摘要：肉鸽规模化养殖是一种具有较高经济效益的新兴养殖产业,人工饲喂工作量大、饲喂精细化水平低、饲料浪费率高。为解决肉鸽工厂化规模养殖的自动饲喂难题,设计了一种肉鸽自动饲喂装置。该装置主要由饲喂食槽、控制箱、行程开关、三相异步电机、行走轮、动力传动系统及机架等组成;控制系统使用变频器控制2台三相异步电机的转速,以行程开关为位置检测元件,用循环时间继电器设定饲喂过程中的行走、停留时间,实现自动饲喂装置工作过程中的行走、停留、反向等行程控制,以保证饲喂的精细程度。试验结果表明,该装置行程精度控制在98%以上,饲料浪费率控制在1%以下,具有良好的稳定性,适合于肉鸽工厂化规模养殖。肉鸽自动饲喂装置适用于肉鸽大规模、工厂化养殖。

摘要：为实现温室环境下农业采摘机器人对番茄果实的快速、精确识别,提出了一种改进型多尺度YOLO算法(IMS-YOLO)。对YOLO网络模型进行筛选和改进,设计了一种含有残差模块的darknet-20主干网络,同时融合多尺度检测模块,构建了一种复杂环境下番茄果实快速识别网络模型。该网络模型层数较少,能够提取更多特征信息,且采用多尺度检测结构,同时返回番茄果实的类别和预测框,以此提升番茄果实检测速度和精度。采用自制的番茄数据集对IMS-YOLO模型进行测试,并分别对改进前后网络的检测性能以及主干网络层数对特征提取能力的影响进行了对比试验。试验结果表明,IMS-YOLO模型对番茄图像的检测精度为97.13%,准确率为96.36%,召回率为96.03%,交并比为83.32%,检测时间为7.719 ms;对比YOLO v2和YOLO v3等网络模型,IMS-YOLO模型可以同时满足番茄果实检测的精度和速度要求。最后,通过番茄温室大棚采摘试验验证了本文模型的可行性和准确性。

摘要：为降低北方地区连栋温室冬季生产能耗、提高温室保温性能,设计了大斜面外保温连栋玻璃温室,即寿光型智能玻璃温室。该温室采用大天沟设计,安装了外保温被及传动机构,因此形成了较宽的遮阴带,影响了栽培区的太阳辐射及温室透光率。为分析天沟尺寸对室内光环境的影响,构建了连栋温室天沟对温室栽培区内不同位置辐射强度影响的动态模型,并基于该模型对室内光环境进行了均匀性与敏感性分析。结果表明:天沟结构对栽培区内日累积辐射平均值的影响程度从大到小依次为天沟间距、天沟宽度、天沟垂直厚度和天沟高度;寿光型智能玻璃温室的天沟设计为相邻两天沟间距12.00 m、天沟水平宽度1.60 m、垂直厚度0.86 m、天沟下沿离地面高度6.30 m,可以保证栽培区内最佳的光照均匀性。不同情景下的模型模拟结果表明,为确保栽培区内光照均匀性,在栽培区内辐射强度变异系数最小的情况下,山东省寿光地区温室天沟高度、天沟垂直厚度之和与天沟间距、天沟宽度之和的比值在0.49~0.54之间。本研究可为寿光型智能玻璃温室在不同地区的设计应用提供理论依据。

摘要：为了进一步提高肥料利用率,解决黑龙江垦区垄作玉米施肥作业过程中由于颗粒肥密度不同而造成的肥料分层问题,基于沃尔2BJM施肥机,设计了一套适合垄作玉米四要素变量施肥的控制系统。系统集成了亚米级差分GNSS装置,采用电液比例控制技术分别控制4路排肥轴转速。系统根据用户设置的目标施肥量,实时计算液压马达的目标转速,并同步向肥料控制器发送转速指令。控制器通过光电编码器反馈的马达转速信号,调节比例阀开度,一次完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种单质肥同步变量施用。田间试验结果表明,各路施肥管误差均小于3.00%,变异系数均小于0.05;与传统施肥机同期作业效果对比表明,玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD值与传统施肥区并无明显差异,但变量施肥减小了田块中玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD的空间差异性。尿素施用量由217 kg/hm^2减少到了150 kg/hm^2,减少了30.88%;二胺由232 kg/hm^2减少到了200 kg/hm^2,减少了13.79%;钾肥由原来的79 kg/hm^2增加到了108 kg/hm^2,增加了36.70%。肥料的投入成本减少了160元/hm^2,变量施肥测产数据为12 200 kg/hm^2,产量增加了217 kg/hm^2,较传统施肥区增产1.78%,收入增加508元/hm^2。综合考虑系统误差、玉米生长指标和最终产量数据,基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机满足黑龙江垦区玉米施肥作业实际要求,有效解决了肥料分层问题,显著提高了肥料利用率。

