農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件

第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)第一節(jié)

電子信息技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)機械技術(shù)創(chuàng)新第二節(jié)

谷物聯(lián)合收割機監(jiān)視與自動控制裝置第三節(jié)半喂入式水稻聯(lián)合收割機喂入深度自動調(diào)節(jié)裝置的電路設(shè)計（設(shè)計案例一）第四節(jié)精細農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展第十三章第一節(jié)電子信息技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)機械技術(shù)創(chuàng)新第一節(jié)電子信息技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)機械的技術(shù)創(chuàng)新

20世紀(jì)下半期開始的電子信息科技革命，成為推動各個領(lǐng)域知識、技術(shù)創(chuàng)新的強有力手段，也明顯的影響著農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)的創(chuàng)新過程。電子信息學(xué)用于農(nóng)業(yè)機械裝備的技術(shù)創(chuàng)新，可概括為如下基本領(lǐng)域：①提高機械作業(yè)的機械性能：過程監(jiān)視、控制、診斷等；②過程精確操作：及時獲取過程信息，能精確執(zhí)行命令；③改善勞動者的操作條件：操作方便、安全、舒適；④發(fā)展基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的農(nóng)機作業(yè)田間導(dǎo)航、定位變量作業(yè)的智能控制農(nóng)業(yè)作業(yè)機械，支持農(nóng)田的科學(xué)管理決策等。第一節(jié)電子信息技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)機械的技術(shù)創(chuàng)新20世紀(jì)下一、拖拉機與農(nóng)業(yè)機械中的電子裝備技術(shù)

拖拉機與自走式農(nóng)業(yè)機械的電子設(shè)備正由早期的專用控制器向通用控制器發(fā)展，向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、分別式控制技術(shù)方向發(fā)展。一臺大型拖拉機和復(fù)雜農(nóng)業(yè)機械，已裝置了若干個標(biāo)準(zhǔn)的控制單元（ECU），它實際上已是一個帶有獨立處理信息與控制功能的計算機智能控制終端，是針對農(nóng)業(yè)機械使用環(huán)境專門設(shè)計的通用微型作業(yè)計算機（Job

computer），具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的接口和采用了現(xiàn)場控制局域網(wǎng)絡(luò)（CNA）技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。

一、拖拉機與農(nóng)業(yè)機械中的電子裝備技術(shù)拖拉機與自走式農(nóng)農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件具有可視化多功能的駕駛室操作系統(tǒng)——通過控制手柄、按鈕、旋鈕和液晶觸摸顯示屏完成對聯(lián)合收割機各種收獲參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整

。具有可視化多功能的駕駛室操作系統(tǒng)——通過控制手柄、按鈕、旋鈕二、人機接口技術(shù)

拖拉機和農(nóng)業(yè)機械作業(yè)中，都需要人來操縱和控制。傳統(tǒng)駕駛室中的儀表盤正迅速由電子監(jiān)控儀表取代，并逐步由單一參數(shù)顯示方式向智能化信息顯示終端過渡，從而大大改善了人機交互界面。這種智能化顯示終端，實際上就是一臺帶液晶顯示屏的計算機。它代表了當(dāng)今儀器與控制裝置發(fā)展的主流方向，又常被稱為虛擬化儀器顯示終端（VirtualDisplayTerminal）。二、人機接口技術(shù)拖拉機和農(nóng)業(yè)機械作業(yè)中，都需要人來操大型拖拉機駕駛室內(nèi)智能化顯示終端大型拖拉機駕駛室內(nèi)智能化顯示終端第二節(jié)谷物聯(lián)合收割機監(jiān)視和自動控制裝置一、谷物聯(lián)合收割機工作部件的監(jiān)視裝置⒈逐稿器監(jiān)視裝置

該裝置安裝在逐稿器箱上蓋板上，用來監(jiān)視逐稿器上方莖稈負(fù)荷。當(dāng)莖稈增加到超負(fù)荷時，莖稈壓迫傳感板，觸發(fā)信號裝置的開關(guān)，使工作電路斷開，同時接通報警信號電路。1.傳感板2.扭簧3.頂蓋4.觸點開關(guān)5.罩蓋6.軸第二節(jié)谷物聯(lián)合收割機監(jiān)視和自動控制裝置一、谷物聯(lián)合收割機工⒉糧箱監(jiān)視器

安裝在糧箱內(nèi)側(cè)壁上方或箱蓋內(nèi)，用來監(jiān)視糧箱谷物的堆滿程度。當(dāng)糧箱充滿時，谷物籽粒壓迫傳感板，使報警電路閉合、報警。

糧箱監(jiān)視器殼體2.固定觸點3.彈簧4.傳感板5.可動觸點6.調(diào)節(jié)螺絲扭矩傳感變速器定凸輪2.彈簧3.定輪4.動凸輪⒉糧箱監(jiān)視器安裝在糧箱內(nèi)側(cè)壁上方或箱蓋內(nèi)，用來監(jiān)視⒊軸端安全離合器

