联合收获机谷物水分实时监测系统设计与试验

摘要

含水率是谷物生产环节的重要影响因素，实现含水率实时监测对后续储存方式及品质的分类具有指导意义;谷物含水率也是判断谷物适收期的重要依据，实现含水率实时监测对农业机械化生产具有现实意义;含水率实时监测还是整机智能化的重要环节，是产量测量系统一个重要的组成部分。目前国外的谷物含水率实时监测技术较为成熟，大型的联合收获机上都配备含水率实时监测功能的产量测量系统。但国内现有的谷物含水率实时监测系统仍存在监测对象单一、监测精度和实时性较差的问题。本研究在充分调研的基础上，开展联合收获机谷物水分实时监测系统研究，设计出能够适用于多种谷物测量，高精度，实时性较好的实时监测系统。本文基于刮板升运器式联合收获机，设计了一套联合收获机谷物水分实时监测系统并进行了试验。 本课题主要内容有:(1)配套联合收获机的谷物水分实时监测系统机械结构设计。包括取样机构、标定试验台和传感器封装结构的机械设计，并进行试制与机构调试;(2)水分传感器硬件设计。传感器硬件设计主要包括检测单元、处理单元和交互通信单元设计，并对硬件检测的性能进行了检验，包括电容信号检测性能验证和温度信号检测性能验证;(3)软件算法的设计、实现与试验标定。算法主要包括频率信号和温度信号的检测与处理。标定试验主要包括标定过程、标定试验结果分析以及试验模型的建立;(4)在线监测系统的验证试验。包括静态模型验证，试验台动态验证以及田间试验。 本文的主要研究成果有:(1)设计机械机构可以实现多种谷物水分的取样实时监测，传感器受外界干扰因素较小;(2)传感器电容信号检测平均相对误差小于1％，温度信号检测平均相对误差小于0.5％;(3)建立了小麦和水稻的水分检测模型，小麦含水率函数模型决定系数R2=0.9887，水稻含水率函数模型决定系数R2=0.9950;(4)完成了小麦和水稻模型的静态验证，小麦和水稻检测模型静态检测时误差均方根分别为1.74％，1.37％;完成了水稻模型的试验台动态验证，所测含水率误差均方根为1.84％;完成了水稻模型的田间试验验证，所测含水率误差均方根为3.48％。