摘要：近年来我国持续加快推进农业现代化建设以提升农业生产能力和生产水平,设施农业是农业现代化的重要形式,也是衡量一个国家或地区农业现代化水平的重要标志。在设施农业中,基质栽培由于水肥管理高效,节水节肥效果明显,且可有效防止土传病害发生,已成为设施番茄工厂化生产的重要手段。营养液的调控是设施番茄工厂化基质栽培的重点和难点,针对营养液调控,研究者已开展了营养液灌溉浓度、营养液配方、营养液灌溉频率等方面的探究,初步揭示了设施番茄工厂化基质栽培营养液调控机制,但依然还存在着营养液灌溉较为粗放、灌溉根区盐分积累严重等问题。综述了设施番茄工厂化基质栽培营养液调控的现状,概括了营养液调控中的一些方法,分析了营养液调控方面存在的问题和不足,探讨了今后的发展趋势。

摘要：车速对电动机驱动玉米气吸式排种器排种性能具有重要影响,为此设计了一种电动机驱动排种器CAN总线控制系统,采用CAN总线通讯的方法探究系统驱动排种器随车速的变化特性。该系统主要由人机交互设备、排种监测ECU、排种驱动ECU组成,参照ISO 11783协议,对播种机具总线系统进行了设计。以4行气吸式玉米排种器为对象,搭建试验台,对总线控制排种盘转速精度进行了试验。通过总线提取的排种盘转速闭环调控结果得出,排种盘转速位置PID控制调整过程中存在低速调节时间长、超调量大的问题。采用分段PID参数控制的方法,由试验结果将排种盘转速设定值分为低速(15～20 r/min)、中速(20～40 r/min)、高速(40～55 r/min) 3个阶段,分阶段赋予对应闭环调节参数,得出排种盘目标转速在低速阶段时平均响应时间、平均超调量分别为1. 84 s、38. 51%,与位置PID控制相比较,分别降低1. 63 s、34. 41%; 15～55 r/min时平均稳态误差绝对值为0. 97 r/min,标准差为0. 76 r/min,平均稳态误差绝对值减小0. 13 r/min。进行了总线系统落种监测精度试验,设定粒距20 cm,排种盘孔数为26个,车速4～12 km/h时,系统排种监测平均准确率为97. 53%,标准差为0. 48%。采用排种总线系统对车速影响排种器性能进行了试验,风机驱动轴转速为540 r/min,车速范围为4～8 km/h,测得风压范围为-6. 0～-5. 9 k Pa,播种合格指数平均为95. 68%,标准差为2. 29%;车速达到9 km/h时,合格指数降到90%以下,排种器漏播较严重。通过对播种总线系统车速和4行排种驱动电动机实时转速的监测,进行了车速阶跃变化播种系统响应试验,结果表明在车速4～12 km/h、2 km/h间隔递增过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为2. 00 s,标准差为0. 34 s; 2 km/h间隔递减过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为1. 83 s,标准差为1. 07 s,表明按照车速阶跃变化,该总线控制系统具有较好的响应性能。

摘要：为保证播种机适宜的压实力和稳定的播种深度,提高种子出苗品质,促进后期生长发育,针对现有下压力测量方式灵敏度低、且缺少快速有效精准控制模型的问题,提出一种基于气囊压力和仿形四连杆倾角的播种下压力控制方法。采用一阶低通滤波的轴销传感器下压力监测方式,设计了气动式下压力监控系统,包括气压驱动装置、倾角传感器、数据采集控制卡及上位机控制软件等,轴销传感器和倾角传感器分别实时测量限深轮对地下压力和仿形四连杆倾角,并反馈给上位机,经过模型计算后控制数据采集控制卡发送信号调节气压驱动装置,保证限深轮对地下压力在设定范围内。室内建模和响应测试结果表明,在不同气囊压力和四连杆倾角设置下,建立的播种下压力控制模型校正决定系数为0.9743,均方根误差为49.41N,试验验证模型预测均方根误差为39.51N,对播种下压力具有较好的控制准确性;在0.1~0.6MPa压力设定下,气囊充气阶跃响应平均超调量3.83%,平均稳态误差0.0052MPa,平均调节时间0.42s,满足作业需求。田间播种深度控制性能试验结果表明,在6~10km/h作业速度范围内,气动式下压力控制系统对播种深度具有稳定可靠的控制性能,系统播种深度合格率不小于98.91%,特别是在10km/h高速作业时,播种深度标准差为3.46mm,变异系数为6.97%,显著优于被动弹簧式下压力调节方式。