對于推運器、升運器、脫粒滾筒、復(fù)脫器等工作部件的監(jiān)視裝置，一般是采用安裝在驅(qū)動軸端的安全離合器加上報警信號電路。⒋夾持輸送監(jiān)視器

安裝在夾持鏈的末端，對半喂入式收割機的脫粒喂入鏈和排草夾持鏈輸送莖稈進行監(jiān)視，其檢測裝置與逐稿器監(jiān)視器類似。當(dāng)夾持作物莖稈發(fā)生堵塞時，監(jiān)視器壓板被抬起，使微動開關(guān)閉合，發(fā)生報警信號。⒊軸端安全離合器對于推運器、升運器、脫粒

⒌谷粒損失監(jiān)視器

采用傳聲板作為敏感元件，安裝在逐稿器和清選篩的出草口下方，當(dāng)排出的秸草中夾帶谷粒落下，沖擊傳聲板時發(fā)出聲波對壓電晶體起作用，產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)過電路傳給顯示儀，即顯示出谷粒損失的情況。⒍切草監(jiān)視器

由于聯(lián)合收割機的碎草裝置一般安裝在排草口后，常常是半露在機器外面，十分危險。當(dāng)切草刀發(fā)生堵塞時，堆積的物料將切草監(jiān)視器的護板推開，電路接通，使油門離合器中的安全電磁閥吸合，油門手柄歸零，發(fā)動機熄火停機。⒌谷粒損失監(jiān)視器采用傳聲板作為敏感元件，安損失監(jiān)視器的安裝位置逐稿器損失監(jiān)視器清糧篩損失監(jiān)視器指示儀表切草監(jiān)視裝置開關(guān)切刀護板發(fā)動機調(diào)速器油門離合器切刀損失監(jiān)視器的安裝位置逐稿器損失監(jiān)視器切草監(jiān)視裝置開關(guān)二、谷物聯(lián)合收割機的自動調(diào)節(jié)裝置⒈喂入量的自動監(jiān)測裝置目前已經(jīng)有多種形式，通常采用的是間接測量法?？砂惭b喂入量傳感器的部位割刀傳動軸割臺推運器軸傾斜輸送器主動軸滾筒軸上凹板壓力鏈耙的位置傾斜輸送器被動軸的偏移浮動推運器的偏移二、谷物聯(lián)合收割機的自動調(diào)節(jié)裝置⒈喂入量的自動監(jiān)測裝置目前液壓式喂入量自動調(diào)節(jié)裝置1.油缸2.行走無級變速器（a為主動盤、b為被動盤）3.滑閥4.緩沖彈簧5.手柄6.鋼絲7.傳感器滑板液壓式喂入量自動調(diào)節(jié)裝置1.油缸2.行走無級變速

CaseIH8010

割臺和喂入裝置可以根據(jù)聯(lián)合收割機的行駛速度進行自動調(diào)節(jié)，達到最佳喂入效果。成功采用了大量的智能調(diào)節(jié)和操縱系統(tǒng)，例如輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、脫粒滾筒恒速控制系統(tǒng)、作業(yè)速度自動控制系統(tǒng)。CaseIH8010割臺和喂入裝置可以根脫粒滾筒恒速控制系統(tǒng)無級變速器液壓控制脫粒滾筒恒速控制系統(tǒng)無級變速器液壓控制卸糧距離自動可調(diào)卸糧距離自動可調(diào)⒉自動操縱方向裝置為了減輕駕駛員的勞動強度，聯(lián)合收割機上采用了自動駕駛裝置。聯(lián)合收割機的自動操向裝置3.聯(lián)合收割機的自動調(diào)平裝置坡道作業(yè)上的收割機，其工作效率還與機器傾斜度有關(guān)。⒉自動操縱方向裝置為了減輕駕駛員的勞動強度，聯(lián)合收割機第三節(jié)半喂入式水稻聯(lián)合收割機喂入深度自動調(diào)節(jié)裝置的電路設(shè)計（設(shè)計案例一）半喂入式水稻聯(lián)合收割機工作時一個經(jīng)常發(fā)生的故障是堵塞，其中脫粒滾筒堵塞是最易出現(xiàn)問題之一。以單片機為核心的微電子控制技術(shù)是國內(nèi)外農(nóng)機具廣泛采用的監(jiān)控技術(shù)，可靠性高、成本低。本設(shè)計結(jié)合收割機喂入深度調(diào)節(jié)具體要求，用單片機自動調(diào)整喂入深淺的控制。第三節(jié)半喂入式水稻聯(lián)合收割機工作時一個經(jīng)常發(fā)生的故障是堵農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件一、設(shè)計的已知條件

