第十二章農(nóng)業(yè)機械的信息化與精細(xì)農(nóng)業(yè)

1、 20世紀(jì)下半期開始的電子信息科學(xué)技術(shù)革命，成為推動各個領(lǐng)域知識、技術(shù)創(chuàng)新的強有力手，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： 提高機械作業(yè)的機械性能：過程監(jiān)視、控制、診斷、通信； 過程精確操作：及時獲取過程信息，使農(nóng)業(yè)機械操作能準(zhǔn)確執(zhí)行過程控制指令； 改善勞動者的操作條件：良好的人機接口，操作方便性、安全性、舒適性； 發(fā)展基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)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，實現(xiàn)農(nóng)場管理信息系統(tǒng)與田間移動作業(yè)機械間的無線通信與機群調(diào)度，支持農(nóng)田作業(yè)的科學(xué)管理決策等。 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

2、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。 拖拉機農(nóng)業(yè)機械總線系統(tǒng)應(yīng)用示意圖德國DIN9684/25農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)（LBS）的應(yīng)用 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

3、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（Virtual Display Terminal）。大型拖拉機駕駛室內(nèi)智能化顯示終端 歐美一些大農(nóng)場，已開始建立和使用農(nóng)產(chǎn)辦公室計算機與移動作業(yè)機械間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的管理信息系統(tǒng)。其通信協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)已在DIN9648-5中加以定義。這使農(nóng)場管理調(diào)度中心計算機可以直接調(diào)用讀入各個田間作業(yè)機械智能終端存儲的作業(yè)數(shù)據(jù)，存入農(nóng)場計算機的數(shù)據(jù)庫中，由于農(nóng)場計算機可具有比移動作業(yè)機強大得多的信息存儲、處理功能，專家知識庫和管理決策支持系統(tǒng)，通過計算

4、機處理后制定詳細(xì)的農(nóng)事操作方案和導(dǎo)航作業(yè)計劃后，通過無線通信數(shù)據(jù)鏈路傳回到田間移動作業(yè)機。機器發(fā)生故障，操作者也可調(diào)用具有強大分析功能的辦公室計算機診斷處理程序?，F(xiàn)代通信技術(shù)革命的成果，已開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)的遠(yuǎn)程管理中。 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 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。

5、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。糧箱監(jiān)視器1. 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1. 動凸輪2. 定凸輪3. 彈簧4. 皮帶5. 定輪 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(jìn)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。 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

6、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。 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(hù)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。損失監(jiān)視器的安裝位置1. 逐稿器損失監(jiān)視器2. 清糧篩損失監(jiān)視器3. 指示儀表切草監(jiān)視裝置1. 開關(guān)2. 切刀護(hù)板3. 發(fā)動機調(diào)速器4. 油門離合器5. 切刀 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1. 割刀傳動軸2. 割臺推運器軸3. 傾斜輸送

7、器主動軸4. 滾筒軸5. 凹板壓力6. 鏈耙的位置7. 傾斜輸送器被動軸的偏移8. 浮動推運器的偏移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 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1. 割臺2. 懸臂3. 傳感器4. 觸桿5. 未割作物側(cè)邊6. 觸桿和未割作物的距離調(diào)節(jié)器7. 手動操向何自動操向轉(zhuǎn)換手柄8. 懸臂升降調(diào)節(jié)9. 電磁閥10.放大電路和控制器 聯(lián)合收割機的自動調(diào)平裝置 對于坡地上工作的收割機，其工作效果不僅與喂

8、入量有關(guān)，而且與機器的傾斜度有關(guān)。因為傾斜引起各個工作部件中谷物輸送的不均勻，以至于脫粒和分離質(zhì)量下降，損失增加。為此，要求收割機在坡地作業(yè)時，機架能自動調(diào)平。 現(xiàn)代智能聯(lián)合收割機上配置有更完善的監(jiān)測傳感器、電腦控制中心，以及一些自動調(diào)節(jié)機構(gòu)，不僅能有效的監(jiān)視各個主要工作部件的工況，而且還能根據(jù)電腦控制中心的操作指令，驅(qū)動相應(yīng)的調(diào)節(jié)機構(gòu)，迅速進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使各個工作部件處于最佳工作狀態(tài)，獲取最高的生產(chǎn)效率和最好的質(zhì)量；或者能及時自動停機，以避免發(fā)生大的故障，以至發(fā)生嚴(yán)重的事故?，F(xiàn)代智能收割機與遙感技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)向系統(tǒng)相結(jié)合，可實現(xiàn)收割作業(yè)的無人操作，聯(lián)合收割機技術(shù)將進(jìn)入一個新的時代。坡地聯(lián)合收割

