●前言
第1章緒論1
1.1研究目的及意義1
1.2國內外研究現狀2
1.2.1作物小區智能測產繫統研究現狀2
1.2.2作物含水率檢測技術介紹5
1.2.3作物介電特性的基本理論6
1.2.4國內外射頻介電作物含水率測量儀器的應用現狀7
1.2.5國內外射頻介電作物含水率測量技術研究現狀8
1.3射頻介電測量原理及其數學模型10
1.3.1介電譜簡介10
1.3.2射頻介電測量技術簡介10
1.3.3基於平行板電容器的復電容計算模型11
1.3.4平行板電容器的校準11
1.4射頻阻抗分析理論12
1.4.1阻抗分析技術簡介12
1.4.2軟件定義無線電思想15
1.4.3射頻直接頻率合成15
1.4.4阻抗校準理論16
1.5主要研究內容17
1.6技術路線18
1.7擬解決的關鍵問題19
1.8本章小結19
第2章小區作物含水率與產量測試繫統的功能及方案設計20
2.1作物小區簡介20
2.2小區作物測產收獲與考種要求20
2.3智能式小區作物含水率與產量綜合測試繫統的性能指標分析21
2.4智能式小區作物含水率與產量綜合測試繫統的組成及工作模式21
2.4.1智能式小區作物含水率與產量綜合測試繫統的組成21
2.4.2智能式小區作物含水率與產量綜合測試繫統的工作模式22
2.5智能式小區作物含水率與產量綜合測試繫統的技術方案22
2.6本章小結23
第3章花生含水率測試影響因素的關繫研究及數學模型建立24
3.1試驗材料及樣品的制備24
3.1.1試驗材料24
3.1.2花生樣品的制備24
3.1.3烘干法標定樣品的含水率24
3.2試驗數據智能采集平臺的設計26
3.3試驗數據采集方案27
3.4花生含水率測試影響因素分析28
3.4.1花生含水率與電容的相關性研究28
3.4.2溫度對含水率-電容關繫的影響分析31
3.4.3容重-含水率關繫研究44
3.5花生含水率多參數回歸模型的建立47
3.5.1最小二乘法47
3.5.2花生含水率多參數回歸模型的建立47
3.6花生含水率回歸模型的檢驗49
3.6.1擬合程度檢驗49
3.6.2回歸方程的顯著性檢驗50
3.6.3多重共線性的判別50
3.6.4回歸繫數的顯著性檢驗51
3.7花生含水率測量數學模型的分析與選擇51
3.7.1未進行容重修正的數學模型的擬合度分析51
3.7.2進行容重修正的數學模型的擬合度分析53
3.8本章小結54
第4章玉米含水率測試影響因素的關繫研究及數學模型建立55
4.1影響因素分析55
4.1.1谷物的品種及其粒型55
4.1.2谷物的溫度和外加電場測試頻率55
4.1.3谷物的容重56
4.1.4環境濕度56
4.2樣品的制備56
4.2.1試驗材料56
4.2.2主要試驗設備56
4.2.3玉米樣品的制備57
4.3測量方法57
4.3.1介電常數的測量方法57
4.3.2含水率的測量方法58
4.3.3溫度的測量方法59
4.3.4容重的測量方法59
4.4主要因素對玉米介電常數的影響59
4.4.1玉米樣品的參數59
4.4.2頻率對介電常數的影響60
4.4.3溫度對介電常數的影響62
4.4.4含水率、容重對介電常數的影響64
4.5玉米籽粒含水率預測模型的建立65
4.5.1數據的分析及處理方法65
4.5.2模型的建立及評估66
4.6本章小結69
第5章作物含水率測量繫統的設計71
5.1作物含水率測量電路的組成71
5.2作物含水率測量電路的設計71
5.2.1作物含水率測量電極裝置的設計72
5.2.2電容-頻率轉換器的設計73
5.2.3整數分頻器的設計74
5.2.4溫度變送器電路的設計74
5.2.5稱重傳感器變送電路的設計75
5.2.6顯示模塊76
5.3射頻阻抗分析儀的硬件設計77
5.3.1射頻阻抗分析儀板卡架構的設計77
5.3.2阻抗測試頭78
5.3.3矢量射頻收發器的設計79
5.3.4數字信號84
5.3.5電源樹及電源繫統86
5.3.6印制電路板的設計88
5.4含水率的軟件設計88
5.4.1主程序的設計88
5.4.2阻抗測量子程序的設計88
5.4.3溫度測量子程序的設計89
5.4.4頻率測量子程序的設計90
5.4.5重量測量子程序的設計90
5.4.6串口通信子程序的設計90
