基于PLC和MCGS的偏心式林果振动采收机控制系统设计

为了提高林果采收效率,根据偏心式林果振动采收机的工作原理以及控制要求,设计了基于PLC和组态软件的采收机控制系统。该系统采用两级控制方案,上位机由触摸屏和MCGS组态监控软件组成,实现采收过程监控,包括采收参数设定、显示、采收方案选择以及报警等;下位机采用西门子S7-200系列可编程逻辑控制器(PLC),通过梯形图编程,实现采收机开关控制以及采收参数采集等,上位机与下位机通过RS232/485串口通讯。该系统满足设计要求,界面友好、运行可靠、操作方便,提高了林果采收自动化水平和采收效率。     

树木精准施药技术研究进展

树木精准施药大多利用高速气流将药液输送至冠层,理想的农药沉积需要药量、风量与靶标特征相匹配,在保证农药有效沉积的情况下提高农药使用效率,降低农药残留。从靶标探测、施药量控制、风量调节等三方面对现有精准施药技术的研究成果进行评述。靶标探测是精准施药的基础,归纳分析了红外技术、机器视觉、超声波、激光雷达等传感器用于获取树木靶标位置、冠层体积、枝叶稠密度、病虫害程度等喷雾决策信息的技术与方法,指明多传感器协同的作物靶标特征及病虫害程度在线探测的发展方向。药量与风量控制是精准施药的重要手段,总结了现有药量和风量决策与控制技术,指出在风量需求理论方面研究的不足,以及缺乏成本低、响应快的药量与风量调控装备。对国内外典型的地面与航空精准施药装备进行介绍,提出农林精准施药技术的发展需要与标准化种植模式推广相配合的建议,发展特种施药装备以及开发多机协同的立体智能植保系统,以期提高农林机械化水平。     

Data-SSI与图论聚类结合识别果树固有频率

果树的固有频率是林果振动采收机械设计的重要依据之一。为有效识别果树的固有频率,该研究提出了基于数据驱动随机子空间Data-SSI（Data-driven Stochastic Subspace Identification）法与图论聚类稳定图相结合、仅以果树的输出响应信号对果树进行固有频率识别的方法,以尽量减少人为主观因素的影响。将该方法用于一棵室内小型银杏树和一棵室外较大银杏树固有频率的识别并与冲击力锤频谱测试结果进行对比分析。结果表明,室内小型果树在随机激励下采用本文方法识别结果与频谱试验结果最大相对误差为4.17%;室外大型果树在环境激励下所提方法识别结果与频谱试验结果平均相对误差为2.88%,最大相对误差为6.02%。本文方法对仅基于输出响应信号的果树固有频率识别具有一定可行性,可为果树智能化共振采收时快速准确确定共振频率提供参考。     

机械采收作业中银杏树频谱特性与振动响应关系研究

机械采收是林果收获最有效的方法,在受迫振动下果实的掉落不仅受到激振振幅、频率和持续时间的影响,还与果树自身的生长形态和固有频谱特性有关.为了研究银杏树的频谱特性与振动响应之间的关系以及振动响应在不同方向上的差异性,该文在室内冲击激振下测试了一棵Y型银杏树不同方向的频谱特性.然后,通过频谱曲线中峰值点和谷值点所在的频率对果树树干进行简谐激振获得空间加速度响应.结果显示频谱特性与振动响应之间存在一定的对应关系,基频以及10.00Hz以下的激振频率无法激发起很大的振动响应.共振频率能够引起极大的振动响应,但是加速度幅值在低频下较小并且随着激振频率的增加而增大.当频率高于25.00Hz时并不能再次引起较强的加速度响应,样品树的最佳激振频率为23.75Hz.在同一个测试位置,3个方向的振动响应呈现出相似的特性但振幅不同.随着测试位置逐渐远离激振点,沿着果树生长方向的加速度幅值显著增加,并且该方向是振动响应传递过程的主导方向.结果表明在机械采收林果时,可以首先测试果树的频谱来获得共振频率,然后在特定的共振频率下对果树进行激振来获得较强的振动响应,更高的激振频率并不一定引起更强烈的振动响应.同一个测试位置不同方向之间存在差异性,不同位置的果实可以被不同方向的惯性力移除.     

用于振动采收的有果有叶果树振动模型构建

现有的果树振动有限元模型仅对果树的枝杆部分进行重建,忽略了果树的果实与树叶对果树固有频率的影响。该研究提出了一种将激光扫描技术与有限元法相结合,用空间6自由度梁单元构建果树空间振动模型。基于研究果实和树叶在树枝上的位置和质量分布规律,构建果树有果有叶、无果有叶、无果无叶振动模型。并对一棵小型实体银杏树分别处于有果有叶、无果有叶和无果无叶3种状态的频谱特性进行测试,并与构建的理论振动模型计算的各阶固有频率进行比对分析。结果表明,计算固有频率数量要多于实测所体现出来的固有频率数量,但实测固有频率均可在仿真频率中找到十分相近的值,且仿真模型的果树各枝振型幅值与实测的各枝加速度响应幅值相互的对应关系基本吻合;计算模型的最大相对误差为5.76%。该研究所述建模方法能够较准确有效地获取果树固有频率。     

基于高光谱成像的油茶籽含油率检测方法

为了快速准确地检测油茶籽含油率、解决传统检测手段费时费力等问题,提出了一种基于高光谱成像技术的油茶籽含油率检测方法.应用光谱集I (400～1000nm)和光谱集Ⅱ(900 ～1700 nm)两组高光谱成像系统采集油茶籽的漫反射高光谱图像,并结合化学计量学方法建立油茶籽含油率的回归预测模型.结果 显示,在不经预处理的情...     