閩江150型半喂入水稻聯(lián)合收割機為設(shè)計樣機，將脫粒滾筒深度調(diào)節(jié)方式由手動螺旋調(diào)整改為自動調(diào)整，需對電路部分進行設(shè)計。二、理論分析與電路參數(shù)設(shè)計1、邏輯設(shè)計

為調(diào)節(jié)荷桿深度，需要感應(yīng)深淺部分和控制執(zhí)行部分。感應(yīng)深淺部分用觸電開關(guān)作為輸入信號，控制執(zhí)行部分由直流電機完成。一、設(shè)計的已知條件閩江150型半喂入水稻聯(lián)合收割機為2、電路設(shè)計與電器元件選用

元器件選用：89C51單片機、繼電器、光電耦合器件、7407同相器、晶振、二極管、電阻、電容等。

控制電路具有3種工作狀態(tài)：手動、自動和限位狀態(tài)。2、電路設(shè)計與電器元件選用元器件選用：89C51單片3、小結(jié)

（1）按照電路的設(shè)計，電路每2.6s檢測一次輸入信號，經(jīng)過判斷處理，再控制電機。

（2）89C51單片機具有很強的控制功能，現(xiàn)在利用它控制喂入量深淺調(diào)節(jié)只用了它部分資源，綜合開發(fā)利用剩余功能，將有利于提高水稻聯(lián)合收割機的整體自動化監(jiān)控水平。3、小結(jié)（1）按照電路的設(shè)計，電路每2.6s檢測一次第四節(jié)精細農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展一、“精細農(nóng)業(yè)”簡介

“精細農(nóng)業(yè)”（PrecisionAgriculture或PrecisionFarming）在發(fā)達國家始于20世紀(jì)80年代初。實施過程可描述為：收獲作業(yè)時，帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收獲機自動采集田間定位及小區(qū)平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)；通過計算機處理，生成作物產(chǎn)量分布圖；根據(jù)田間地形、地貌、土壤肥力等參數(shù)，在決策者的參與下生成作物管理處方圖；根據(jù)處方圖采用不同方法與手段或相應(yīng)的處方農(nóng)業(yè)機械按小區(qū)實施目標(biāo)投入和精細農(nóng)作管理。第四節(jié)精細農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展一、“精細農(nóng)業(yè)”簡介“精“精細作物”術(shù)體系示意圖“精細作物”術(shù)體系示意圖二、精細農(nóng)業(yè)的主要支持技術(shù)1.GPS—全球定位系統(tǒng)（1）GPS的發(fā)展:GPS是Navigation

SatelliteTimingandRanging/Global

PositioningSystem

縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱，現(xiàn)公認(rèn)為GPS；(2)GPS的組成1)GPS衛(wèi)星〔空間部分)24顆衛(wèi)星分布在6個軌道上，目前有27顆(包括3顆備份衛(wèi)星)在運行2)地面支持系統(tǒng)(地面監(jiān)控部分)3)GPS接收機(用戶部分)二、精細農(nóng)業(yè)的主要支持技術(shù)1.GPS—全球定位系統(tǒng)(2)GP(3)SA政策

美國政府在GPS設(shè)計中，計劃提供兩種服務(wù):1)標(biāo)準(zhǔn)定位，精度約100m，民用;

2)精密定位，精度約10m，軍用。

但實際精度前者可達14m，后者可達3m。于是美國政府采取SA(SelectiveAvai-lability)政策，人為引入干擾，故意降低精度。一般GPS接收機的瞬時誤差達100m。2001年降低了干擾，民用精度可達30m。（4）GPS技術(shù)

由于SA政策，一般的GPS接收機不能滿足要求，而要采DGPS（DifferentialGPS）技術(shù)，常用方法:時差分、后差分。(3)SA政策（4）GPS技術(shù)DGPS聯(lián)合收獲機參考基站衛(wèi)星監(jiān)測站主控臺全球定位衛(wèi)星聯(lián)合收獲機的田間定位系統(tǒng)DGPS聯(lián)合收獲機參考基站衛(wèi)星監(jiān)測站主控臺全球定位衛(wèi)星聯(lián)合2GIS一地理信息系統(tǒng)(1)GIS的概述

GIS（GeographicInformationSystem）是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟、硬件的支持下，對有關(guān)空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進行預(yù)處理、輸入、存儲、查詢、檢索、運算、分析、顯示、更新和提供應(yīng)用、研究等。(2)GIS在精細農(nóng)業(yè)中的作用

