油菜种子流传感及漏播变量补种技术与装置

发布时间：2020-04-22 21:19

【摘要】：机械化精量播种能够省种、降低劳动强度、提高作业效率、增加农民收益,是智能农机发展的重要环节。播种过程中排种监测、漏播检测及自动补种是精量播种智能化发展的趋势之一。油菜是我国播种面积最大的油料作物,因油菜种子粒径小、质量轻、播种速率高、排种过程封闭等特点,目前因缺乏小粒径种子流传感计数装置,油菜精量播种的播量指标主要通过种箱内种量变化或排种器转速及型孔数推算间接获得,且田间复杂的作业环境和故障不可避免地会随机性导致油菜精量排种器发生漏播,影响作物产量。因此有必要设计一种能够实时检测油菜等小粒径种子流的传感装置,并设计一套漏播自动补种系统,实现油菜精量播种过程中播量监测、漏播检测并及时自动补种,提高播种质量和效率。本文在分析国内外精量排种器种子流传感检测与漏播补种技术研究现状的基础上,基于压电感应原理设计了油菜精量排种器种子流传感装置,以该传感装置拓展设计了漏播变量补种系统,并开展了性能试验研究,具体工作总结如下:(1)设计了一种油菜精量排种器种子流传感装置,实现了油菜等小粒径种子的实时感知计数。基于油菜种子与压电薄膜产生的碰撞信号特征分析,探索了一种油菜种子流压电感应检测方式,设计了沉槽基板-压电薄膜感应结构,提高了种子流检测时间分辨率和抗振性。运用高速摄影技术及碰撞动力学模型,设计了传感装置的导管内径、压电薄膜倾角、导管长度、出种口位置等关键结构参数。通过设计的信号采集系统,实现微弱碰撞信号经放大、半波整流、电压比较、单稳态触发调理转化为单脉冲信号,利用单片机定时计数采集处理,实现油菜种子流排种频率与排种总量的实时检测,并利用nRF无线模块定时发送给监测显示终端,实现播量数据的实时显示与保存。台架及田间试验表明:种子流传感装置能够实时检测精量排种器的排种频率与排种总量,检测准确率不低于98%。(2)优化设计了油菜精量排种器集成型漏播变量补种装置,为漏播自动补种提供了技术支撑。该漏播变量补种装置集螺管式补种器、直流减速电机、单片机控制系统、电机驱动系统、nRF无线模块和电源于一体,使得补种装置结构紧凑、功能相对独立。结合试验对螺管式补种器内螺纹凸台高度、螺管数目、种箱出种孔等结构进行了改进。采用PWM(pulse-width modulation)定频调宽调压方式驱动直流减速电机调节补种装置转速,进而改变排种速率实现变量排种。补种装置排量测定试验表明:补种装置转速在23~228 r/min范围内,1 min排种粒数随转速增加呈线性增加,补种装置螺管当量排种数稳定在1.2~1.4粒,并利用曲线拟合方法得到补种装置转速与PWM占空比函数关系。(3)设计了油菜精量排种器漏播变量补种系统并开展了试验验证。该补种系统由漏播检测传感装置、排种盘测速装置、漏播变量补种装置及漏播补种监测显示装置组成,各装置间指令和数据采用无线方式进行有序实时传输。漏播检测传感装置实时采集排种种子流时间间隔序列和周期内排种数序列,接收排种盘测速装置测得的理论排种频率确定检测周期,结合基于时变窗口的漏播实时检测方法计算漏播系数等漏播状态参数,并根据漏播变量补种策略获得对应补种转速,将其发送至漏播变量补种装置及漏播补种监测显示装置。漏播变量补种装置接收补种转速指令,并通过对应的占空比驱动电机实现变量补种。漏播补种监测显示装置滚动刷新显示最近10个检测周期的漏播补种各状态参数。漏播变量补种系统试验表明:在正常播种速率范围内,补种后有效地降低了漏播指数,提高了播种质量。
【图文】：

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图 1-1 内布拉斯加大学的矩形光栅块式种子传感器ing sensor with rectangular photogate block of univers一般是利用“机器眼睛”摄取目标图形，，经过用一定规则进行判断，进而得到结论服务于伺统在流水生产线产品检测、交通车辆监控、医为成熟的应用（Mohan and Nevatia 1989，Choi al 2007，Azad et al 2008）。法是利用图像传感器（常用 CCD 相机或高速摄并采用图像处理技术获取种子序列，结合计算设计的高速摄像系统（如图 1-2 所示）实现无遗距均匀性及落种速度的检测（Karayel et al 20获得的种子间距数据无显著差异，为研究种子分布均匀性提供了基础。

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图 1-1 内布拉斯加大学的矩形光栅块式种子传感器1-1 Seeding sensor with rectangular photogate block of university of Neb视觉系统一般是利用“机器眼睛”摄取目标图形，经过计算机图字化并采用一定规则进行判断，进而得到结论服务于伺服系统或器视觉系统在流水生产线产品检测、交通车辆监控、医学影像检测都有较为成熟的应用（Mohan and Nevatia 1989，Choi K et al 19，Koc et al 2007，Azad et al 2008）。视觉检测法是利用图像传感器（常用 CCD 相机或高速摄影仪）代列样本，并采用图像处理技术获取种子序列，结合计算机对排种arayel 等设计的高速摄像系统（如图 1-2 所示）实现无遗漏地对小器排种粒距均匀性及落种速度的检测（Karayel et al 2006），且该带试验台获得的种子间距数据无显著差异，为研究种子下落速度的影响及分布均匀性提供了基础。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S223.2

【参考文献】