收获机谷物流量传感器实验台总体设计说明书11

收获机谷物流量传感器实验台总体设计摘要：产量是进行农业决策的依据，也是决策所产生的最终收益的体现，所以进行产量的测量是非常重要的，而谷物流量传感器在测产过程中又起到了决定性的作用。本文主要是设计收获机谷物流量传感器实验台。粮食从主粮仓经过提升机，利用冲量式传感器对谷物进行测量，并且选用了谷物水分传感器测出谷物的含水率，运用谷物测产的原理计算出收获谷物的质量，再根据收获谷物实际质量进行校核。关键词：产量监测谷物水分传感器冲量式传感器TheDesignoftest-bedonHarvesterGrainFlowAbstract：Agriculturalproductionisthebasisfordecision-making,anditisalsotheultimatedecision-makingarisingfromtheembodimentofincome,soameasurementofoutputisveryimportant,andthesensorofgrain'sflowalsoplayedadecisiveroleindeterminingtheproductionprocess.Thisarticleisdesigned forHarvestergrainflowsensortest-bed.Cerealisintothemaingranary,Thencerealisbroughtbyahoister,Grainsofcerealaremeasuredbyaimpulsesensorandagrainmoisturesensorischosentomeasurethemoisturecontentofgrain,Atlastwemeasuretocalculatethequalityofthegrainharvestbytheuseoftheprinciplegrainproduction,andthenCheckinaccordancewiththeactualqualityofthegrainharvest.Keywords:Productionmonitoring；Grainmoisturesensor；Impulsesensor目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 IAbstract II目录 III\o"CurrentDocument"1.前言 -1-\o"CurrentDocument"收获机谷物流量传感器试验台发展精细农业 -2-\o"CurrentDocument"精细农业的含义 - 2-\o"CurrentDocument"精细农业技术组成 - 2-\o"CurrentDocument"谷物流量传感器与精细农业 - 3-\o"CurrentDocument"本课题研究的目的及意义 -3-\o"CurrentDocument"谷物流量传感器国内外发展现状 -4-\o"CurrentDocument"国外研究与发展现状 -4-\o"CurrentDocument"国内研究与发展现状 -5-\o"CurrentDocument"产量监测及谷物流量传感器的原理 -5-\o"CurrentDocument"5.1产量监测原理 -6-5.2谷物流量传感器原理 错误！未定义书签。实验台总体结构设计 错误！未定义书签。传动系统设计 错误！未定义书签。提升机的设计 错误！未定义书签。提升机与右侧冲量式传感器之间的距离 错误！未定义书签。6.4冲量式流量传感器 错误！未定义书签。6.5水分传感器 错误！未定义书签。6.6主粮箱的设计 错误！未定义书签。数据的传输和处理 错误！未定义书签。产量监测系统的校准及设定 错误！未定义书签。时钟设置 错误！未定义书签。谷物名称设置 错误！未定义书签。温度传感器校准及标定 错误！未定义书签。8.4谷物水分传感器校准及标定 错误！未定义书签。8.5谷物流量的校准及标定 错误！未定义书签。结论和展望 错误！未定义书签。9.1主要结论 错误！未定义书签。9.2进一步研究的建议 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。附录1 错误！未定义书签。附录2 错误！未定义书签。致谢 错误！未定义书签。1.前言21世纪，人类全面进入信息电子化时代，传感器技术、通信技术、计算机技术成为信息产业的三大支柱。随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要获得的电子信息的种类日益增加，迫切要求加快信息的传递速度、增强信息的处理能力。传感器作为人类探知自然界信息的触角，是采集对象与信息系统的接口，是系统感知、获取与检测信息的窗口。其中，谷物流量传感器在农业生产加工过程发挥着非常重要的作用。极大的提高了农业生产过程的可控程度［1-3］。“精准农业”是利用信息技术来管理农田的一种管理理念和措施。谷物产量是精准农业中需要获取的最重要的信息之一,它可以直接反映农田的信息（如土壤性质、肥效利用、水分、虫害等）对谷物产量的影响。