طراحي، ساخت و ارزيابي آزمايشگاهي ابزار تخمين تراکم علوفه با استفاده از پرتو ليزر به منظور کنترل سرعت پيشروي دروگر با سيستم فازي

 

فصل اول: مقدمه و هدف

مقدمه و هدف. 1

1-1-مقدمه.. 1

1-2- هدف از پژوهش:.. 4

فصل دوم: مفاهيم کلي ومروري بر پژوهش­هاي انجام شده

2-1- مقدمه:.. 7

2-2- محاسبه­ي عملکرد يونجه.. 9

2-3- آزمون­هاي غيرمخرب در کشاورزي.. 10

2-4- حسگر نوري.. 11

2-4- 1- ليزر.. 12

2-5- مادون قرمز.. 17

2-6- کرنش­سنج.. 18

2-7- نيروسنج.. 20

2-8- پيشينه­ي کاربرد  ليزر در زمينه کشاورزي.. 21

2-9- تحقيقات پيشين در روش­هاي تخمين تراکم محصولات کشاورزي   23

2-10- منطق فازي.. 31

2-10-1- انگيزه‌ها و اهداف.. 31

2-10-2- تاريخچه وکليات.. 32

2-10-3- متغيرهاي زباني.. 33

2-10-4- عدم قطعيت.. 33

2-11- عدم قطعيت در اندازه­گيري.. 34

فصل سوم : مواد وروش­ها

3-1- مقدمه.. 36

3-2-3- استفاده از حسگرهاي نوري براي تخمين تراکم   41

3-3- پيش­بيني سرعت پيشروي دروگر.. 51

3-3-1- تعيين سرعت پيشروي مطلوب با استفاده از نگاشت خطي   51

3-3-2- پيش­بيني سرعت پيشروي مناسب با استفاده از منطق فازي   51

3-4- عملگر مناسب براي تغيير سرعت پيشروي دروگر متناسب با تراکم   54

فصل چهارم: نتايج، بحث و پيشنهادها

4-1-  تحليل و بررسي استفاده مستقيم از کرنش­سنج بر روي تيغه برش   58

4-2- محاسبه­ي برخي خواص فيزيکي و مکانيکي يونجه.. 58

4-3- محاسبه­ي ارتفاع مناسب قرارگيري نيروسنج.. 59

4-4- بررسي عملکرد حسگر مادون قرمز براي تخمين تراکم   60

4-5- بررسي عملکرد ليزر براي تخمين تراکم.. 61

4-5-1- قطع شدگي­هاي پرتو ليزر براي شمارش تعداد ساقه­ها   61

4-5-2- ميزان پرتو ليزر عبوري از محصول.. 62

4-5-3- تاثير فاصله­ي بين فرستنده و گيرنده.. 63

4-6- کاليبره کردن ابزار.. 65

4-7- تاثير نور بر عملکرد ابزار.. 66

4-8- نتيجه­گيري کلي.. 67

4-9- پيشنهادها.. 68

منابع. 69

فهرست شکل­ها

شکل1-1- روش­هاي رايج تشخيص گياه………………………………………………………………………..3

شکل 2-1- رابطه­ي ميان تعداد ساقه­هاي يونجه و عملکرد………………………………………………….9

شکل 2-2- اجزاي اصلي ليزر……………………………………………………………………………………..14

شکل 2-3- نمونه­اي از حسگرهاي مادون قرمز……………………………………………………………….18

شکل 2-4- کرنش­سنج نصب شده بر روي ورق آلومنيومي………………………………………………19

شکل 2-5- تشخيص قارچ بر روي بذر با استفاده از پردازش تصوير زير پرتو ليزر…………………21

شکل 2-6- تجهيزات الکترونيکي و حسگرها در ابزار تخمين تراکم با پاندول……………………..25

شکل 2-7- پارامترهاي تاثيرگذار در تخمين تراکم محصول با پاندول………………………………..26

شکل 2-8- ليزر فاصله­ياب براي تخمين تراکم محصول…………………………………………………..28

شکل 2-9- اصول اندازه­گيري سه گوش سازي ليزر……………………………………………………….29

شکل 3-1- شماتيک تيغه دروگر شانه­اي و کرنش­سنج­هاي نصب شده روي آن………………….37

شکل 3-2- نيروهاي موثر بر روي تيغه­ي دروگر……………………………………………………………37

شکل 3-3- شماتيک مکانيزم پيشنهادي براي تخمين تراکم با نيروسنج………………………………38

شکل 3-4- مدل جرم – فنر براي يک نيروسنج……………………………………………………………..41

شکل 3-5- نماي ظاهري ميکروکنترلر AVR مدل ATMEGA32………………………….42

شکل3-6-  نماي ظاهري پروگرامر ATMEL Persia و کابل تبديل RS232  به USB………43

شکل3-7- شماتيک مدار اتصال گيرنده­ي مادون قرمز مدل TSOP1238 به ميکروکنتررلر…..44

