水稻集排式排种器智能化控制系统关键技术研究

摘要

水稻种植是其生产过程中的重要环节，其种植质量的好坏，将直接影响到其出苗、分蘖和生长，进一步影响水稻生产的经济效益。通过在农场调研和查阅相关文献发现，市场上现有的精量水稻直播机多数采用机械式播量可调装置，播量在一定范围内实现调节，易存在排量不稳定、播量调节精度不高等问题，造成播种不均匀，使得播种效果与预期相差较大，甚至会造成大量减产，不能完全满足农艺播种要求。因此，这就需要我们研制更加先进的播量可调式水稻精量播种机。
　　本文在查阅大量国内外参考文献和实地农场农户调研的基础上，设计了一套基于播量控制模型的水稻精量播种控制系统。本文通过试验研究，建立了水稻播量与其关键影响因素（稻种含水率、排种轮转速n、种层高度h）间的数学模型，基于模型开发了播量调控系统，实现播量精准调节，达到精量播种的目的。本系统通过触摸屏实现人机交互，可进行稻种类型、亩播量和含水率选择设定。工作时，触摸屏界面实时显示播种机前进速度v、排种轮转速n、种层高度h、已播种面积s和行进距离l。
　　本研究主要包括以下内容:
　　(1)完成整个基于播量控制模型的水稻精量播种控制系统设计。该系统主要包括主控制器、电源转换模块、数据采集模块、执行模块和参数显示模块。田间工作时，该系统的线路会集中安装在一个控制柜中，增强系统稳定性，避免田间复杂环境带来的影响。
　　(2)建立水稻播量控制模型。设计室内台架排种试验，分析稻种含水率、排种轮转速n及种层高度h对水稻排种器单圈排量q的影响情况，并建立播量控制随动模型。
　　(3)设计触摸屏人机交互界面。可随时控制系统运停，便于操作人员实时掌握控制系统运行情况。实时显示播种机前进速度v、排种轮转速n、种层高度h、已播种面积s和行进距离l运行信息。
　　(4)控制系统台架试验。搭建软硬件系统平台，包括PLC控制器、霍尔测速和超声波测距传感器、触摸屏已及执行电机的选型与设计，设计硬件原理图，进行软硬件系统调试。试验证明，控制系统运行稳定，实现播量精准调节。
　　本研究建立了多因素影响下的水稻播量控制模型，将其作为控制系统核心部分，测速和测距传感器实时检测机车前进速度及种层高度，根据控制模型实时控制播种量，从而达到精确播种的效果。为智能化大型水稻精量直播机的研制提供理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源与研究背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景

1．2 国内外精量播种机研究现状

1．2．1 国外精量播种机研究现状

1．2．2 国内精量播种机研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 技术路线

第二章 水稻播量控制系统总体方案设计

2．2．1 稻种含水率的影响

2．2．2 排种轮转速的影响

2．2．3 种层高度的影响

2．3 控制系统总体方案

2．3．1 系统目标

2．3．2 总体设计

2．3．3 工作原理

2．4 本章小结

第三章 水稻播量试验与控制模型构建

3．1．1 试验设备仪器

3．1．2 试验材料

3．2 试验设计

3．2．1 试验目的

3．2．2 试验方法

3．2．3 试验内容

3．2．4 试验结果分析

3．3 播量控制模型

3．3．1 单圈排量二元回归分析

3．3．2 播量控制模型构建

3．4 本章小结

第四章 控制系统设计

4．1 控制系统结构和工作原理

4．1．1 控制系统组成

4．1．2 控制系统工作原理

4．2 控制系统硬件设计

4．2．1 控制器设计

4．2．2 数据采集模块设计

4．2．3 电源转换模块设计

4．2．4 执行模块设计

4．3 控制系统软件设计

4．3．1 编程软件简介

4．3．2 主程序设计

4．3．3 数据采集软件设计

4．3．4 执行机构软件设计

4．4 本章小结

第五章 控制系统试验与分析

5．2 电气试验

5．3 排种试验

5．3．1 排种试验设计

5．3．2 排种试验结果与分析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

作者简历