CN210347642U - 一种山地微型农机与土壤系统综合试验平台 - Google Patents
一种山地微型农机与土壤系统综合试验平台 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种山地微型农机与土壤系统综合试验平台，包括土壤内部结构可视化系统、土壤重塑系统、作物补光系统、自然降水模拟侵蚀系统与数据采集分析系统；所述的土壤内部结构可视化系统包括机械系统、摄像系统与数据采集分析系统；机械系统包括液压泵站、小型固定式液压变坡钢制土槽以及土壤；摄影系统包括高速摄影机、摄像控制台与工业摄像机；所述的土壤重塑系统包括土壤回填平塑设备、土壤镇压设备与土壤搬运设备。该实用新型研究范围广，数据分析详尽，在一定程度上填补了国内丘陵山地农机作业试验平台的空白，有很强的推广和应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种丘陵山地农机试验平台，适用于研究农机作业状态下的机械性能、土壤理化特性以及单变量参数对温室作物的影响。
背景技术
我国土地面积广大，幅员辽阔，但地形地貌极为复杂，中国山区面积更是占全国总面积的2/3。其中山区地形又以丘陵为主,可以直接利用农业生产的土地有限。在我国平原地区，耕地尽管被分散切割成各种大小不一的模块，但是耕地落差小，耕地的绝大部分仍处于同一平面上，平原地区已经基本实现了农业机械化。目前我国的土壤系统与试验平台主要针对平原地带，通过试验平台检测农业机械装备耕作后，土壤的容重、土壤坚实度、土壤的结构性、粘性以及土壤的含水率等。但是由于丘陵山地的复杂性和农田基础设施建设的不完备，在国内的大部分丘陵地区农机机械化水平仍然较低。该发明提出构建的丘陵山地土壤系统与液压综合试验平台，人为模拟不同自然环境条件，通过液压系统调整变坡式土槽，进而获得不同坡度的地形，通过数据采集分析系统实时监测土壤的各项指标，为丘陵山地农业机械装备的优化调整提供数据依据。此外该系统还包括作物补光系统、土壤重塑系统，是研究覆盖范围较广的多功能试验平台。
发明内容
本实用新型的任务是调整自制的液压升降系统以获得不同坡度的土壤，通过自然降水侵蚀模拟系统和土壤内部结构可视化系统共同模拟不同的野外工作环境，采用数据采集分析系统对土壤理化特性的相关数据进行监测记录。
本实用新型的土壤内部结构可视化系统主要用于进行丘陵山地农机在不同坡地角度的工况条件下，其耕作的稳定性和牵引附着性能的试验研究。试验时通过液压泵站控制液压装置来调整固定式可变坡钢制土槽的角度，相邻土槽间的高速摄影机实时显示记录。置于斜坡底部的工业摄影机，与所述的采集分析系统相连接，实时监测记录履带与土壤之间的压力变化和土壤的形变状况，为后续的丘陵山地农机的研究提供必要的数据支持。
本实用新型的作物补光系统可进行现代化温室植物补光的相关研究，采用红蓝光谱LED补光灯进行补光，空间上呈对角分布；温室顶部机架上交叉分布着无线温度传感器和无线光照传感器，收集室内环境相关参数的变化传送给PC终端。
本实用新型的自然降水模拟侵蚀系统的水源为室外机器挖掘的竖井，控制系统可以起到启动水泵、控制阀门的作用。喷头采用旋转下喷式喷头，覆盖范围大，降水均匀。供水系统是由水泵和管道共同组成，管道由主管和支管组合而成，水泵抽出的水流经管道，控制系统通过调节主管的两个溢流阀可以产生不同区域、不同强度的降雨。喷头主管的一侧安装有流量传感器，与数据采集分析系统相连，收集监测模拟降雨强度，实现降雨强度的精确控制。数据采集分析系统对模拟降水条件下的变坡土槽和非变坡土槽内的土壤进行理化分析。