油锯锯切效率和锯切耗油率测定的基本方法

本论述采用专用的锯切试验机测定油锯锯切效率和锯切耗油率的基本方法。专用试验机结构紧凑、进锯机构摩擦阻力小，可以获得工程级测定精度。并能同步测定锯切效率和锯切耗油率。     

果实振动响应时的空中运动数学模型

现有的高速摄影技术主要用于研究果实运动时以果实表面某一特征点作为果实质心的运动状态,该方法实际上只能反映出果实表面特征点的运动轨迹及瞬时位移、速度及加速度,并不能反映果实质心在空间瞬时的平移、摆动及旋转姿态。该文提出了一种将果实空间运动分解为对应果实空间运动瞬时姿态的平移、摆动及旋转的计算方法。通过制作实体单位连体基坐标系并确定其初始静态位置,建立果实在绝对坐标系中的表面特征点坐标与连体基坐标系的转换关系,确定在运动过程中果实上连体基坐标的动态绝对坐标,基于相邻两时刻点连体基坐标中的位置变化关系计算果实瞬时动态位移、速度及加速度,以及果实摆动与旋转的瞬时角度、角速度及角加速度运动参数。应用ADAMS计算软件,通过设定特定的平移、摆动及旋转的复合运动关系进行运动仿真,应用该文构建的计算公式进行计算,将计算结果与理论仿真值进行对比,确定计算公式的计算精度。位移最大单向平均绝对误差只有5.9×10~(-8) mm,且位移、速度及加速度的绝对误差存在10~3数量级的逐步放大,位移与速度的相对误差完全一致,加速度相对误差则大于位移与速度,最大加速度平均绝对误差与平均相对误差分别为6.5×10~(-2) mm/s~2及4.13×10~(-2)%,摆动与旋转的最大平均绝对误差分别为5.43×10~(-2)与9.51×10~(-2)°/s~2。结果表明,该文构建的计算方法应用于求解果实的瞬时运动姿态是可行的。     

农产品/食品中农药残留快速检测方法研究进展

农药残留的识别和量化通常依赖于气相色谱法、高效液相色谱法、气/液相色谱-质谱联用法以及毛细管电泳法,这些方法需涉及大而贵重的仪器、费时的样品处理以及专门的技术培训。因此,建立在线、高灵敏度、高选择性、简单高效、低成本的农药残留快速检测方法和技术非常重要。该文综述了用于农产品/食品的农药残留分析快速检测方法,主要包括酶抑制法、免疫分析法、光谱法(包括可见/近红外、红外、拉曼和激光诱导击穿光谱等)以及各种生物传感器等,分别介绍了这些方法最新的研究进展,同时分析并总结了这些快速检测方法和技术的基本原理和特点。目前的研究在灵敏度、重复性、准确性方面存在着一些不足,商品化的农药残留检测仪器也比较单一。由于纳米生物技术、分子印迹技术和微流控技术等技术有着巨大的应用潜力,因此特别介绍了这些技术在农药残留分析中的应用。农药残留快速分析技术未来将会朝着检测仪器的小型化和集成化、多通道检测、无线通讯方向发展,提高快速检测方法和仪器的稳定性和可靠性是必然趋势。     

基于激光雷达探测的变量喷雾控制系统设计

变量对靶喷雾系统能够提高药液利用率,减少药液浪费。笔者确定了激光雷达探测的变量喷雾控制系统硬件结构;研究了变量喷雾控制算法,通过采集信息计算靶标冠层体积,利用冠层体积计算对应喷嘴的PWM占空比,进而控制对应喷嘴的流速,其次分析了系统的延时,给出了系统5个部分响应时间的计算方法,实现系统延时补偿,确保了系统的实时性;设计了激光雷达探测的变量喷雾控制系统:上位机采用MFC多线程编程,实现靶标采集、树冠体积计算、PWM生成以及延时补偿,其具有一定的人机交互功能;下位机采用C51编程,用于接收上位机PWM指令,控制电磁阀启闭。体积计算试验验证了不同的速度和检测距离下系统靶标体积计算相对误差在10%以内,其计算方法具有一定的适用性。电磁阀控制参数与响应时间试验获取了系统PWM与喷嘴流速之间的关系参数以及电磁阀响应时间,结果表明PWM与流速之间呈线性关系,电磁阀的机构响应滞后于电信号响应约20 ms。