第十二章农业机械的信息化与精细农业

第十二章农业机械的信息化与精细农业第一节电子信息技术带动农业机械的技术创新第二节谷物联合收割机监视与自动控制装置第三节精细农业的发展第一节电子信息技术带动农业机械的技术创新20世纪下半期开始的电子信息科学技术革命，成为推动各个领域知识、技术创新的强有力手，也明显的影响着农业机械化技术的创新过程。电子信息学用于农业机械装备的技术创新，可概括为如下基本领域：①提高机械作业的机械性能：过程监视、控制、诊断、通信；②过程精确操作：及时获取过程信息，使农业机械操作能准确执行过程控制指令；③改善劳动者的操作条件：良好的人机接口，操作方便性、安全性、舒适性；④发展基于卫星定位系统的农业作业田间导航、定位变量作业的智能控制农业作业机械，实现农场管理信息系统与田间移动作业机械间的无线通信与机群调度，支持农田作业的科学管理决策等。一、拖拉机与农业机械中的电子装备技术拖拉机与自走式农业机械的电子设备正由早期的专用控制器向通用控制器发展，向网络化、智能化、分别式控制技术方向发展。一台大型拖拉机和复杂农业机械，已装置了若干个标准的控制单元（ECU），它实际上已是一个带有独立处理信息与控制功能的计算机智能控制终端，是针对农业机械使用环境专门设计的通用微型作业计算机（Jobcomputer），具有统一标准设计的接口和采用了现场控制局域网络（CNA）技术及其网络通信协议。拖拉机–农业机械总线系统应用示意图德国DIN9684/2–5农业标准总线系统（LBS）的应用二、人机接口技术拖拉机和农业机械作业中，都需要人来操纵和控制。传统驾驶室中的仪表盘正迅速由电子监控仪表取代，并逐步由单一参数显示方式向智能化信息显示终端过渡，从而大大改善了人机交互界面。这种智能化显示终端，实际上就是一台带液晶显示屏的计算机。它代表了当今仪器与控制装置发展的主流方向，又常被称为虚拟化仪器显示终端（VirtualDisplayTerminal）。大型拖拉机驾驶室内智能化显示终端三、农产农机化中的机群调度与管理决策支持技术欧美一些大农场，已开始建立和使用农产办公室计算机与移动作业机械间通过无线通信进行数据交换的管理信息系统。其通信协议与接口标准已在DIN9648-5中加以定义。这使农场管理调度中心计算机可以直接调用读入各个田间作业机械智能终端存储的作业数据，存入农场计算机的数据库中，由于农场计算机可具有比移动作业机强大得多的信息存储、处理功能，专家知识库和管理决策支持系统，通过计算机处理后制定详细的农事操作方案和导航作业计划后，通过无线通信数据链路传回到田间移动作业机。机器发生故障，操作者也可调用具有强大分析功能的办公室计算机诊断处理程序。现代通信技术革命的成果，已开始应用于农业机械化作业的远程管理中。第二节谷物联合收割机监视和自动控制装置一、谷物联合收割机工作部件的监视装置⒈逐稿器监视装置该装置安装在逐稿器箱上盖板上，用来监视逐稿器上方茎秆负荷。当茎秆增加到超负荷时，茎秆压迫传感板，触发信号装置的开关，使工作电路断开，同时接通报警信号电路。1.传感板2.扭簧3.顶盖4.触点开关5.罩盖6.轴⒉粮箱监视器安装在粮箱内侧壁上方或箱盖内，用来监视粮箱谷物的堆满程度。当粮箱充满时，谷物籽粒压迫传感板，使报警电路闭合、报警。⒊轴端安全离合器对于推运器、升运器、脱粒滚筒、复脱器等工作部件的监视装置，一般是采用安装在驱动轴端的安全离合器加上报警信号电路。粮箱监视器1.壳体2.固定触点3.弹簧4.传感板5.可动触点6.调节螺丝扭矩传感变速器1.动凸轮2.定凸轮3.弹簧4.皮带5.定轮⒋夹持输送监视器安装在夹持链的末端，对半喂入式收割机的脱粒喂入链和排草夹持链输送茎秆进行监视，其检测装置与逐稿器监视器类似。当夹持作物茎秆发生堵塞时，监视器压板被抬起，使微动开关闭合，发生报警信号。⒌谷粒损失监视器采用传声板作为敏感元件，安装在逐稿器和清选筛的出草口下方，当排出的秸草中夹带谷粒落下，冲击传声板时发出声波对压电晶体起作用，产生的电压信号经过电路传给显示仪，即显示出谷粒损失的情况。⒍切草监视器由于联合收割机的碎草装置一般安装在排草口后，常常是半露在机器外面，十分危险。当切草刀发生堵塞时，堆积的物料将切草监视器的护板推开，电路接通，使油门离合器中的安全电磁阀吸合，油门手柄归零，发动机熄火停机。损失监视器的安装位置1.逐稿器损失监视器2.清粮筛损失监视器3.指示仪表切草监视装置1.开关2.切刀护板3.发动机调速器4.油门离合器5.切刀二、谷物联合收割机的自动调节装置⒈喂入量的自动监测装置目前已经有多种形式，通常采用的是间接测量法。可安装喂入量传感器的部位1.割刀传动轴2.割台推运器轴3.倾斜输送器主动轴4.滚筒轴5.凹板压力6.