不规则，粘连，重叠等，2014年谭穗妍等基于BP神经网络[28]，2015年王安等基于改进形状因子结合单连通域面积识别种粒个数[29]，2017年陈进等结合遗传算法的BP神经网络算法通过对种粒的特征参数的分析，并建立不同粒数的模型，最后得到播种效果[30]。图1.2基于机器视觉的超级稻高速播种在线监测装置Fig.1.2Onlinemonitoringdeviceforsuperricehighspeedsowingbasedonmachinevision
气振精密播种机自适应清种装置设计及试验研究6图1.3基于机器视觉的秧盘补种装置Fig.1.3Seedsupplementdeviceofseedlingtraybasedonmachinevision对于根据检测结果的后续降低空穴率的方法，国内学者也展开了广泛研究，除却上述齐龙，周海波，王桂莲等设计的补种机构以外，2006年，张平华在基于虚拟仪器的排种器漏播检测的基础上，通过设计漏播补偿电磁阀驱动电路，配合相应补偿装置完成对漏播部分的补种[31]；2010年，罗昕等设计研究的气吸穴盘育苗精量播种机，分析确定了清孔系统的参数[32]，可以实现清孔；2017年，龚智强等设计了一种气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置，用以处理播种过程中，吸孔容易遭到堵塞，降低播种合格率的问题[34]。综上所述，在学习国外先进技术的基础上，国内精密播种机已经有了较大地发展，对于精密播种机播种性能检测和后续降低空穴率的方法也有了较大提高，但是总体仍然处于研究阶段，即使经过了许多诸如上述的改进措施，播种精度能达到每穴1~2粒的气吸式精密播种机及其配套组件大多处于理论研究阶段，缺乏投入实际生产的案例。针对包括上述研究成果在内的国内精密播种性能检测以及后续降低空穴率的处理方法，仍然存在一些不足，总结如下：1）针对光电传感器检测法，大多仅能针对播种单粒大体积的精密播种机，难以处理多粒穴播的情况，因此,大部分研究依然停留在单粒排种时的漏播、重播等问题，涉及精密播种的秧盘检测，尤其是对秧盘每穴播种效果检测的研究较少，诸如本课题涉及的气吸式育秧播种机，光电检测法难以适用。2）针对基于机器视觉检测播种性能的方法，大部分是PC平台的研究，成本较高，适用于在工厂室内的育秧播种机，并不适用于可移动式的育秧播种机，基于提高便携性的角度考虑，设计基于嵌入式的播?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器视觉的水稻秧盘育秧智能补种装置设计与试验[J]. 王桂莲,刘伟超,王安,柏凯凯,周海波. 农业工程学报. 2018(13)
[2]基于机器视觉的水稻杂质及破碎籽粒在线识别方法[J]. 陈进,顾琰,练毅,韩梦娜. 农业工程学报. 2018(13)
[3]基于机器视觉和GABP算法的播种检测研究[J]. 陈进,丁松,龚智强,练毅. 测控技术. 2017(09)
[4]气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置设计与分析[J]. 龚智强,刘永庆,魏如志,陈进,李耀明,赵湛. 农机化研究. 2017(07)
[5]一种马铃薯漏播检测及补偿装置的研制[J]. 王关平,孙伟. 农业现代化研究. 2016(05)
[6]基于混合粒子群算法的在线检测路径规划[J]. 梁旭,刘才慧. 国外电子测量技术. 2015(12)
[7]基于改进形状因子的钵体秧盘播种质量检测方法研究[J]. 王安,丁晓迪,马旭,陈颖佳,周海波. 农业机械学报. 2015(11)
[8]基于机器视觉和BP神经网络的超级杂交稻穴播量检测[J]. 谭穗妍,马旭,吴露露,李泽华,梁仲维. 农业工程学报. 2014(21)
[9]超级稻穴盘育苗精密播种装置研究[J]. 陈进,龚智强,李耀明,李建华,徐亚. 农业机械学报. 2015(01)
[10]基于改进遗传算法的多模型加工路径规划[J]. 雷伟军,程筱胜,戴宁,郭保苏,李向佳. 机械工程学报. 2014(11)
博士论文
[1]超级杂交稻秧盘育秧精密播种性能检测技术研究[D]. 谭穗妍.华南农业大学 2016
[2]气吸振动盘式精密排种装置理论与试验研究[D]. 龚智强.江苏大学 2013
硕士论文
[1]基于OTSU和最大熵的阈值分割算法的研究[D]. 王利奉.哈尔滨理工大学 2018
[2]播种机播量控制与排种性能监测系统的设计与试验[D]. 郝向泽.南京农业大学 2017
[3]基于PLC与组态王的育秧播种机监控系统设计[D]. 徐亚.江苏大学 2016
[4]基于虚拟仪器的精密排种器漏播检测及补偿技术研究[D]. 张平华.华中农业大学 2006
本文编号：3130888
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电传感器检测排种性能原理
