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小区作物含水率与产量综合测试系统研究

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天津武清
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作者赵丽清 尚书旗 等著

出版社机械工业出版社

ISBN9787111697268

出版时间2022-03

装帧平装

开本16开

定价49.8元

货号29387520

上书时间2024-12-16

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商品描述
前言
目前，种子的培育已上升至国家战略。种质资源是种业的“芯片”，是种业原始创新的物质基础。种子是农业生产中基本的生产资料，对我国农业增产的贡献率达到了30%，但我国由于种子保存、测产等技术不成熟，造成了大量作物种子的浪费。近年来，我国已成为种子净进口国。因此，实现小区育种的智能化测产成为迫切需要解决的问题。良好种子的培育需要进行田间育种试验，育种小区作物种子收获是田间育种试验的终环节，收获的效率、测量的准确性将直接影响作物种子的质量。本书主要针对小区作物种子收获时的测产系统进行研究，通过研究提出的智能式小区测产系统可实现作物种子的全程自动化测量，且测产系统的测试量多（包括各种小区作物品种的籽粒）、测试参数多（包括种子含水率、容重、重量等）。相信本书提出的系统将对作物测产有很大的指导意义，将很大程度上填补国内作物测产系统技术的空缺。本书主要阐述小区作物含水率与产量综合测试系统的研究，共11章：第1章主要介绍小区作物含水率的测量方法——射频介电测量法；第2章介绍了小区作物测产系统的功能和方案设计；第3、第4章举出具体实例来验证测产系统可应用于小区常见作物的测量，是前几章理论的实践；第5，第6章讨论了含水率测量系统的软硬件设计思路和水分传感器的适用性；第7~第9章介绍了测产系统的智能算法和先进的数据处理技术；第10、第11章讨论了系统的可应用性和前景展望。本书中提到的小区作物智能测产装置在测量精度和稳定性上能够达到或优于国外同类产品的性能指标，目前已经被泰安市农业科学研究院、郯城县种子公司、山东金惠种业有限公司、青岛农业大学等单位采购，未来有很大的推广空间。本书注重原理，联系应用，不仅能使读者全面了解小区作物含水率测量的基本原理和方法，而且能启发思维，引导读者步入自主创新的道路，对以后的农业生产有很大的借鉴作用。本书由赵丽清、尚书旗、杨然兵、王东伟、殷元元、高连兴著。其中，尚书旗、王东伟对全书各章进行了内容规划和选择，高连兴参与了校改，并反复多次进行了细致修改，终由赵丽清统稿和定稿。由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请各位读者批评指正。

导语摘要
小区作物收获后的考种是农业科研中的关键环节。试验小区虽然面积小,但处理程序多，及时进行含水率和产量测试，可有效地防止材料混杂和外界环境对数据准确性产生影响。目前，国外已经实现了对晾晒或者烘干后的小区作物进行含水率、容重和重量三参数一次性智能测量，测产装置也可置于小区作物收获机上与GPS和机载平板计算机组成机载测产系统。由于缺乏深入的基础理论研究，国内报道的测产系统只能测试含水率和重量两个参数，且含水率精度及其重复性难以满足科研需要。本书基于小区作物含水率测量与籽粒测产装置的研究成果，系统地介绍了小区作物含水率测量与射频介电常数的关系，详细介绍了小区作物测产系统的机械系统、软件系统、电气系统、软件算法以及测产过程中使用的先进技术。本书旨在为农业工程专业实验室的设计人员、研究人员和控制类研究人员提供参考和帮助，也可供电气、电子类实验室的科研人员和教学人员参考。