本实用新型的数据采集分析系统有三个子系统，土壤物理特性测试系统、农机作业状态数据采集系统与农机—土壤互作耦合数据采集系统。
本实用新型的土壤物理特性测试系统主要包括土壤含水率测量仪，土壤坚实度测量仪，土壤容重测量仪与土壤养分测量仪。
本实用新型的农机作业状态数据采集系统的主要包括传感器组，信号采集处理装置与电控装置。
本实用新型的农机—土壤互作耦合数据采集系统的主要包括薄膜压力传感器，多通道数据采集仪，动态数据分析处理仪与计算机平台。
本实用新型的土壤重塑系统的主要包括土壤回填平塑设备，土壤镇压设备与土壤搬运设备，完成开土、运土、镇压、回填平整工作。
附图说明
图1是山地微型农机与土壤系统综合试验平台的整体结构图。
图2是本实用新型所提供的一种土壤内部结构可视化系统的整体结构图。
图3是本实用新型所提供的一种作物补光系统的整体结构图。
图4是本实用新型所提供的一种自然降水模拟侵蚀系统的整体结构图。
图5是本实用新型所提供的一种数据采集分析系统的整体框图。
图6是本实用新型所提供的一种土壤物理特性测试系统的整体框图。
图7是本实用新型所提供的一种农机作业状态数据采集系统的整体框图。
图8是本实用新型所提供的一种农机—土壤互作耦合数据采集系统的整体框图。
图9是本实用新型所提供的一种土壤重塑系统的整体框图。
图中：1、固定式可变坡钢制土槽Ⅰ，2、高速摄影机Ⅰ，3、固定式可变坡钢制土槽Ⅱ，4、高速摄影机Ⅱ，5、固定式可变坡钢制土槽Ⅲ，6、工业摄影机组Ⅰ，7、工业摄影机组Ⅱ，8、工业摄影机组Ⅲ，9、液压缸，10、LED补光灯，11、温度传感器，12、光照传感器，13、室内作物，14、旋转下喷式喷头，15、管道网络，16、溢流阀，17、可移动式非变坡钢制土槽，18、可移动式液压变坡钢制土槽。
具体实施方式
本实用新型提供的一种山地微型农机与土壤系统综合试验平台，以下结合附图以及具体实施例做进一步详细说明。
该试验平台的土壤内部结构可视化系统包括固定式可变坡钢制土槽Ⅰ（1）、固定式可变坡钢制土槽Ⅱ（3）、固定式可变坡钢制土槽Ⅲ（5），高速摄影机Ⅰ（2），高速摄影机Ⅱ（4）与工业摄影机组Ⅰ（6），工业摄影机组Ⅱ（7），工业摄影机组Ⅲ（8）。试验前通过实验室内安装的行车将山地微型农机放置在区域（1）、区域（3）、区域（5）的土槽土壤上并通过钢索固定在土槽的安全钩上。打开试验平台区域内的强光灯组，为摄像机工作提供充足的光照环境。通过液压泵站控制液压缸（9）调整土槽（1）、（3）、（5）的角度。在试验过程中土槽的角度通过高速摄影机Ⅰ（2）、高速摄影机Ⅱ（4）实时监测记录显示并存储。试验过程中，固定式可变坡钢制土槽Ⅰ（1）区域中薄膜压力传感器网络、固定式可变坡钢制土槽Ⅱ（3）中的土壤坚实度测量仪传感器网络与固定式可变坡钢制土槽Ⅲ（5）中的薄膜压力传感器网络及土壤坚实度测量仪传感器网络分别通过数据传输线路与多通道数据采集仪、动态数据分析处理仪连接。多通道数据采集仪、动态数据分析处理仪通过数据传输电路与USB集线器连接，USB集线器与计算机平台连接，通过数据分析软件做后期数据流处理。