链耙的位置7.倾斜输送器被动轴的偏移8.浮动推运器的偏移液压式喂入量自动调节装置1.油缸2.行走无级变速器（a为主动盘、b为被动盘）3.滑阀4.缓冲弹簧5.手柄6.钢丝7.传感器滑板⒉自动操纵方向装置为了减轻驾驶员的劳动强度，联合收割机上采用了自动驾驶装置。联合收割机的自动操向装置1.割台2.悬臂3.传感器4.触杆5.未割作物侧边6.触杆和未割作物的距离调节器7.手动操向何自动操向转换手柄8.悬臂升降调节9.电磁阀10.放大电路和控制器⒊联合收割机的自动调平装置对于坡地上工作的收割机，其工作效果不仅与喂入量有关，而且与机器的倾斜度有关。因为倾斜引起各个工作部件中谷物输送的不均匀，以至于脱粒和分离质量下降，损失增加。为此，要求收割机在坡地作业时，机架能自动调平。现代智能联合收割机上配置有更完善的监测传感器、电脑控制中心，以及一些自动调节机构，不仅能有效的监视各个主要工作部件的工况，而且还能根据电脑控制中心的操作指令，驱动相应的调节机构，迅速进行自动调节，使各个工作部件处于最佳工作状态，获取最高的生产效率和最好的质量；或者能及时自动停机，以避免发生大的故障，以至发生严重的事故。现代智能收割机与遥感技术、卫星导向系统相结合，可实现收割作业的无人操作，联合收割机技术将进入一个新的时代。坡地联合收割机自动调平装置1.左油缸2、4.膜片3.右油缸5.上触点6.下触点7.蓄电池8.限位杆9.单向阀10.调平油缸11.分配器滑阀12.手柄13.铁芯14.左线圈15.右线圈16.杠杆17、18.油管19.油泵20.油箱第三节精细农业的发展一、“精细农业”简介“精细农业”（PrecisionAgriculture或PrecisionFarming）在发达国家始于20世纪80年代初。实施过程可描述为：收获作业时，带定位系统和产量传感器的联合收获机自动采集田间定位及小区平均产量数据；通过计算机处理，生成作物产量分布图；根据田间地形、地貌、土壤肥力等参数，在决策者的参与下生成作物管理处方图；根据处方图采用不同方法与手段或相应的处方农业机械按小区实施目标投入和精细农作管理。“精细作物”术体系示意图二、精细农业的主要支持技术⒈3S技术⑴全球卫星定位系统（GPS-GlobalPositioningSystem）：GPS系统由包括24颗地球卫星组成的空间部分、由地面控制站和一组地面监测站组成的地面监控部分、用户接入机三个主要部分组成。⑵地理信息系统（GIS-GeographicalInformationSystem）：GIS是一个用于输入、存储、检索、分析、处理和表达地理空间数据的计算机软件平台。⑶遥感技术（RS-RemoteSensing）：遥感是用飞行器或人造卫星上装载的传感器来收集地球表面地物的空间分布信息。⒉田间信息采集技术与处理技术除了上述用遥感技术获取大面积空间尺度上的信息外，“精细农作”实践中，还需要在较精细的空间尺度上，获取农田作物生产有关的空间分布信息，包括利用不同的传感技术采集数据，采用适当的方法对数据进行处理，转变为易于理解和利用的可视化空间分布图形信息，这主要靠电子信息硬件与软件技术的支持。需要获取和处理的主要信息包括：农田作物产量空间分布信息、农田土壤信息采集与处理、农田作物苗情信息采集处理技术。⒊作物生产管理决策支持技术“精细农业”是基于信息和知识的农田作物生产经营管理技术，它既需要利用先进的田间信息采集技术以获得农田小区作物产量和影响作物生长主要因素的空间分布信息，又需要对这些信息进行处理，运用农业科学知识制定农田与作物栽培管理决策，指导分布式定位处方农作，以实现资源高效利用，高产出、省投入和可持续发展的优化目标。“精细农业”管理决策过程示意图⒋智能化农业机械装备技术支持“精细农业”的智能化农业机械目前主要包括：带产量监视器与产量图自动生成系统的收获机械；实现精密播种、精细施肥、精细施药和精细灌溉等定位控制作业的变量处方农业机械；实施机载农田空间信息快速采集的其它机电一体化农业机械等。⑴精确变量施肥机⑵精确变量喷药机械⑶精确变量灌溉⑷精确变量播种机精确变量干粉混合施肥机1.微处理器2.田间地图3.电液阀4.商品肥料斗5.计量轮6.输送链7.混合搅龙8.注入泵9.微肥斗10.水平搅龙11.竖直搅龙12.刮（浆）板13.分配头14.输送管15.文丘里喷管16.鼓风机17.空气多路歧管18.干管19.喷嘴-反射管流量及雾滴大小调节的变压控制器精确变量灌溉控制系统1.三相480V交流2.转动枢轴3.动力线插座4.从属微机及网络通信5.阀控制器6.压力传感器7.位置编码8.串行接口9.键盘10.液晶显示11.水系变速驱动12.流量计13.药液泵变速驱动14.主机电子–液压控制变量排种系统