目录
前言
第1章绪论1
11研究目的及意义1
12国内外研究现状2
121作物小区智能测产系统研究现状2
122作物含水率检测技术介绍5
123作物介电特性的基本理论6
124国内外射频介电作物含水率测量仪器的应用现状7
125国内外射频介电作物含水率测量技术研究现状8
13射频介电测量原理及其数学模型10
131介电谱简介10
132射频介电测量技术简介10
133基于平行板电容器的复电容计算模型11
134平行板电容器的校准11
14射频阻抗分析理论12
141阻抗分析技术简介12
142软件定义无线电思想15
143射频直接频率合成15
144阻抗校准理论16
15主要研究内容17
16技术路线18
17拟解决的关键问题19
18本章小结19
第2章小区作物含水率与产量测试系统的功能及方案设计20
21作物小区简介20
22小区作物测产收获与考种要求20
23智能式小区作物含水率与产量综合测试系统的性能指标分析21
24智能式小区作物含水率与产量综合测试系统的组成及工作模式21
241智能式小区作物含水率与产量综合测试系统的组成21
242智能式小区作物含水率与产量综合测试系统的工作模式22
25智能式小区作物含水率与产量综合测试系统的技术方案22
26本章小结23
第3章花生含水率测试影响因素的关系研究及数学模型建立24
31试验材料及样品的制备24
311试验材料24
312花生样品的制备24
313烘干法标定样品的含水率24
32试验数据智能采集平台的设计26
33试验数据采集方案27
34花生含水率测试影响因素分析28
341花生含水率与电容的相关性研究28
342温度对含水率-电容关系的影响分析31
343容重-含水率关系研究44
35花生含水率多参数回归模型的建立47
351小二乘法47
352花生含水率多参数回归模型的建立47
36花生含水率回归模型的检验49
361拟合程度检验49
362回归方程的显著性检验50
363多重共线性的判别50
364回归系数的显著性检验51
37花生含水率测量数学模型的分析与选择51
371未进行容重修正的数学模型的拟合度分析51
372进行容重修正的数学模型的拟合度分析53
38本章小结54
第4章玉米含水率测试影响因素的关系研究及数学模型建立55
41影响因素分析55
411谷物的品种及其粒型55
412谷物的温度和外加电场测试频率55
413谷物的容重56
414环境湿度56
42样品的制备56
421试验材料56
422主要试验设备56
423玉米样品的制备57
43测量方法57
431介电常数的测量方法57
432含水率的测量方法58
433温度的测量方法59
434容重的测量方法59
44主要因素对玉米介电常数的影响59
441玉米样品的参数59
442频率对介电常数的影响60
443温度对介电常数的影响62
444含水率、容重对介电常数的影响64
45玉米籽粒含水率预测模型的建立65
451数据的分析及处理方法65
452模型的建立及评估66
46本章小结69
第5章作物含水率测量系统的设计71
51作物含水率测量电路的组成71
52作物含水率测量电路的设计71
521作物含水率测量电极装置的设计72
522电容-频率转换器的设计73
523整数分频器的设计74
524温度变送器电路的设计74
525称重传感器变送电路的设计75
526显示模块76
53射频阻抗分析仪的硬件设计77
531射频阻抗分析仪板卡架构的设计77
532阻抗测试头78
533矢量射频收发器的设计79
534数字信号处理单元84
535电源树及电源系统86
536印制电路板的设计88
54含水率测量单元的软件设计88
541主程序的设计88
542阻抗测量子程序的设计88
543温度测量子程序的设计89
544频率测量子程序的设计90
545重量测量子程序的设计90
546串口通信子程序的设计90
55本章小结91
第6章水分传感器的性能评估及误差分析92
61水分传感器对花生含水率的适用性检测92
611水分测定仪对花生含水率检测的性能测试92
612误差来源分析92
62水分传感器对玉米含水率的适用性检测94
621性能评估94
622导致误差的因素分析96
63本章小结97
第7章小区作物智能测产装置的结构及软硬件设计98
71小区作物智能测产装置的设计98
711小区作物智能测产装置的软件设计98
712小区作物智能测产装置的硬件设计98
72小区作物智能测产主机关键部件的设计99
721定容取样机构限位部件的结构设计100
722定容取样机构测量部件的结构设计100
723称重料斗防抖机构的结构设计101
73小区作物智能测产装置电路相同部分的设计102
731主控制器小系统的设计102
732智能测产装置电源供电系统的设计102
733测产主机与手持端双模通信电路系统的设计104
74小区作物智能测产主机电路系统的设计105
741称重电路的设计105
742驱动电路系统的设计106
75智能手持端电路系统的设计108
751电容触摸液晶屏控制电路的设计108
752测试数据存储电路的设计110
753USB接口电路的设计110
76小区作物智能测产装置的软件设计111
761智能手持端的软件设计111
762小区作物智能测产主机的软件设计111
77本章小结112
第8章小区作物机载智能测产系统的软件算法及技术研究113
81小区作物机载智能测产系统的组成113
82地块识别算法研究114
821射线法小区识别技术114
822数学原理115
823地块识别算法的软件实现117
83机载终端测产软件的技术研究118
831机载终端测产软件的结构118
832机载终端测产软件的界面设计118
833机载测产系统数据的查询119
8343D产量图生成技术120
84本章小结121
第9章测产系统抗振动干扰性能的测试及滤波器设计122
91振动信号测试原理122
911测试方案的设计122
912振动信号的描述122
913振动信号的分析方法122
92收获机振动试验系统的构成123
93收获机振动试验125
931测试方案与传感器测点布置125
932动态信号分析仪的数据文件设置126
933动态信号分析仪的参数设置126
934动态信号分析仪的数据回收128
94振动试验的结果与分析128
941时域分析128
942频域分析132
95称重滤波器的设计134
96本章小结135
第10章小区作物智能测产装置的性能试验136
101小区作物智能测产装置的构成136
102小区作物智能测产装置的开机及测试过程136
1021开机过程136
1022测试过程137
103智能测产装置的性能试验及数据分析139
104小区作物智能测产装置的含水率重复性对比试验及数据分析140
105机载智能测产装置的性能试验及数据分析140
106本章小结141
第11章结论和展望142
111结论142
112创新点143
113展望143
参考文献144

内容摘要
小区作物收获后的考种是农业科研中的关键环节。试验小区虽然面积小,但处理程序多，及时进行含水率和产量测试，可有效地防止材料混杂和外界环境对数据准确性产生影响。目前，国外已经实现了对晾晒或者烘干后的小区作物进行含水率、容重和重量三参数一次性智能测量，测产装置也可置于小区作物收获机上与GPS和机载平板计算机组成机载测产系统。由于缺乏深入的基础理论研究，国内报道的测产系统只能测试含水率和重量两个参数，且含水率精度及其重复性难以满足科研需要。本书基于小区作物含水率测量与籽粒测产装置的研究成果，系统地介绍了小区作物含水率测量与射频介电常数的关系，详细介绍了小区作物测产系统的机械系统、软件系统、电气系统、软件算法以及测产过程中使用的先进技术。本书旨在为农业工程专业实验室的设计人员、研究人员和控制类研究人员提供参考和帮助，也可供电气、电子类实验室的科研人员和教学人员参考。

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