小区作物含水率与产量综合测试系统研究

　　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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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