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基于光电传感的棉花产量在线监测系统研究

作　者: 林昌建
导　师: 李彦明
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械电子
关键词: 棉花采摘 产量监测 光电流量传感器 虚拟仪器 CAN总线系统 产量预测模型
分类号: S562
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


精细农业技术已经成为新世纪各国关注和研究的重要课题。农作物产量是农田时空差异性对作物影响的统合反映，获得产量的空间分布信息是指导农田变量作业的基础。如何快速便捷准确地获取产量分布信息，对于判断经济效益，开展精细农业耕作，提高农田作业效率有着重要的意义。国内就发展精准农业已经开展了产量监测技术在玉米、小麦等粮食作物中的应用研究，针对棉花收获生产的还处于起步阶段。棉花是我国重要的经济作物和战略物资，棉花采摘是劳动强度高、用工量大、季节性强的生产过程。我国棉花当前主要是手工采摘，大面积棉花生产全程机械化程度低，生产劳动成本高，严重制约了我国棉花在国际市场上的竞争力和国内的稳健发展。针对上述状况，本文在实施国家863农机专项课题采棉机智能控制系统研究的背景下，开发了基于光频转换传感原理的棉花产量在线监测系统。基于总线化思路设计的监测系统主要包括三部分：实现流量实时测量的流量传感器系统，辅助完成传感器算法和其他信息获取的下位机系统、提供图形化人机界面和综合信息处理的上位机系统。本文通过实验研究了基于光频转换原理和嵌入式控制系统的流量传感器，表明光学法检测流量具有分辨率高，抗干扰性强等优点。采用工业嵌入式单板机作为上位机控制系统硬件核心，应用虚拟仪器和图形化编程语言开发了系统控制和人机交互界面，实现产量模型计算、产量信息显示和系统设置。基于CAN-bus总线及其通信协议的传感器系统设计为系统集成化和节点扩展提供了可靠保障和标准规范。GPS/GPRS模块的引入主要用于农田DGPS定位信号的获取和与远程服务器进行无线通信。此外针对系统产量预测模型多输入非线性的特点，引入了基于遗传算法的神经网络模型，并通过设计标定实验对模型进行了训练和验证，取得较好预测精度，满足系统的使用要求。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景和意义  9-12
    1.1.1 课题研究背景  9-11
    1.1.2 课题研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状分析  12-15
    1.2.1 国外研究现状  12-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
  1.3 论文的主要内容与章节安排  15-17
    1.3.1 论文的研究内容  15-16
    1.3.2 论文的章节安排  16-17
第二章 产量在线监测系统流量传感器设计  17-30
  2.1 产量在线监测系统  17-20
    2.1.1 系统设计要求  17
    2.1.2 监测系统组成  17-20
  2.2 流量传感器系统  20-26
    2.2.1 光电传感测量原理  20-21
    2.2.2 接收器设计  21-22
    2.2.3 发射器设计  22-25
    2.2.4 传感器的机械设计  25-26
  2.3 传感器数据处理  26-29
    2.3.1 流量测量算法  26-28
    2.3.2 基准自适应调整算法  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 实验平台及测产实验  30-49
  3.1 输棉系统设计  30-32
  3.2 计算机信号采集和处理系统  32-39
    3.2.1 系统硬件布置  33-34
    3.2.2 系统软件开发  34-39
  3.3 测产模型研究及实验  39-48
    3.3.1 模型分析  39-41
    3.3.2 模拟测产实验  41-43
    3.3.3 系统模型建立  43-48
  3.4 本章小节  48-49
第四章 系统嵌入式开发与设计  49-67
  4.1 基于 AT90CAN 单片机的下位机嵌入式系统  49-60
    4.1.1 系统电源模块  50-51
    4.1.2 脉冲计数模块  51-53
    4.1.3 CAN 总线通信模块  53-57
    4.1.4 GPS 收发模块  57-58
    4.1.5 AT90CAN 片上程序开发  58-60
  4.2 基于 PC-104 的上位控制系统开发  60-66
    4.2.1 硬件平台搭建及驱动安装  61-63
    4.2.2 系统软件设计  63-66
  4.3 本章小节  66-67
第五章 总结与展望  67-69
  5.1 全文总结  67
  5.2 研究展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  73-75

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 经济作物 > 纤维作物 > 棉
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