將GIS用于精細農(nóng)業(yè)中，可將農(nóng)田小區(qū)的作物產(chǎn)量和各種影響因素存儲、分析、管理，結(jié)合決策支持系統(tǒng)DSS，生成田間投入處方圖（TreatmentMap），為按小區(qū)實施變量作業(yè)操作提供支持。2GIS一地理信息系統(tǒng)(2)GIS在精細農(nóng)業(yè)中的作用農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件3RS一遙感技術(shù)遙感技術(shù)(RS一RemoteSensing)遙感是利用飛行器或人造衛(wèi)星上裝載的傳感器來收集地球表面地物的空間分部信息。可通過根據(jù)對遙感資料的解譯，獲得所研究地域內(nèi)有關(guān)信息，具有宏觀、快速、動態(tài)等特點。利用RS獲得土壤含水量、作物長勢和產(chǎn)量等重要資料，并結(jié)合GPS獲得的定點資料，可為精細農(nóng)業(yè)提供必要的信息支持。3RS一遙感技術(shù)傳感器技術(shù)(ST—SensingTechnology)是獲取各種信息的重要手段，是實現(xiàn)精細農(nóng)業(yè)的先決條件。精細農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)首先在于認(rèn)識農(nóng)田小區(qū)內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境和生長情況的差異，而這必須依賴于各種先進的傳感器，如土壤容重、土壤堅實度、大氣溫度、大氣濕度、風(fēng)速、太陽輻射（環(huán)境方面）、作物病蟲害、作物生長情況、作物產(chǎn)量等各種類型傳感器。

需要獲取和處理的主要信息包括以下幾個方面：（1）農(nóng)田作物產(chǎn)量空間分布信息（2）農(nóng)田土壤信息采集與處理（3）農(nóng)田作物苗情信息采集處理技術(shù)4.信息采集與處理技術(shù)傳感器技術(shù)(ST—SensingTechnolo農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件決策支持系統(tǒng)(DSS一DecisionSupportSystem)是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和專家在長期生產(chǎn)中獲得的知識，建立作物栽培與經(jīng)濟分析模型、空間分析與時間序列模型等，利用GPS、RS獲得的各種信息及HIS建立的數(shù)據(jù)庫，針對小區(qū)內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境和生長條件時間和空間上存在的差異，作出分布式投入決策，即生成田間投入處方圖（TreatmentMap）。

決策支持系統(tǒng)的建立過程:*獲取知識:從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、農(nóng)業(yè)專家中獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識;*建立模型:作物栽培與經(jīng)濟分析模型:

空間分析與時間序列模型;

統(tǒng)計趨勢分析與預(yù)測模型;

技術(shù)經(jīng)濟分析模型。

5.DSS—作物生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)(DSS一DecisionSuppor*建立DSS:可根據(jù)作物的不同生長條件、狀況，提供田間管理(作業(yè))的指導(dǎo)信息。

決策支持系統(tǒng)的使用:*輸入信息:輸入利用GPS、RS等獲得的空間與對應(yīng)產(chǎn)量、作物長勢、土壤條件等有關(guān)信息。*輸出信息:輸出與空間信息對應(yīng)的指導(dǎo)田間管理、作業(yè)的信息—處方圖。決策支持系統(tǒng):包括模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫、方法庫及其管理系統(tǒng)等。*建立DSS:可根據(jù)作物的不同生長條件、狀況，提供田間管理(農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件智能化農(nóng)業(yè)機械（IntelligentAgriculturalMachine）是實現(xiàn)精細農(nóng)業(yè)的重要設(shè)備。智能化農(nóng)業(yè)機械首先必須利用DGPS技術(shù)實現(xiàn)精確定位。然后必須根據(jù)田間處方圖生成的智能控制軟件，針對農(nóng)田小區(qū)存在的差異自動執(zhí)行分布式投入?，F(xiàn)在，各種智能化農(nóng)業(yè)機械的出現(xiàn)，使精細農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)成為可能。如英國福格森公司生產(chǎn)的帶DGPS和產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收割機，可按15m2小區(qū)繪制作物產(chǎn)量分布圖。自動控制精度平地機、自動控制精密播種機、自動控制施肥機、自動控制施藥機等都已有商品化生產(chǎn)。6、IAM—智能化農(nóng)業(yè)機械智能化農(nóng)業(yè)機械（IntelligentAgricultur農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件四、精細農(nóng)業(yè)的應(yīng)用與實踐田間土壤耕作阻力測量（測試裝置）四、精細農(nóng)業(yè)的應(yīng)用與實踐田間土壤耕作阻力測量（測試裝置）農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件1.精細種植2.精細園藝3.精細養(yǎng)殖4.精細加工5.精細灌溉1.精細種植如圖所示是采用精細農(nóng)業(yè)技術(shù)實現(xiàn)的精細種植操作過程。1.精細種植1.精細種植第一，第1年收獲的時候，用帶產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收割機，利用DGPS技術(shù)，獲得不同地塊的作物產(chǎn)量分布，得到小區(qū)產(chǎn)量分布圖（YieldMap）。分析產(chǎn)量分布的差異程度。第二，根據(jù)產(chǎn)量分布圖，對影響作物生產(chǎn)的各因素進行測定分析，確定產(chǎn)量分布不均勻的原因，制訂相應(yīng)的措施生成田間投入處方圖（TreatmentMap）。第三，由田間投入處方圖生成相應(yīng)智能控制軟件，按需投入進行實施。第2年收獲時，再按上述過程，分析總產(chǎn)量及產(chǎn)量差異，然后制訂新的田間投入處方圖。如此循環(huán)，即可達到精細種植的目的。操作過程包括以下主要內(nèi)容第一，第1年收獲的時候，用帶產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收割機，利用DG美國明尼蘇達州的扎片比森甜菜農(nóng)場施肥傳統(tǒng)的施肥量是每英畝170磅，1993年采用精細農(nóng)業(yè)變量施肥技術(shù)，施氮量減少至31~149磅/英畝之間，每英畝肥料投入費月平均減少了6.28美元。采用變量施肥技術(shù)的甜菜產(chǎn)量18.7t/英畝)比傳統(tǒng)施肥方法的產(chǎn)量(18.0t/英畝)略有增加，含糖量從16.59%增加到17.89%，每英畝產(chǎn)糖量從5415磅增加到6171磅，收入則從599.51美元增加到744.51美元。美國明尼蘇達州的扎片比森甜菜農(nóng)場施肥2.精細園藝——基于小區(qū)域個體信息的園藝與果樹農(nóng)作過程管理2.精細園藝3.精細養(yǎng)殖——基于動物個體編號自動識別的計算機飼養(yǎng)管理信息系統(tǒng)3.精細養(yǎng)殖4.精細加工——品質(zhì)監(jiān)測，過程調(diào)控，資源精細利用，精細儲運、包裝與產(chǎn)品增值4.精細加工5.精細灌溉5.精細灌溉第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)第一節(jié)

