油菜種子流傳感及漏播變量補(bǔ)種技術(shù)與裝置.pdf

1、機(jī)械化精量播種能夠省種、降低勞動強(qiáng)度、提高作業(yè)效率、增加農(nóng)民收益，是智能農(nóng)機(jī)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。播種過程中排種監(jiān)測、漏播檢測及自動補(bǔ)種是精量播種智能化發(fā)展的趨勢之一。油菜是我國播種面積最大的油料作物，因油菜種子粒徑小、質(zhì)量輕、播種速率高、排種過程封閉等特點，目前因缺乏小粒徑種子流傳感計數(shù)裝置，油菜精量播種的播量指標(biāo)主要通過種箱內(nèi)種量變化或排種器轉(zhuǎn)速及型孔數(shù)推算間接獲得，且田間復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境和故障不可避免地會隨機(jī)性導(dǎo)致油菜精量排種器發(fā)生漏播，

2、影響作物產(chǎn)量。因此有必要設(shè)計一種能夠?qū)崟r檢測油菜等小粒徑種子流的傳感裝置，并設(shè)計一套漏播自動補(bǔ)種系統(tǒng)，實現(xiàn)油菜精量播種過程中播量監(jiān)測、漏播檢測并及時自動補(bǔ)種，提高播種質(zhì)量和效率。
　　本文在分析國內(nèi)外精量排種器種子流傳感檢測與漏播補(bǔ)種技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于壓電感應(yīng)原理設(shè)計了油菜精量排種器種子流傳感裝置，以該傳感裝置拓展設(shè)計了漏播變量補(bǔ)種系統(tǒng)，并開展了性能試驗研究，具體工作總結(jié)如下:
　　(1)設(shè)計了一種油菜精量排種器種子

3、流傳感裝置，實現(xiàn)了油菜等小粒徑種子的實時感知計數(shù)。基于油菜種子與壓電薄膜產(chǎn)生的碰撞信號特征分析，探索了一種油菜種子流壓電感應(yīng)檢測方式，設(shè)計了沉槽基板-壓電薄膜感應(yīng)結(jié)構(gòu)，提高了種子流檢測時間分辨率和抗振性。運(yùn)用高速攝影技術(shù)及碰撞動力學(xué)模型，設(shè)計了傳感裝置的導(dǎo)管內(nèi)徑、壓電薄膜傾角、導(dǎo)管長度、出種口位置等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過設(shè)計的信號采集系統(tǒng)，實現(xiàn)微弱碰撞信號經(jīng)放大、半波整流、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)調(diào)理轉(zhuǎn)化為單脈沖信號，利用單片機(jī)定時計數(shù)采集處理

4、，實現(xiàn)油菜種子流排種頻率與排種總量的實時檢測，并利用nRF無線模塊定時發(fā)送給監(jiān)測顯示終端，實現(xiàn)播量數(shù)據(jù)的實時顯示與保存。臺架及田間試驗表明:種子流傳感裝置能夠?qū)崟r檢測精量排種器的排種頻率與排種總量，檢測準(zhǔn)確率不低于98％。
　　(2)優(yōu)化設(shè)計了油菜精量排種器集成型漏播變量補(bǔ)種裝置，為漏播自動補(bǔ)種提供了技術(shù)支撐。該漏播變量補(bǔ)種裝置集螺管式補(bǔ)種器、直流減速電機(jī)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、nRF無線模塊和電源于一體，使得補(bǔ)種裝置結(jié)構(gòu)

5、緊湊、功能相對獨(dú)立。結(jié)合試驗對螺管式補(bǔ)種器內(nèi)螺紋凸臺高度、螺管數(shù)目、種箱出種孔等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。采用PWM(pulse-width modulation)定頻調(diào)寬調(diào)壓方式驅(qū)動直流減速電機(jī)調(diào)節(jié)補(bǔ)種裝置轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變排種速率實現(xiàn)變量排種。補(bǔ)種裝置排量測定試驗表明:補(bǔ)種裝置轉(zhuǎn)速在23～228r/min范圍內(nèi)，1min排種粒數(shù)隨轉(zhuǎn)速增加呈線性增加，補(bǔ)種裝置螺管當(dāng)量排種數(shù)穩(wěn)定在1.2～1.4粒，并利用曲線擬合方法得到補(bǔ)種裝置轉(zhuǎn)速與PWM占空比函數(shù)

6、關(guān)系。
　　(3)設(shè)計了油菜精量排種器漏播變量補(bǔ)種系統(tǒng)并開展了試驗驗證。該補(bǔ)種系統(tǒng)由漏播檢測傳感裝置、排種盤測速裝置、漏播變量補(bǔ)種裝置及漏播補(bǔ)種監(jiān)測顯示裝置組成，各裝置間指令和數(shù)據(jù)采用無線方式進(jìn)行有序?qū)崟r傳輸。漏播檢測傳感裝置實時采集排種種子流時間間隔序列和周期內(nèi)排種數(shù)序列，接收排種盤測速裝置測得的理論排種頻率確定檢測周期，結(jié)合基于時變窗口的漏播實時檢測方法計算漏播系數(shù)等漏播狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)漏播變量補(bǔ)種策略獲得對應(yīng)補(bǔ)種轉(zhuǎn)速，將其發(fā)