由此农户可根据作物实际需要确定化肥、农药等的投入,从而达到节约成本、提高产量、减少环境污染的目的。获取农作物小区产量信息,建立小区产量空间分布图是实施精细农作的起点,也是实现作物生产过程中科学调控投入和制定管理决策措施的关键。谷物小区产量的精确测量是产量监测的关键因素,小区产量数据是生成产量图的主要依据。因此,谷物流量传感器是精确农业测产系统中的核心。现有的谷物流量传感器可分为体积流式和质量流式两大类,质量流式谷物流量传感器根据检测原理的不同又有Y射线式、冲量式等多种⑷。其中冲击式谷物流量传感器比较常用，但流量传感器存在一定的误差，通过收获机谷物流量传感器试验台可解决这一问题，我们可以通过它进行校正，这样就会减少一定得误差及其它校正的成本。谷物流量传感器试验台与精准农业随着生物遗传育种技术的进步,耕地面积的扩大,化学肥料及农药的大量使用，世界农业取得了长足发展。但这种农业增长模式也同时带来了水土流失、生态环境恶化、水资源浪费、生物多样性遭到破坏等一系列问题。为了解决这些问题，“精准农业”的概念和技术应运而生。长期以来，农业生产都是以田块为基础，把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，如利用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施，满足于获得农场或田块的平均产量［5］。实际上，在同一农田内，有许多因素影响着作物的生长和产量，存在着明显的时空差异性。2.1精准农业的含义“精准农业”是综合应用地球空间信息技术、计算机辅助决策技术、农业工程技术等现代高新科技，以获得农田“高产、优质、高级”的现代化农业生产模式和技术体系。是运用全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、传感器及检测系统、计算机控制器及变量执行设备等信息技术，对大田农作物生产和畜牧生产实施监控，从而提高作物和畜牧产量和质量，最大限度地保护生态环境，保证农业的可持续发展。并且，“精准农业”是一种基于信息和知识的农业管理系统，其核心是根据作物实际需要确定化肥、农药等的投入，从而达到节约成本、提高产量、减少环境污染的目的。获取农作物小区产量信息，建立小区产量空间分布图，是实施“精细农作”的起点，也是实现作物生产过程中科学调控投入和制定管理决策措施的基础［6］。精准农业技术组成数据采集技术“精准农业”技术是通过产量测量、作物监测以及土壤采样等方法来获取数据，以便了解整个田块的作物生长环境的空间变异特性。①产量数据采集。带定位系统和产量测量的谷物联合收割机在收获的同时，每隔1.2秒记录当地的产量，记录数据以文本形式（经度、纬度、产量和谷物含水量）存储在磁卡中，然后读入计算机进行处理。影响产量精度的主要原因是GPS（或DGPS）定位精度、产量传感器的测量精度、实际割幅和前进速度的准确性。②土壤数据采集。土壤信息一般包括土壤含水量、土壤肥力、SOM、PH、土壤压实、耕作层深度等。利用GPS在田间定位，采集土样。由于采集的土样一般还要送到实验室处理分析，耗资费时，成为实施“精准农业”技术实践的瓶颈。③苗情、病虫草害数据采集。利用机载GPS或人工携带GPS，在田间行走中随时可定位，记录位置，并记录作物长势或病虫草害的分布情况。数据分析一般采集的数据都是以文本表形式表示，需要利用一些数学方法进行处理，生成分布图。未来的发展趋势是数据采集和数据分析统一起来，将田间观测者的地理位置和田间观测数据，通过便携PC和天线发往办公室PC,利用软件自动生成田间数据分布图［7］。决策分析“精准农业”技术是根据田间采集到的不均衡空间分布数据及有关作物其它信息，经过决策分析，来控制投入方式和施用量。决策分析是“精细农业”的核心，直接影响“精细农业”技术的实践效果。GIS用于描述农田空间上的差异性，而作物生长模拟技术用来描述某一位置上特定生长环境下的生长状态。只有将GIS与模拟技术紧密地结合在一起，才能制定出切实可行的决策方案。控制实施“精准农业”技术的目的是科学管理田间小区，降低投入，提高生产效率。作为支持“精准农业”技术的农业机械设备，除了带有定位系统和产量测量的联合收割机外，按处方图进行作业的农业机械还有：带有定位系统和处方图读入设备，控制播深和播量的谷物精密播种机；控制施肥量的施肥机；控制剂量的喷药机；控制喷水量的喷灌机；控制耕深的翻耕机等。例如，当驾驶拖拉机在田间喷施农药时，驾驶室中安装的监视器显示喷药处方图和拖拉机所在的位置。驾驶员监视行走轨迹的同时，数据处理器根据处方图上的喷药量，随时向喷药机下达命令，控制喷洒［8］。谷物流量传感器与精准农业随着精准农业的发展，各种信息化产品不断诞生，其中就包括谷物流量传感器。通过谷物流量传感器可实现测产的目的，目前实际应用中，测量原理主要利用冲量式测量(impact)、光栅式测量(lightbarriers)、荷重测量(loadcell)、电容测量(capacitance)、核子测量(radioactivity)等⑼。而相反应测产需要，谷物小区产量的精确测量是产量监测的关键因素，小区产量数据是生成产量图的主要依据。