電子信息技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)機械技術(shù)創(chuàng)新第二節(jié)

谷物聯(lián)合收割機監(jiān)視與自動控制裝置第三節(jié)半喂入式水稻聯(lián)合收割機喂入深度自動調(diào)節(jié)裝置的電路設(shè)計（設(shè)計案例一）第四節(jié)精細農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展第十三章第一節(jié)電子信息技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)機械技術(shù)創(chuàng)新第一節(jié)電子信息技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)機械的技術(shù)創(chuàng)新

20世紀(jì)下半期開始的電子信息科技革命，成為推動各個領(lǐng)域知識、技術(shù)創(chuàng)新的強有力手段，也明顯的影響著農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)的創(chuàng)新過程。電子信息學(xué)用于農(nóng)業(yè)機械裝備的技術(shù)創(chuàng)新，可概括為如下基本領(lǐng)域：①提高機械作業(yè)的機械性能：過程監(jiān)視、控制、診斷等；②過程精確操作：及時獲取過程信息，能精確執(zhí)行命令；③改善勞動者的操作條件：操作方便、安全、舒適；④發(fā)展基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的農(nóng)機作業(yè)田間導(dǎo)航、定位變量作業(yè)的智能控制農(nóng)業(yè)作業(yè)機械，支持農(nóng)田的科學(xué)管理決策等。第一節(jié)電子信息技術(shù)帶動農(nóng)業(yè)機械的技術(shù)創(chuàng)新20世紀(jì)下一、拖拉機與農(nóng)業(yè)機械中的電子裝備技術(shù)

拖拉機與自走式農(nóng)業(yè)機械的電子設(shè)備正由早期的專用控制器向通用控制器發(fā)展，向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、分別式控制技術(shù)方向發(fā)展。一臺大型拖拉機和復(fù)雜農(nóng)業(yè)機械，已裝置了若干個標(biāo)準(zhǔn)的控制單元（ECU），它實際上已是一個帶有獨立處理信息與控制功能的計算機智能控制終端，是針對農(nóng)業(yè)機械使用環(huán)境專門設(shè)計的通用微型作業(yè)計算機（Job

computer），具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的接口和采用了現(xiàn)場控制局域網(wǎng)絡(luò)（CNA）技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。

一、拖拉機與農(nóng)業(yè)機械中的電子裝備技術(shù)拖拉機與自走式農(nóng)農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件具有可視化多功能的駕駛室操作系統(tǒng)——通過控制手柄、按鈕、旋鈕和液晶觸摸顯示屏完成對聯(lián)合收割機各種收獲參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整

。具有可視化多功能的駕駛室操作系統(tǒng)——通過控制手柄、按鈕、旋鈕二、人機接口技術(shù)

