烟田苗期揭膜机清土识膜装置设计与研究

发布时间：2020-06-27 13:13

【摘要】：地膜覆盖培育方法是提高农作物产质的重要技术手段,而地膜难以在自然条件下降解,随着地膜残留量的逐年增加,农田污染及“白色污染”等问题日益严峻。烟草作为我国的重要经济作物,地膜覆盖培育在其种植中的应用较为广泛。在烟苗初期进行地膜覆盖,可以有效保证烟苗的发育温度,同时其保温保墒作用能够显著促进烟苗生长。而到烟株生长中后期,温度升高,地膜对烟株生长起抑制作用,同时苗期地膜强度相对较好,地膜便于回收,所以需要在苗期对其进行揭膜工作。但由于揭膜过程中的板结土壤会严重限制揭膜机的工作,因此本论文对揭膜机的板结土壤清理装置进行了设计研究,为解决丘陵地区土壤板结时地膜回收难题,促进农业绿色发展和农业机械化进程上具有重要意义。论文所设计的清土识膜装置包括以直流推杆电机和刨土铲为主的机械部分,以及以摄像头与控制器为主的图像处理部分。装置整体工作方式先由控制器发出指令,使刨土铲在推杆电机的带动下进行刨土作业,同时由摄像头对每次刨土后图像进行采集,判断其是否出现地膜。若无地膜,继续工作,若出现,则停止工作,如此循环,从而达到清理板结土壤的目的,以便揭膜。主要研究内容有:(1)对烟田苗期揭膜机的总体方案进行设计,对整机的各个工作部分机械结构框架进行三维建模与虚拟装配,在避免机械干涉的前提下尽可能的使结构紧凑,满足丘陵山区的作业环境。(2)对清土识膜装置进行结构设计,研究该装置在清理地膜板结覆土时的受力情况以及分离机理,分析装置在清土时受到的复合阻力,并进行了相关试验,试验得到刨土铲的切土力与刨土力的最大值分别为73.97N和57.94N,再结合试验数据选取合适的直流推杆电机。(3)对地膜图像的处理算法进行研究,首先对采集摄像头进行了标定工作,分析摄像头的成像机理,比较目前摄像头标定算法的优缺点,选定了张正友标定法对摄像头进行标定工作,以黑白棋盘格为参照物,提取角点作为特征,获取其内外参数,去除畸变影响,并对比了不同标定距离下的结果;而后对田间膜土图像进行采集与图像分割,在不同的颜色空间中对Otsu算法与K-means算法进行对比分析,得出最适合本文的分割方式,再对分割后的图像进行形态学滤波开闭运算和连通域去噪Seed-Filling算法,最后对目标区域进行边界追踪分离提取,采集图像中地膜的面积和周长等几何信息来判断地膜是否存在。识别算法的特征值范围为面积4500~20000mm~2,面积占比4%~22%,周长250~950mm,三个条件同时满足即认定为膜土图像。(4)对清土识膜装置的控制策略进行研究,同时完成相应模块化电路,结合摄像头,通过控制器对整体工作进行衔接,完成清土识膜工作。对清土识膜装置进行相关试验,设计两组试验分别对刨土铲工作精度和装置的整体工作进行检测,验证其是否达到设计要求。试验结果表明,装置的刨土铲切土位置的控制精度保持较为良好,位移误差不超过1mm;装置整体工作的地膜平均识别率大于95%,伤膜率低于3%,同时其平均覆土清除率也超过80%,试验效果较好,满足设计要求。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S223.5
【图文】：

苗床期

西南大学硕士学位论文主要的烟草生产基地，种植面积约占全国种植面积的 60%[6]。.1.2 烟草的生长发育概述烟草的生长发育过程，从播种到收获可以分为苗床期和大田期两个栽培环节，烟草的生长发育以及对环境条件的不同要求又可分为八个生育期。烟草从播种到移栽进大田前的这段时间被称作苗床期。根据不同环境特征、苗方法和管理方式的影响，苗床期长度不同，但健康苗的标准要求苗龄一般在0~70 天之间[9]。又根据烟苗的生长动态和阶段性形态特征，基本可分为出苗期、字期、猫耳期和成苗期这 4 个生长发育时期，如图 1-1 所示。

大田期,烟苗

（c）（d）图 1-2 大田期各阶段图示（a）还苗期（b）伸根期（c）旺长期（d）成熟期Fig. 1-2 Diagram of the field stage(a) period of seedling (b) period of root elongation (c) period of prosperous (d) period of maturation还苗期是指烟苗从移栽到成活这段时间，需要 7 天左右，移栽时的根系受到损伤，需要 3~5 天才能恢复生长，当烟苗没有枯萎并长出新的嫩叶时，即为还苗。伸根期是指烟草幼苗从成活生长到团棵这段时间，大约需要 25~30 天，在此阶段中，促进根系生长，同时需要对其清除杂草，施肥和培土。旺长期是指烟苗从团棵到现蕾这段时间，这一时期是营养生长和生殖生长相辅相成的阶段，茎基部不定根数量大量增加，茎生长迅速，新叶不断出现，叶面积迅速扩大，光合产物积累量增加，是决定烟叶产量和品质的关键时期。成熟期是指烟苗从现蕾到叶子收获结束的时间，在此期间，由于花蕾的生长不利于烟叶的生长和增加，有必要抑制其生长，并进行打顶和抑芽。1.1.3 苗期揭膜对烟草的品质影响

【参考文献】