9、機自動調(diào)平裝置1. 左油缸2、4. 膜片3. 右油缸5. 上觸點6. 下觸點7. 蓄電池8. 限位桿9. 單向閥10. 調(diào)平油缸11. 分配器滑閥12. 手柄13. 鐵芯14. 左線圈15. 右線圈16. 杠桿17、18. 油管19. 油泵20. 油箱 “精細(xì)農(nóng)業(yè)”（Precision Agriculture或Precision Farming）在發(fā)達(dá)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

10、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(xì)農(nóng)作管理?！熬?xì)作物”術(shù)體系示意圖 3S技術(shù) 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS-Global Positioning System）：GPS系統(tǒng)由包括24顆地球衛(wèi)星組成的空間部分、由地面控制站和一組地面監(jiān)測站組成的地面監(jiān)控部分、用戶接入機三個主要部分組成。 地理信息系統(tǒng)（GIS-Geographical Information System）：GIS是一個用于輸入、存儲、檢索、分析、處理和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計算機軟件平臺。 遙感技術(shù)（RS-Remote Sensing）：遙感是用飛行器或人造衛(wèi)星上裝載的傳感器來收集地球表面地物的空間分布信息

11、。 田間信息采集技術(shù)與處理技術(shù) 除了上述用遙感技術(shù)獲取大面積空間尺度上的信息外，“精細(xì)農(nóng)作”實踐中，還需要在較精細(xì)的空間尺度上，獲取農(nóng)田作物生產(chǎn)有關(guān)的空間分布信息，包括利用不同的傳感技術(shù)采集數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诶斫夂屠玫目梢暬臻g分布圖形信息，這主要靠電子信息硬件與軟件技術(shù)的支持。需要獲取和處理的主要信息包括：農(nóng)田作物產(chǎn)量空間分布信息、農(nóng)田土壤信息采集與處理、農(nóng)田作物苗情信息采集處理技術(shù)。 作物生產(chǎn)管理決策支持技術(shù) “精細(xì)農(nóng)業(yè)”是基于信息和知識的農(nóng)田作物生產(chǎn)經(jīng)營管理技術(shù)，它既需要利用先進(jìn)的田間信息采集技術(shù)以獲得農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長主要因素的空間分布信息，又

12、需要對這些信息進(jìn)行處理，運用農(nóng)業(yè)科學(xué)知識制定農(nóng)田與作物栽培管理決策，指導(dǎo)分布式定位處方農(nóng)作，以實現(xiàn)資源高效利用，高產(chǎn)出、省投入和可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)化目標(biāo)。“精細(xì)農(nóng)業(yè)”管理決策過程示意圖 智能化農(nóng)業(yè)機械裝備技術(shù) 支持“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的智能化農(nóng)業(yè)機械目前主要包括：帶產(chǎn)量監(jiān)視器與產(chǎn)量圖自動生成系統(tǒng)的收獲機械；實現(xiàn)精密播種、精細(xì)施肥、精細(xì)施藥和精細(xì)灌溉等定位控制作業(yè)的變量處方農(nóng)業(yè)機械；實施機載農(nóng)田空間信息快速采集的其它機電一體化農(nóng)業(yè)機械等。 精確變量施肥機 精確變量噴藥機械 精確變量灌溉 精確變量播種機精確變量干粉混合施肥機1. 微處理器 2. 田間地圖 3. 電液閥 4. 商品肥料斗 5. 計量輪6. 輸送鏈 7. 混合攪龍 8. 注入泵 9. 微肥斗 10. 水平攪龍11. 豎直攪龍 12. 刮（漿）板 13. 分配頭 14. 輸送管 15. 文丘里噴管16. 鼓