拖拉機和農(nóng)業(yè)機械作業(yè)中，都需要人來操縱和控制。傳統(tǒng)駕駛室中的儀表盤正迅速由電子監(jiān)控儀表取代，并逐步由單一參數(shù)顯示方式向智能化信息顯示終端過渡，從而大大改善了人機交互界面。這種智能化顯示終端，實際上就是一臺帶液晶顯示屏的計算機。它代表了當(dāng)今儀器與控制裝置發(fā)展的主流方向，又常被稱為虛擬化儀器顯示終端（VirtualDisplayTerminal）。二、人機接口技術(shù)拖拉機和農(nóng)業(yè)機械作業(yè)中，都需要人來操大型拖拉機駕駛室內(nèi)智能化顯示終端大型拖拉機駕駛室內(nèi)智能化顯示終端第二節(jié)谷物聯(lián)合收割機監(jiān)視和自動控制裝置一、谷物聯(lián)合收割機工作部件的監(jiān)視裝置⒈逐稿器監(jiān)視裝置

該裝置安裝在逐稿器箱上蓋板上，用來監(jiān)視逐稿器上方莖稈負(fù)荷。當(dāng)莖稈增加到超負(fù)荷時，莖稈壓迫傳感板，觸發(fā)信號裝置的開關(guān)，使工作電路斷開，同時接通報警信號電路。1.傳感板2.扭簧3.頂蓋4.觸點開關(guān)5.罩蓋6.軸第二節(jié)谷物聯(lián)合收割機監(jiān)視和自動控制裝置一、谷物聯(lián)合收割機工⒉糧箱監(jiān)視器

安裝在糧箱內(nèi)側(cè)壁上方或箱蓋內(nèi)，用來監(jiān)視糧箱谷物的堆滿程度。當(dāng)糧箱充滿時，谷物籽粒壓迫傳感板，使報警電路閉合、報警。

糧箱監(jiān)視器殼體2.固定觸點3.彈簧4.傳感板5.可動觸點6.調(diào)節(jié)螺絲扭矩傳感變速器定凸輪2.彈簧3.定輪4.動凸輪⒉糧箱監(jiān)視器安裝在糧箱內(nèi)側(cè)壁上方或箱蓋內(nèi)，用來監(jiān)視⒊軸端安全離合器

對于推運器、升運器、脫粒滾筒、復(fù)脫器等工作部件的監(jiān)視裝置，一般是采用安裝在驅(qū)動軸端的安全離合器加上報警信號電路。⒋夾持輸送監(jiān)視器

安裝在夾持鏈的末端，對半喂入式收割機的脫粒喂入鏈和排草夾持鏈輸送莖稈進行監(jiān)視，其檢測裝置與逐稿器監(jiān)視器類似。當(dāng)夾持作物莖稈發(fā)生堵塞時，監(jiān)視器壓板被抬起，使微動開關(guān)閉合，發(fā)生報警信號。⒊軸端安全離合器對于推運器、升運器、脫粒

⒌谷粒損失監(jiān)視器

采用傳聲板作為敏感元件，安裝在逐稿器和清選篩的出草口下方，當(dāng)排出的秸草中夾帶谷粒落下，沖擊傳聲板時發(fā)出聲波對壓電晶體起作用，產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)過電路傳給顯示儀，即顯示出谷粒損失的情況。⒍切草監(jiān)視器

由于聯(lián)合收割機的碎草裝置一般安裝在排草口后，常常是半露在機器外面，十分危險。當(dāng)切草刀發(fā)生堵塞時，堆積的物料將切草監(jiān)視器的護板推開，電路接通，使油門離合器中的安全電磁閥吸合，油門手柄歸零，發(fā)動機熄火停機。⒌谷粒損失監(jiān)視器采用傳聲板作為敏感元件，安損失監(jiān)視器的安裝位置逐稿器損失監(jiān)視器清糧篩損失監(jiān)視器指示儀表切草監(jiān)視裝置開關(guān)切刀護板發(fā)動機調(diào)速器油門離合器切刀損失監(jiān)視器的安裝位置逐稿器損失監(jiān)視器切草監(jiān)視裝置開關(guān)二、谷物聯(lián)合收割機的自動調(diào)節(jié)裝置⒈喂入量的自動監(jiān)測裝置目前已經(jīng)有多種形式，通常采用的是間接測量法。可安裝喂入量傳感器的部位割刀傳動軸割臺推運器軸傾斜輸送器主動軸滾筒軸上凹板壓力鏈耙的位置傾斜輸送器被動軸的偏移浮動推運器的偏移二、谷物聯(lián)合收割機的自動調(diào)節(jié)裝置⒈喂入量的自動監(jiān)測裝置目前液壓式喂入量自動調(diào)節(jié)裝置1.油缸2.行走無級變速器（a為主動盤、b為被動盤）3.滑閥4.緩沖彈簧5.手柄6.鋼絲7.傳感器滑板液壓式喂入量自動調(diào)節(jié)裝置1.油缸2.行走無級變速

