冲量式谷物流量传感器研究

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1、上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论牛根据日增重和产奶量配给精、粗饲料，或根据牛奶温度或其它方面的变异判断牲畜健康情况，在国外科学养畜中己被广泛采用。20世纪80年代以来，电子技术与其它新技术在农业机械中应用研究的发展，为20世纪90年代“精准农业”技术体系的试验实践以及开发智能化变量作业农业机械提供了基础。几家世界著名的农机制造公司的农业机械都装备了一定规模的电子设备来提升工作效率和改善劳动者的作业环境。我国农业还处于逐步推进实现基本农业机械化的发展阶段，提高我国大中型农业装备产品在国际市场上的竞争力，发展高新技术在规模化农业和农业机械化服务产业中的应用，是非

2、常必要的[4]。因此，也就需要跟踪研究发达国家的先进经验，在应用电子信息新技术方面实现跨越式的发展。田间信息采集是精准农业技术体系中的重要环节，特别是产量信息获取显得尤为重要。它能够指导农民合理投入生产资料以节省资金、提高效益。现在，国外市场上有很多产量监视系统(也称测产系统)的产品，并得到了比较广泛的应用.美国农业部的调查显示:2001年，该国37%的玉米产区使用了带有测产系统的联合收割机进行收获；2002年，该国29%的大豆产区使用了带有测产系统的联合收割机进行收获。而且，希望装备测产系统的农户的数量正在迅速增加，据估计，目前该国大约有一半的玉米和大豆产区均使

3、用带有测产系统的联合收割机进行收获。现在，我国还没有相应的实用化测产系统，而国外产品价格昂贵[5]。随着我国农业机械的电子化和信息化水平逐步提升，特别是在解决国内联合收割机异地收获的计量和定价问题中，研究开发一个经济、实用的测产系统是必要的。1.2国内外研究现状1.2.1产量监测系统数字化产量分布图是精确农业的基础。产量图就是在作物收获时，记录产量的相对空间分布图，产量图显示了田间的空间变异。农业生产中，科学使用化肥、水分、农药等必须以准确绘制的产量分布图为依据，因为产量是田间管理的关键因素，它综合了田间空间参数变化的信息。只有了解了田地各局部单产的分布差异，才能

4、进行产量诊断，确定田间地段作物生长条件，做出相应的对策。变量施肥机、变量喷药机和变量播种机等农机的产生使之成为可能。在下次收获时，得到新的产量分布图可以对比看出变量耕种的实际效果。因此，形成产量分布图既是精确农业的第一步，也是整个精确种植效果的总结[6]。产量图是由产量监测器采集的相关地理产量生成的，到目前为止，开发的大部分产量监测器主要用于监测籽粒作物产量，而极少用于地下根茎类产品如糖用第2页上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论甜菜和马铃薯等。比较产量差异常用的有总局级、分局级、农场级、地块级等标准，而“精准农业’，是以地块内的谷物产量差异进行比较，可以称之为

5、地块内级。将计量单位精确到平方米，进行瞬时产量监测，就更能接近作物生长的实际需求[7]。产量图系统由产量计，数据采集系统，数据处理系统，图形生成系统组成。生成产量图的数据来自联合收割机上的车辆定位系统和产量监视系统，原始数据包括收割机作业时连续的谷物流量和全球卫星定位系统(GPS)所记录的收割位置。1.2测产技术的国外研究现状八十年代中期以来，关于收获机械产量监测系统的开发研究引起了制造商的极大兴趣，并率先在大型谷物联合收割机上推广应用。英、美、加、德等国开始研制带有差分全球定位系统(DGPS)和产量自动计量系统的谷物联合收获机，在田间收获过程中每1、2或3秒中存

6、储一次机器位置和相应的小区平均产量相关信息，以构建农田产量分布图。目前，测产系统已在市场上有成熟的商品化产品。据报导，到1997年底，美国已有约17000台谷物联合收割机装有产量测量系统[8]，其中半数以上同时装有GPS定位系统并且能够提供生成产量分布图所必须的数据。近期，美国90%以上的谷物联合收割机将装置产量监测系统。国际上已经商品化的谷物联合收割机产量监测系统主要有美国CASEIH公司的AFS(AdvancedFarmingsystem)系统，英国AGCO公司的Fieldstar系统，美国JohnDeere公司的Greenstar系统，美国AgLeader公

7、司PF(PrecisionFarming)系统及英国RDS公司的产量监测系统等[9]。现有产量监测系统主要包括差分校正全球定位系统DGPS、谷物流量传感器、谷物含水率传感器、车速传感器、割台高度传感器、升运器转速传感器、中央控制系统、智能终端与数据存储设备、数据处理与产量分布图生成软件等部分[10]。其中，AFS系统、Greenstar系统以及PF产量监测系统的结构与工作原理相似。以美国CASEIH公司的2366谷物联合收割机为例，图1-1表明产量监测系统各部分在收割机上的安装位置。如图1-1所示，主要包括：①主控制器，收集和处理数据信息；②GPS接收器，确定每一

8、个瞬时产量