5.5本章小結91
第6章水分傳感器的性能評估及誤差分析92
6.1水分傳感器對花生含水率的適用性檢測92
6.1.1水分測定儀對花生含水率檢測的性能測試92
6.1.2誤差來源分析92
6.2水分傳感器對玉米含水率的適用性檢測94
6.2.1性能評估94
6.2.2導致誤差的因素分析96
6.3本章小結97
第7章小區作物智能測產裝置的結構及軟硬件設計98
7.1小區作物智能測產裝置的設計98
7.1.1小區作物智能測產裝置的軟件設計98
7.1.2小區作物智能測產裝置的硬件設計98
7.2小區作物智能測產主機關鍵部件的設計99
7.2.1定容取樣機構限位部件的結構設計100
7.2.2定容取樣機構測量部件的結構設計100
7.2.3稱重料鬥防抖機構的結構設計101
7.3小區作物智能測產裝置電路相同部分的設計102
7.3.1主控制器最小繫統的設計102
7.3.2智能測產裝置電源供電繫統的設計102
7.3.3測產主機與手持端雙模通信電路繫統的設計104
7.4小區作物智能測產主機電路繫統的設計105
7.4.1稱重電路的設計105
7.4.2驅動電路繫統的設計106
7.5智能手持端電路繫統的設計108
7.5.1電容觸摸液晶屏控制電路的設計108
7.5.2測試數據存儲電路的設計110
7.5.3USB接口電路的設計110
7.6小區作物智能測產裝置的軟件設計111
7.6.1智能手持端的軟件設計111
7.6.2小區作物智能測產主機的軟件設計111
7.7本章小結112
第8章小區作物機載智能測產繫統的軟件算法及技術研究113
8.1小區作物機載智能測產繫統的組成113
8.2地塊識別算法研究114
8.2.1射線法小區識別技術114
8.2.2數學原理115
8.2.3地塊識別算法的軟件實現117
8.3機載終端測產軟件的技術研究118
8.3.1機載終端測產軟件的結構118
8.3.2機載終端測產軟件的界面設計118
8.3.3機載測產繫統數據的查詢119
8.3.43D產量圖生成技術120
8.4本章小結121
第9章測產繫統抗振動干擾性能的測試及濾波器設計122
9.1振動信號測試原理122
9.1.1測試方案的設計122
9.1.2振動信號的描述122
9.1.3振動信號的分析方法122
9.2收獲機振動試驗繫統的構成123
9.3收獲機振動試驗125
9.3.1測試方案與傳感器測點布置125
9.3.2動態信號分析儀的數據文件設置126
9.3.3動態信號分析儀的參數設置126
9.3.4動態信號分析儀的數據回收128
9.4振動試驗的結果與分析128
9.4.1時域分析128
9.4.2頻域分析132
9.5稱重濾波器的設計134
9.6本章小結135
第10章小區作物智能測產裝置的性能試驗136
10.1小區作物智能測產裝置的構成136
10.2小區作物智能測產裝置的開機及測試過程136
10.2.1開機過程136
10.2.2測試過程137
10.3智能測產裝置的性能試驗及數據分析139
10.4小區作物智能測產裝置的含水率重復性對比試驗及數據分析140
10.5機載智能測產裝置的性能試驗及數據分析140
10.6本章小結141
第11章結論和展望142
11.1結論142
11.2創新點143
11.3展望143
參考文獻144

小區作物收獲後的考種是農業科研中的關鍵環節。試驗小區雖然面積小，但處理程序多，及時進行含水率和產量測試，可有效地防止材料混雜和外界環境對數據準確性產生影響。目前，國外已經實現了對晾曬或者烘干後的小區作物進行含水率、容重和重量三參數一次性智能測量，測產裝置也可置於小區作物收獲機上與GPS和機載平板計算機組成機載測產繫統。由於缺乏深入的基礎理論研究，國內報道的測產繫統隻能測試含水率和重量兩個參數，且含水率精度及其重復性難以滿足科研需要。本書基於小區作物含水率測量與籽粒測產裝置的研究成果，繫統地介紹了小區作物含水率測量與射頻介電常數的關繫，詳細介紹了小區作物測產繫統的機械繫統、軟件繫統、電氣繫統、軟件算法以及測產過程中使用的優選技術。本書旨在為農業工程專業實驗室的設計人員、研究人員和控制類研究人員提供參考和幫助，也可供電氣、電子類實驗室的科研人員和教學人員參考。