CaseIH8010

割臺和喂入裝置可以根據(jù)聯(lián)合收割機的行駛速度進行自動調(diào)節(jié)，達到最佳喂入效果。成功采用了大量的智能調(diào)節(jié)和操縱系統(tǒng)，例如輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、脫粒滾筒恒速控制系統(tǒng)、作業(yè)速度自動控制系統(tǒng)。CaseIH8010割臺和喂入裝置可以根脫粒滾筒恒速控制系統(tǒng)無級變速器液壓控制脫粒滾筒恒速控制系統(tǒng)無級變速器液壓控制卸糧距離自動可調(diào)卸糧距離自動可調(diào)⒉自動操縱方向裝置為了減輕駕駛員的勞動強度，聯(lián)合收割機上采用了自動駕駛裝置。聯(lián)合收割機的自動操向裝置3.聯(lián)合收割機的自動調(diào)平裝置坡道作業(yè)上的收割機，其工作效率還與機器傾斜度有關(guān)。⒉自動操縱方向裝置為了減輕駕駛員的勞動強度，聯(lián)合收割機第三節(jié)半喂入式水稻聯(lián)合收割機喂入深度自動調(diào)節(jié)裝置的電路設(shè)計（設(shè)計案例一）半喂入式水稻聯(lián)合收割機工作時一個經(jīng)常發(fā)生的故障是堵塞，其中脫粒滾筒堵塞是最易出現(xiàn)問題之一。以單片機為核心的微電子控制技術(shù)是國內(nèi)外農(nóng)機具廣泛采用的監(jiān)控技術(shù)，可靠性高、成本低。本設(shè)計結(jié)合收割機喂入深度調(diào)節(jié)具體要求，用單片機自動調(diào)整喂入深淺的控制。第三節(jié)半喂入式水稻聯(lián)合收割機工作時一個經(jīng)常發(fā)生的故障是堵農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件一、設(shè)計的已知條件

閩江150型半喂入水稻聯(lián)合收割機為設(shè)計樣機，將脫粒滾筒深度調(diào)節(jié)方式由手動螺旋調(diào)整改為自動調(diào)整，需對電路部分進行設(shè)計。二、理論分析與電路參數(shù)設(shè)計1、邏輯設(shè)計

為調(diào)節(jié)荷桿深度，需要感應(yīng)深淺部分和控制執(zhí)行部分。感應(yīng)深淺部分用觸電開關(guān)作為輸入信號，控制執(zhí)行部分由直流電機完成。一、設(shè)計的已知條件閩江150型半喂入水稻聯(lián)合收割機為2、電路設(shè)計與電器元件選用

元器件選用：89C51單片機、繼電器、光電耦合器件、7407同相器、晶振、二極管、電阻、電容等。

控制電路具有3種工作狀態(tài)：手動、自動和限位狀態(tài)。2、電路設(shè)計與電器元件選用元器件選用：89C51單片3、小結(jié)

（1）按照電路的設(shè)計，電路每2.6s檢測一次輸入信號，經(jīng)過判斷處理，再控制電機。

（2）89C51單片機具有很強的控制功能，現(xiàn)在利用它控制喂入量深淺調(diào)節(jié)只用了它部分資源，綜合開發(fā)利用剩余功能，將有利于提高水稻聯(lián)合收割機的整體自動化監(jiān)控水平。3、小結(jié)（1）按照電路的設(shè)計，電路每2.6s檢測一次第四節(jié)精細農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展一、“精細農(nóng)業(yè)”簡介

“精細農(nóng)業(yè)”（PrecisionAgriculture或PrecisionFarming）在發(fā)達國家始于20世紀(jì)80年代初。實施過程可描述為：收獲作業(yè)時，帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收獲機自動采集田間定位及小區(qū)平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)；通過計算機處理，生成作物產(chǎn)量分布圖；根據(jù)田間地形、地貌、土壤肥力等參數(shù)，在決策者的參與下生成作物管理處方圖；根據(jù)處方圖采用不同方法與手段或相應(yīng)的處方農(nóng)業(yè)機械按小區(qū)實施目標(biāo)投入和精細農(nóng)作管理。第四節(jié)精細農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展一、“精細農(nóng)業(yè)”簡介“精“精細作物”術(shù)體系示意圖“精細作物”術(shù)體系示意圖二、精細農(nóng)業(yè)的主要支持技術(shù)1.GPS—全球定位系統(tǒng)（1）GPS的發(fā)展:GPS是Navigation

SatelliteTimingandRanging/Global

PositioningSystem

縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱，現(xiàn)公認(rèn)為GPS；(2)GPS的組成1)GPS衛(wèi)星〔空間部分)24顆衛(wèi)星分布在6個軌道上，目前有27顆(包括3顆備份衛(wèi)星)在運行2)地面支持系統(tǒng)(地面監(jiān)控部分)3)GPS接收機(用戶部分)二、精細農(nóng)業(yè)的主要支持技術(shù)1.GPS—全球定位系統(tǒng)(2)GP(3)SA政策