江苏大学硕士学位论文5作为控制器，实现对“断条性”漏播的检测与报警[21]；2016年，王关平等以红外漏播检测电路和窝眼轮式排种系统构成的漏播检测补偿系统，以单片机为处理器，步进电机执行，实现补种[22]。同样，借鉴于国外的方法，国内也有部分学者使用高速摄像机的方法检测分析播种性能，2016年，陈进等通过高速摄像头采集排种过程中种粒的图像，处理并分析后，根据质心、种子面积等参数检测排种器性能[23]。随着现代智能化技术的发展，国内同样有学者基于机器视觉技术对精密播种机展开研究，2009年齐龙等，2012年周海波等，基于机器视觉技术对超级稻连续高速播种进行在线监测，并利用虚拟仪器技术分析所得图像，建立对应秧穴的掩模、阈值分割后，根据灰度识别空穴，并存储，最后人工补种[24-25]，其装置结构如图1.2所示；王桂莲等在此基础之上，对图像处理分析后，再利用定位机构和补种机构实现从种槽取种和对秧盘指定位置动态补种等功能[26]，该装置如图1.3所示；2010年王辰星等基于分水岭算法与区域面积统计法识别种子个数[27]；对于复杂情况，诸如不规则钵体穴播时不规则，粘连，重叠等，2014年谭穗妍等基于BP神经网络[28]，2015年王安等基于改进形状因子结合单连通域面积识别种粒个数[29]，2017年陈进等结合遗传算法的BP神经网络算法通过对种粒的特征参数的分析，并建立不同粒数的模型，最后得到播种效果[30]。图1.2基于机器视觉的超级稻高速播种在线监测装置Fig.1.2Onlinemonitoringdeviceforsuperricehighspeedsowingbasedonmachinevision
气振精密播种机自适应清种装置设计及试验研究6图1.3基于机器视觉的秧盘补种装置Fig.1.3Seedsupplementdeviceofseedlingtraybasedonmachinevision对于根据检测结果的后续降低空穴率的方法，国内学者也展开了广泛研究，除却上述齐龙，周海波，王桂莲等设计的补种机构以外，2006年，张平华在基于虚拟仪器的排种器漏播检测的基础上，通过设计漏播补偿电磁阀驱动电路，配合相应补偿装置完成对漏播部分的补种[31]；2010年，罗昕等设计研究的气吸穴盘育苗精量播种机，分析确定了清孔系统的参数[32]，可以实现清孔；2017年，龚智强等设计了一种气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置，用以处理播种过程中，吸孔容易遭到堵塞，降低播种合格率的问题[34]。综上所述，在学习国外先进技术的基础上，国内精密播种机已经有了较大地发展，对于精密播种机播种性能检测和后续降低空穴率的方法也有了较大提高，但是总体仍然处于研究阶段，即使经过了许多诸如上述的改进措施，播种精度能达到每穴1~2粒的气吸式精密播种机及其配套组件大多处于理论研究阶段，缺乏投入实际生产的案例。针对包括上述研究成果在内的国内精密播种性能检测以及后续降低空穴率的处理方法，仍然存在一些不足，总结如下：1）针对光电传感器检测法，大多仅能针对播种单粒大体积的精密播种机，难以处理多粒穴播的情况，因此,大部分研究依然停留在单粒排种时的漏播、重播等问题，涉及精密播种的秧盘检测，尤其是对秧盘每穴播种效果检测的研究较少，诸如本课题涉及的气吸式育秧播种机，光电检测法难以适用。2）针对基于机器视觉检测播种性能的方法，大部分是PC平台的研究，成本较高，适用于在工厂室内的育秧播种机，并不适用于可移动式的育秧播种机，基于提高便携性的角度考虑，设计基于嵌入式的播?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器视觉的水稻秧盘育秧智能补种装置设计与试验[J]. 王桂莲,刘伟超,王安,柏凯凯,周海波. 农业工程学报. 2018(13)
[2]基于机器视觉的水稻杂质及破碎籽粒在线识别方法[J]. 陈进,顾琰,练毅,韩梦娜. 农业工程学报. 2018(13)
[3]基于机器视觉和GABP算法的播种检测研究[J]. 陈进,丁松,龚智强,练毅. 测控技术. 2017(09)
[4]气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置设计与分析[J]. 龚智强,刘永庆,魏如志,陈进,李耀明,赵湛. 农机化研究. 2017(07)
[5]一种马铃薯漏播检测及补偿装置的研制[J]. 王关平,孙伟. 农业现代化研究. 2016(05)
[6]基于混合粒子群算法的在线检测路径规划[J]. 梁旭,刘才慧. 国外电子测量技术. 2015(12)
[7]基于改进形状因子的钵体秧盘播种质量检测方法研究[J]. 王安,丁晓迪,马旭,陈颖佳,周海波. 农业机械学报. 2015(11)
[8]基于机器视觉和BP神经网络的超级杂交稻穴播量检测[J]. 谭穗妍,马旭,吴露露,李泽华,梁仲维. 农业工程学报. 2014(21)
[9]超级稻穴盘育苗精密播种装置研究[J]. 陈进,龚智强,李耀明,李建华,徐亚. 农业机械学报. 2015(01)
[10]基于改进遗传算法的多模型加工路径规划[J]. 雷伟军,程筱胜,戴宁,郭保苏,李向佳. 机械工程学报. 2014(11)
博士论文
[1]超级杂交稻秧盘育秧精密播种性能检测技术研究[D]. 谭穗妍.华南农业大学 2016
[2]气吸振动盘式精密排种装置理论与试验研究[D]. 龚智强.江苏大学 2013
硕士论文
[1]基于OTSU和最大熵的阈值分割算法的研究[D]. 王利奉.哈尔滨理工大学 2018
[2]播种机播量控制与排种性能监测系统的设计与试验[D]. 郝向泽.南京农业大学 2017
[3]基于PLC与组态王的育秧播种机监控系统设计[D]. 徐亚.江苏大学 2016
[4]基于虚拟仪器的精密排种器漏播检测及补偿技术研究[D]. 张平华.华中农业大学 2006
本文编号：3130888
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