第十二章農(nóng)業(yè)機(jī)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(qiáng)有力手，也明顯的影響著農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的創(chuàng)新過程。 電子信息學(xué)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的技術(shù)創(chuàng)新，可概括為如下基本領(lǐng)域： 提高機(jī)械作業(yè)的機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械，實(shí)現(xiàn)農(nóng)場管理信息系統(tǒng)與田間移動作業(yè)機(jī)械間的無線通信與機(jī)群調(diào)度，支持農(nóng)田作業(yè)的科學(xué)管理決策等。 拖拉機(jī)與自走式農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)和復(fù)雜農(nóng)業(yè)機(jī)械，已裝置了若干個標(biāo)準(zhǔn)的控制單元（ECU），它實(shí)際上已是一個帶有獨(dú)立處理信息與控制功能的計(jì)算機(jī)智能控制終端，是針對農(nóng)業(yè)機(jī)械使用環(huán)境專門設(shè)計(jì)的通用微型作業(yè)計(jì)算機(jī)（Job computer），具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)和農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)交互界面。這種智能化顯示終端，實(shí)際上就是一臺帶液晶顯示屏的計(jì)算機(jī)。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(jī)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(jì)算機(jī)與移動作業(yè)機(jī)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(jì)算機(jī)可以直接調(diào)用讀入各個田間作業(yè)機(jī)械智能終端存儲的作業(yè)數(shù)據(jù)，存入農(nóng)場計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，由于農(nóng)場計(jì)算機(jī)可具有比移動作業(yè)機(jī)強(qiáng)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(jì)算

4、機(jī)處理后制定詳細(xì)的農(nóng)事操作方案和導(dǎo)航作業(yè)計(jì)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(jī)。機(jī)器發(fā)生故障，操作者也可調(diào)用具有強(qiáng)大分析功能的辦公室計(jì)算機(jī)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(jī)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(diǎn)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(yùn)器、升運(yùn)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(diǎn) 3. 彈簧4. 傳感板 5. 可動觸點(diǎn) 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(jī)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(jī)的碎草裝置一般安裝在排草口后，常常是半露在機(jī)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(jī)熄火停機(jī)。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(jī)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?？砂惭b喂入量傳感器的部位1. 割刀傳動軸2. 割臺推運(yùn)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(yùn)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(qiáng)度，聯(lián)合收割機(jī)上采用了自動駕駛裝置。聯(lián)合收割機(jī)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(jī)的自動調(diào)平裝置 對于坡地上工作的收割機(jī)，其工作效果不僅與喂

8、入量有關(guān)，而且與機(jī)器的傾斜度有關(guān)。因?yàn)閮A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(jī)在坡地作業(yè)時，機(jī)架能自動調(diào)平。 現(xiàn)代智能聯(lián)合收割機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)，以避免發(fā)生大的故障，以至發(fā)生嚴(yán)重的事故。現(xiàn)代智能收割機(jī)與遙感技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)向系統(tǒng)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)收割作業(yè)的無人操作，聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)將進(jìn)入一個新的時代。坡地聯(lián)合收割

9、機(jī)自動調(diào)平裝置1. 左油缸2、4. 膜片3. 右油缸5. 上觸點(diǎn)6. 下觸點(diǎn)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(shí)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(jī)自動采集田間定位及小區(qū)平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)；通過計(jì)算機(jī)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(jī)械按小區(qū)實(shí)施目標(biāo)投入和精細(xì)農(nóng)作管理。“精細(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(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)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(yùn)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(shí)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)?！熬?xì)農(nóng)業(yè)”管理決策過程示意圖 智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù) 支持“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的智能化農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)械；實(shí)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(jī)械；實(shí)施機(jī)載農(nóng)田空間信息快速采集的其它機(jī)電一體化農(nóng)業(yè)機(jī)械等。 精確變量施肥機(jī) 精確變量噴藥機(jī)械 精確變量灌溉 精確變量播種機(jī)精確變量干粉混合施肥機(jī)1. 微處理器 2. 田間地圖 3. 電液閥 4. 商品肥料斗 5. 計(jì)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