美國政府在GPS設(shè)計中，計劃提供兩種服務(wù):1)標(biāo)準(zhǔn)定位，精度約100m，民用;

2)精密定位，精度約10m，軍用。

但實際精度前者可達14m，后者可達3m。于是美國政府采取SA(SelectiveAvai-lability)政策，人為引入干擾，故意降低精度。一般GPS接收機的瞬時誤差達100m。2001年降低了干擾，民用精度可達30m。（4）GPS技術(shù)

由于SA政策，一般的GPS接收機不能滿足要求，而要采DGPS（DifferentialGPS）技術(shù)，常用方法:時差分、后差分。(3)SA政策（4）GPS技術(shù)DGPS聯(lián)合收獲機參考基站衛(wèi)星監(jiān)測站主控臺全球定位衛(wèi)星聯(lián)合收獲機的田間定位系統(tǒng)DGPS聯(lián)合收獲機參考基站衛(wèi)星監(jiān)測站主控臺全球定位衛(wèi)星聯(lián)合2GIS一地理信息系統(tǒng)(1)GIS的概述

GIS（GeographicInformationSystem）是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟、硬件的支持下，對有關(guān)空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進行預(yù)處理、輸入、存儲、查詢、檢索、運算、分析、顯示、更新和提供應(yīng)用、研究等。(2)GIS在精細農(nóng)業(yè)中的作用

將GIS用于精細農(nóng)業(yè)中，可將農(nóng)田小區(qū)的作物產(chǎn)量和各種影響因素存儲、分析、管理，結(jié)合決策支持系統(tǒng)DSS，生成田間投入處方圖（TreatmentMap），為按小區(qū)實施變量作業(yè)操作提供支持。2GIS一地理信息系統(tǒng)(2)GIS在精細農(nóng)業(yè)中的作用農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件3RS一遙感技術(shù)遙感技術(shù)(RS一RemoteSensing)遙感是利用飛行器或人造衛(wèi)星上裝載的傳感器來收集地球表面地物的空間分部信息?？赏ㄟ^根據(jù)對遙感資料的解譯，獲得所研究地域內(nèi)有關(guān)信息，具有宏觀、快速、動態(tài)等特點。利用RS獲得土壤含水量、作物長勢和產(chǎn)量等重要資料，并結(jié)合GPS獲得的定點資料，可為精細農(nóng)業(yè)提供必要的信息支持。3RS一遙感技術(shù)傳感器技術(shù)(ST—SensingTechnology)是獲取各種信息的重要手段，是實現(xiàn)精細農(nóng)業(yè)的先決條件。精細農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)首先在于認(rèn)識農(nóng)田小區(qū)內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境和生長情況的差異，而這必須依賴于各種先進的傳感器，如土壤容重、土壤堅實度、大氣溫度、大氣濕度、風(fēng)速、太陽輻射（環(huán)境方面）、作物病蟲害、作物生長情況、作物產(chǎn)量等各種類型傳感器。

需要獲取和處理的主要信息包括以下幾個方面：（1）農(nóng)田作物產(chǎn)量空間分布信息（2）農(nóng)田土壤信息采集與處理（3）農(nóng)田作物苗情信息采集處理技術(shù)4.信息采集與處理技術(shù)傳感器技術(shù)(ST—SensingTechnolo農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件農(nóng)業(yè)機械化第十三章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細農(nóng)業(yè)課件決策支持系統(tǒng)(DSS一DecisionSupportSystem)是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和專家在長期生產(chǎn)中獲得的知識，建立作物栽培與經(jīng)濟分析模型、空間分析與時間序列模型等，利用GPS、RS獲得的各種信息及HIS建立的數(shù)據(jù)庫，針對小區(qū)內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境和生長條件時間和空間上存在的差異，作出分布式投入決策，即生成田間投入處方圖（TreatmentMap）。

決策支持系統(tǒng)的建立過程:*獲取知識:從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、農(nóng)業(yè)專家中獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識;*建立模型:作物栽培與經(jīng)濟分析模型:

空間分析與時間序列模型;

統(tǒng)計趨勢分析與預(yù)測模型;

技術(shù)經(jīng)濟分析模型。

5.DSS—作物生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)(DSS一DecisionSuppor*建立DSS:可根據(jù)作物的不同生長條件、狀況，提供田間管理(作業(yè))的指導(dǎo)信息。

決策支持系統(tǒng)的使用:*輸入信息:輸入利用GPS、RS等獲得的空間與對應(yīng)產(chǎn)量、作物長勢、土壤條件等有關(guān)信息。*輸出信息:輸出與空間信息對應(yīng)的指導(dǎo)田間管理、作業(yè)的信息—處方圖。決策支持系統(tǒng):包括模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫、方法