شکل3-8- مدار بررسي نحوه­ي عملکرد حسگر مادون قرمز……………………………………………44

شکل 3-9- مدار فرستنده – گيرنده مادون قرمز با استفاده از IC Timer NE555………………45

شکل 3-10- نماي ظاهري ابزار تخمين تراکم بر اساس شمارش قطع شدگي پرتو ليزر…………46

شکل 3-11- نماي ظاهري گيرنده­ي ليزر و تقويت کننده­ي LM324……………………………46

شکل 3-12- نماي ظاهري فرستنده­ي ليزر استفاده شده در آزمايش­ها و گيرنده­ي LDR……..47

شکل 3-13- رابطه­ي خطي ميان مقدار مقاومت گيرنده­ي LDR و درخشندگي نور…………….47

شکل 3-14- نماي ظاهري فرستنده­ها و گيرنده­ها در مرحله­ي نصب و تنظيم………………………48

شکل 3-15-  نماي کلي ابزار تخمين تراکم و ترتيب قرارگيري آن براي ساقه­هاي جو………..48

شکل3-16-  شماتيک مدار شبيه سازي شده در نرم افزار Proteus………………………………49

شکل 3-17- تخمين تراکم ساقه­هاي جو در فاصله­ي 110 سانتي­متري………………………………50

شکل 3-18- نماي ظاهري جعبه ابزار فازي در نرم­افزار MATLAB…………………………….52

شکل 3-19-  نمايش گرافيکي توابع عضويت براي متغيرهاي ورودي………………………………53

شکل 3-20- نمايش گرافيکي توابع عضويت متغيرهاي خروجي……………………………………..53

شکل 3-21- بلوک دياگرام کنترل کننده­ي فازي سرعت پيشروي…………………………………..54

شکل 3-22- مدار بسته شده در محيط شبيه­سازي براي موتور پله­اي…………………………………55

شکل 3-23- شماتيک عملکرد موتور پله­اي در تغيير سرعت پيشروي………………………………56

شکل 4-1- تاثير تعداد ساقه­ي يونجه بر تعداد قطع شدن­هاي پرتو ليزر……………………………..61

شکل4-2-  تاثير تعداد ساقه­ يونجه بر ميزان پرتو عبوري از محصول در فاصله 40 سانتي­متري.62

شکل 4-3- رابطه تعداد ساقه جو با ولتاژ دريافتي از گيرنده­ها در فاصله 40 سانتي­متر…………..63

شکل 4-4- رابطه تعداد ساقه­ي جو با ولتاژ دريافتي از گيرنده­ها در فاصله 70 سانتي­متري…….63

شکل 4-5- رابطه­ي تعداد ساقه با ولتاژ در فاصله­ي 70 سانتي متري تا تراکم 100 ساقه در واحد آزمايش……………………………………………………………………………………………………………….64

شکل 4-6- رابطه­ي تعداد ساقه با ولتاژ در فاصله­ي 110 سانتي متري تا تراکم 120 ساقه در واحد آزمايش……………………………………………………………………………………………………………….64

شکل4-7- رابطه تعداد ساقه جو با ولتاز دريافتي از گيرنده­ها در فاصله­ي 110 سانتي­متري……65

شکل4-8- توزيع داده­هاي دريافتي از گيرنده­هاي LDR……………………………………………….66

فهرست جداول

جدول 2-1– سطح،توليد وعملکرد در هکتار يونجه کشور در سال زراعي 82-83………………8

جدول 2-2-  روش هاي مختلف اندازه­گيري غير مخرب پارامترهاي کيفي محصول­هاي کشاورزي…………………………………………………………………………………………………………….11

جدول 2-3-  پارامترهاي پاندول براي تخمين تراکم محصولات مختلف………………………..27

جدول 3-1- مشخصات فني گيرنده­ي مادون قرمز استفاده شده…………………………………….43

جدول 3-2-  متغيرهاي زباني ورودي مجموعه فازي…………………………………………………..52

جدول 3-3- متغيرهاي زباني خروجي………………………………………………………………………53

جدول 4-1- خواص فيزيکي ساقه­ي گياه يونجه…………………………………………………………59

جدول 4-2- متغيرهاي مورد استفاده در روابط مربوط به خواص مکانيکي ساقه­ي يونجه……59

جدول 4-3- عملکرد حسگر مادون قرمز در تشخيص مانع…………………………………………..60

جدول4-4- بررسي تاثير نور محيط بر روي عملکرد ابزار…………………………………………….66

جدول 4-5- بررسي اثر افزودن محافظ آلومنيومي بر روي عملکرد ابزار…………………………67