开发具有较高测量精度、使用稳定可靠的谷物流量传感器，是在智能测产系统研究中首先必须解决的问题之一。对于谷物流量传感器与精细农业，两者之间有着一定的联系与发展，互相促进。本课题研究的目的及意义目前我国国内精确收获技术还不十分成熟，很多设备还主要靠进口，进口设备价格昂贵，普通农民根本承受不起，只有少数地区农业机械化程度还相对较高，因此要在全国范围内发展精确农业，就必须使农业机械国产化，降低成本，普遍应用。本设计首先对国外先进精确收获设备(PFAdvantage产量监测系统)与GPS系统集成开发，然后进行系统实验应用，检验并校准系统精度，进行误差分析，并且对我国发展精确农业提出自己的看法。最终目的就是为促进我国精细农业技术的快速发展和精准农业设备的国产化作出努力。运用收获机谷物流量传感器进行研究产量监测系统是精确收获的前提条件之一，精确收获在整个精细农业体系中起着一个承上启下的作用，它既是一个工作循环的结束，又是下一个循环的开始。因此做好精确收获的管理和决策对于精细农业有十分重要的意义。要做好精确收获，必须有一套性能良好的产量监测系统，这样才能及时准确地收集到需要的数据和信息，为接下来的管理和决策作最充足的准备。收获机谷物流量传感器在产量监测系统中是核心因素又因为，产量监测系统的优良与否，直接关系到精确收获的质量，进而影响到整个精细农业体系是否能够正常运转，可见收获机谷物流量传感器的重要性，因此收获机谷物流量传感器试验台为做好产量监测系统及对精准农业的实施有着重要的作用和意义。谷物流量传感器国内外发展现状4.1国外研究与发展现状国外已经开发出功能完备的精确收获机械，世界上各种比较先进的联合收割机上都配备有产量监测系统。其中比较著名的也是比较成熟的有麦塞弗格森公司的F40联合收割机，纽荷兰公司的TX—64联合收割机，约翰迪尔公司以及凯斯公司的各种大型联合收割机等。而其中作为产量监测系统的重要组成部分的流量传感器，国际上已经开发出多种利用不同原理来测产的流量传感器。主要有基于容积原理研制的Claasyield-o-meter流量计，英国RDS公司采用光传感器的研制成功的RDSCeresTM产量传感器，Y射线式MasseyFerguson流量传感器以及冲量传感器，如Micro-Tank和AgLeader公司的产量传感器。谷物测产技术在国外已经发展的比较成熟，在精细农业研究中，国外已商品化的产量监视系统产品集中于谷类作物收获机械方面，主要有美国CASEIH公司的AFS(AdvancedFarmingSystem)系统，英国AGCO公司的FieldStar系统，美国JohnDeree公司的Greenstar系统，美国AgLeader公司PF(PrecisionFarming)系统及英国RDS公司的产量监测系统等。这些系统都具有功能较强的GIS综合功能，能自动完成产量监测和生成产量分布图。在实验研究与应用方面，1992年和1993年英国的Cranfield大学利用MasseyFerguson公司的MF测产联合收割机进行了冬小麦产量标绘。1993年美国的田纳西大学用光栅法测量棉花的产量。澳大利亚精确农业中心在1996和1997年着手棉花产量监测器的研究。美国密苏里大学农业与生物工程学院的MichaelJ.Krumpelman，设计了一个基于荷重传感器称重原理的动态称重系统，并用AgLeader2000产量监测系统作为参考。美国衣何华州立大学农业与生物系统工程系的AL-Mahasneh和T.S.Colvin开展了产量计准确度验证的研究［10-14。］谷物流量传感器发展较为快速，外国在这一方面较为重视，他们先于我们对收获机谷物流量传感器试验进行研究与测定，但这也为我们研究与发展提供方便与快捷。国内研究与发展现状在我国精准农业迅速发展的带动下，很多科研机构也开始着手产量监测系统方面的研究。中国农业大学设计开发了应用于联合收割机的谷物产量监视系统，该系统基于Philips半导体公司的P8XC592微控制器，能够测量割台高度、谷物水分、谷物温度、谷物流量、机械的行走速度（地速）和净粮提升器转速［15］。系统采用触摸屏输入和液晶屏（LCD），利用CF卡进行数据记录与存储。并结合其自主开发的产量分布图生成系统YMapper，能够较好的完成产量的监测以及产量分布图的生成工作。另外中国农业大学精准农业研究中心研制的冲量法谷物流量测量系统，在不考虑外部振动的情况下起测量误差绝对值小于5%，在引入外部机械振动的情况下，经过滤波处理系统测量误差的绝对值小于8%。另外，上海交通大学也作过类似的研究。主要工作是研制开发产量监测器，以及与之相配套的软件控制系统，主要包括传感器融合技术、GPS定位系统、远程数据传输系统和控制软件等;通过研究GPS的组成和定位原理，基于GPS—OEM模块开发低成本高精度农用GPS定位系统及其解码算法;并且对比分析不同产量传感器的原理和特点，开发了适合不同机型的冲量式谷物产量传感器和湿度传感器。解决了冲量式传感器存在的易受机器自身振动影响等缺点，提高了稳定性和测量准确性。基于GSM网络的SMS短信业务和通用无线分组业务GPRS技术开发设计C/S无线数据传输的传送与监控软件。该系统的功能达到了国内领先，部分功能达到世界先进水平。并且利用以上技术和设备，在不同的地