本实用新型发明的作物补光系统主要由LED补光灯（10），温度传感器（11），光照传感器（12），室内作物（13）组成。该系统采用红蓝光谱LED补光灯进行补光，空间上呈对角分布，保证了温室内具有足够的光照辐射范围。LED补光设备进行单光谱补光和双光谱补光。可进行光照强度（0～10万lx）、光谱种类（红、蓝）等单变量参数对室内作物（13）的生长状况影响的研究。工作中，温室顶部交叉呈网络分布的温度传感器（11），光照传感器（12）分别通过数据传输线路与多通道数据采集仪、动态数据分析处理仪连接。多通道数据采集仪、动态数据分析处理仪连接通过数据传输电路与USB集线器连接，USB集线器与计算机平台连接，实时监测存储室内光照强度变化、室内作物（13）生长状况的变化，通过计算机平台终端反馈调节室内光照强度。
本实用新型的自然降水模拟侵蚀系统主要由旋转下喷式喷头（14），管道网络(15)，溢流阀（16），可移动式非变坡钢制土槽（17），可移动式液压变坡钢制土槽（18）构成。该系统水源为室外机器挖掘的竖井，控制系统通过数据传输电路与计算机平台相连，起到启动水泵、控制阀门的作用。管道由主管和支管组合而成，在该系统的顶部网络状分布。喷头采用旋转下喷式喷头（14），均布在管道网络（15）支管处，覆盖范围大，降水均匀。工作时，计算机平台通过控制系统按照预定试验流量启动水泵。喷头主管的一侧安装有流量传感器，与数据采集分析系统相连，分析系统通过数据传输线路与计算机平台连接，收集监测模拟降雨强度。工作过程中，计算机平台根据反馈的数据，通过控制系统调节主管的两个溢流阀（16）可以产生不同区域、不同强度的降雨，实现降雨强度的精确控制。同时数据采集分析系统对模拟降水条件下的变坡土槽和非变坡土槽内的土壤进行理化分析。工作过程中，调节主管的两个溢流阀可以产生不同区域、不同强度的降雨。喷头主管的一侧安装有流量传感器，与数据采集分析系统相连，收集监测模拟降雨强度，实现降雨强度的精确控制。同时可移动式非变坡钢制土槽（17）以及可移动式液压变坡钢制土槽（18）区域中的土壤含水率测量仪，土壤坚实度测量仪，土壤容重测量仪、土壤养分测量仪分别通过数据传输线路与多通道数据采集仪、动态数据分析处理仪连接。多通道数据采集仪、动态数据分析处理仪通过数据传输电路与USB集线器连接，USB集线器与计算机平台连接，对模拟降水条件下的变坡土槽和非变坡土槽内的土壤进行理化分析。
Claims (1)
1.一种山地微型农机与土壤系统综合试验平台，其特征在于，包括土壤内部结构可视化系统、土壤重塑系统、作物补光系统、自然降水模拟侵蚀系统与数据采集分析系统；
所述的土壤内部结构可视化系统包括机械系统、摄像系统与数据采集分析系统；机械系统包括液压泵站、小型固定式液压变坡钢制土槽以及土壤；摄影系统包括高速摄影机、摄像控制台与工业摄像机；
所述的土壤重塑系统包括土壤回填平塑设备、土壤镇压设备与土壤搬运设备；
所述的作物补光系统包括红蓝光谱LED植物生长灯、非接触式无线温度传感器、量程为0～10万lx的光照传感器与数据采集分析系统；
所述的自然降水模拟侵蚀系统包括可移动式液压变坡钢制土槽、可移动式非变坡钢制土槽、固定式人工模拟降雨器与数据分析采集系统；其中固定式人工模拟降雨器包括旋转下喷式喷头、节流阀、固定支架、供水系统和动力系统与控制系统；
所述的数据采集分析系统包括土壤物理特性测试系统、农机—土壤互作耦合数据采集系统与农机作业状态数据采集系统。
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