摘要：针对畜禽养殖防疫消毒劳动强度大、安全性差的问题,设计了防疫消毒机器人系统,以实现畜禽舍防疫消毒喷雾的智能化作业。机器人系统由移动承载平台、防疫喷雾部件、环境监测传感器以及控制器等4部分构成,支持全自动运行和遥控操作2种工作模式。针对畜禽舍内弱光、低应激的工况条件,提出了"磁标-射频识别"组合的导航路径探测方法,实现在畜禽舍内养殖笼架间的自主移动。设计了风助式药液喷嘴,可同步实现消毒药液的雾化和扩散。通过对喷嘴内腔风场进行流体动力学仿真,对喷嘴气体导流和药液雾化部件结构参数进行了优化设计,确定了锥形导流垫块和雾化栅板的倾角分别为75°和90°。最后,在禽舍内对机器人导航和喷雾性能进行了现场测试。试验结果表明,机器人移动平台可满足0.1~0.5 m/s速度范围的自动巡线导航,其实际轨迹相对磁钉标记的最大偏移量为50.8 mm;风助式喷嘴可适用于200~400 mL/min流量的药液喷洒,形成的雾滴直径(DV.9)为51.82~137.23μm,雾滴沉积密度为116~149个/cm^2。本畜禽舍防疫消毒机器人可实现养殖舍内消毒和免疫药液的智能化喷雾作业。

摘要：针对已有播种深度检测技术测量精度有待提高、缺乏有效实时播种深度评价系统且通信方式不易扩展等问题,设计了一种基于CAN总线的播种深度监测评价系统。系统主要由车载平板计算机、数据采集评价单元(ECU)和播深测量装置等组成,阐述了播种深度测量原理,设计了基于限深轮摆动角度的播深测量装置并建立相应测量模型,基于ISO 11783标准制订了智能化总线通信协议,开发了基于LabVIEW的实时监测评价上位机界面。为研究播种深度变化特性,以耕作方式和作业速度为试验因素,开展了二因素裂区试验。对数据进行了频谱分析,结果表明,播种深度变化主频幅值随车速增加呈减小趋势,且免耕地变化大于旋耕地,而振荡频率受耕作方式和车速变化影响较小,主要集中在0.4 Hz以下。田间监测评价试验结果表明,所得播种深度监测图可在一定程度上表征地块土壤信息,相比人工测量方式,系统监测的稳定一致性较好,在6~10 km/h车速下,其对平均播深、合格率、标准差和变异系数最大值分别为50.01 mm、78.95%、8.95 mm和17.90%,相对误差分别处于4.20%~9.74%、6.11%~17.92%、10.93%~16.32%和18.83%~19.79%之间,满足实际播种深度监测评价需求。

摘要：为实现精密播种作业中播种下压力和播深的实时监控和质量评价,设计了一种多行播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统。系统采用基于角度和轴销传感器的播深和下压力测量装置,优化设计了液压驱动和分区控制的气压驱动装置,开发了基于CoDeSys(Controlled development system)编程环境的智能终端交互界面和ECU(Electronic control unit)控制程序,实现了基于CAN总线通信的作业参数监测控制和质量评价。通过搭建的室内试验台完成了播深和下压力静态建模试验,建立了适应不同设定播深的下压力测量模型。分区控制系统响应测试试验表明,在调节范围(0.2~0.6 MPa)内,系统超调量低于5.97%;响应时间与控制行数和设定气压正相关;在设定气压(0.1~0.6 MPa)范围内,6行播种机调节时间不超过2.35 s。为测试系统工作性能,在25、50、75 mm 3种设定播深下,对左区控制(600 N)、右区控制(300 N)、机械调节和自重调节4种控制方式进行了田间性能试验。土壤压实和播种下压力控制效果试验表明,主动分区控制方式可实现更为稳定的土壤紧实度,且在浅旋地块环境下,右区控制方式可达到最优的下压力稳定性,其控制合格率不小于95.78%;播深控制效果试验表明,随着设定播深的增大,播深质量显著降低,在设定播深25~75 mm范围内,左区控制、右区控制、机械调节和自重调节对应的最小播深合格率分别为91.92%、92.53%、70.44%和58.72%,对应的最大标准差分别为2.22、3.11、3.69、7.70 mm,对应的最大变异系数分别为3.52%、4.40%、4.96%和14.01%。相比机械调节和自重调节,分区控制系统提高了单体下压力和播深稳定性。