前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的農(nóng)業(yè)工程師論文主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
卓越工程師的人才培養(yǎng)更要偏重于實用性,學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)不僅要學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識和專業(yè)技能,而且也要與企業(yè)保持密切溝能,解決企業(yè)的技術(shù)難題,要充分考慮行業(yè)的多樣性和對工程型人才需求的多樣性,采取多種方式培養(yǎng)工程師后備人,簡單說,是應(yīng)用型人才,不是學(xué)術(shù)性人才。
2構(gòu)建相適應(yīng)的教學(xué)體系
2.1教研活動從單一、被動轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾?、合作和分?/p>
教研研究往往以活動為中心,活動的質(zhì)量和效益是教研工作的生命力之所在,也是教師必須始終關(guān)注的問題。以往的教研活動較為普遍的問題是:缺乏專題研究,滿足于茶館式的泛泛而談;缺乏整體規(guī)劃,基本是每門學(xué)科進(jìn)行自己的教學(xué)研究,缺乏整個專業(yè)的群體意識。為此開展教研活動就注意以下幾點問題。
1)力求教研與科研相結(jié)合,使教研活動課題化和系列化。教學(xué)研究重在“研究”兩字,應(yīng)確立教研與科研相結(jié)合的思路,在廣泛開展調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,確立每一階段研究的主題,針對學(xué)科研究中的重點、難點問題,力求通過專題研究加以突破,并圍繞這些專題,開展一系列的教研活動加以深化,把小型的研討活動與大規(guī)模的匯報、交流、推廣活動結(jié)合起來。
2)構(gòu)建資源共享的平臺。教師職業(yè)的一個很大特點是單兵作戰(zhàn),而教師間的相互合作與學(xué)習(xí)是教師成長最直接的資源之一。教研活動就應(yīng)該為教師間的合作、研討搭橋鋪路,所以教研活動就可以發(fā)揮教研組集體的力量,借助于現(xiàn)代教育技術(shù),把一些優(yōu)秀的案例放在公共的資源庫中,教師隨時可以瀏覽、調(diào)用,從而發(fā)揮資源共享的優(yōu)勢,讓教師能主動、自覺地提升教學(xué)實踐中合理的成分。
3)開展專題報告。學(xué)院每年對不同年級的學(xué)生舉行專題報告,使學(xué)生掌握相關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動化的最新知識,發(fā)展趨勢等。使用學(xué)生對學(xué)科有一定的認(rèn)識、興趣,進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)的意識。
2.2加強(qiáng)實踐教學(xué)
根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)特點,以主干課程為重點,確定各門課程的教學(xué)范圍和具體內(nèi)容,合理設(shè)置相應(yīng)的理論教學(xué)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié),優(yōu)化課程結(jié)構(gòu),整合實踐教學(xué)資源。確定實踐教學(xué)各環(huán)節(jié)的具體安排。實踐教學(xué)體系是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合實踐能力的重要手段,是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)和實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要保證。然而,實踐環(huán)節(jié)并不是零散的教學(xué)單元集合,只有將課程實驗、綜合實驗、畢業(yè)設(shè)計等各環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計,構(gòu)成與理論課程有機(jī)結(jié)合的實踐教學(xué)體系,才能達(dá)到培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。
1)在課程設(shè)置中,理論學(xué)習(xí)時間占1/3,生產(chǎn)實踐占2/3,理論實踐交替進(jìn)行,更好地培養(yǎng)學(xué)生的實用性。學(xué)生在校期間,需要完成課程實驗、基本工程能力實習(xí)、基本專業(yè)設(shè)計能力實習(xí)等實踐內(nèi)容。結(jié)合課程學(xué)習(xí)需要完成的實驗內(nèi)容包括:物理實驗、機(jī)械原理實驗、電路測試實驗、電子線路設(shè)計測試實驗、微機(jī)原理實驗、機(jī)械設(shè)計實驗、汽車拖拉機(jī)測試實驗、機(jī)電一體化實驗、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)實驗等?;竟こ棠芰Φ膶嵙?xí)內(nèi)容包括:金工實習(xí)、電工實習(xí)等?;緦I(yè)設(shè)計能力的實習(xí)內(nèi)容包括:機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計、機(jī)械制造工藝課程設(shè)計、專業(yè)方向課程設(shè)計等。
2)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)環(huán)節(jié)。在企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)環(huán)節(jié),學(xué)生需要完成專業(yè)實習(xí)、企業(yè)實習(xí)與專題設(shè)計、工程實踐、學(xué)位論文等實踐內(nèi)容。所有內(nèi)容以企業(yè)聯(lián)合中的真實科研項目需求為背景,具有極強(qiáng)的實踐性和指導(dǎo)性。通過在企業(yè)的不同部門(如售后服務(wù)部門、測試部門、研發(fā)部門等)分別安排一定的實習(xí)時間并定期輪換部門完成實習(xí)。專題課程設(shè)計題目來自于企業(yè)技改項目,學(xué)生完成項目設(shè)計與試制,并測試技術(shù)指標(biāo),撰寫專題設(shè)計報告。
2.3教學(xué)評價
在農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”中實行淘汰制培養(yǎng),這就要求有恰當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)效果評價體系。目前高校的評價體系中,形式過于單一,基本上采用閉卷筆試考試,注重應(yīng)試指標(biāo),注重定量檢測,忽視定性評價或分析,這種單一片面的評價體系限制了學(xué)生的思維能力和學(xué)習(xí)能動性的發(fā)揮,制約了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力的培養(yǎng),這種培養(yǎng)模式對拔尖創(chuàng)新人才尤為不利。因此必須根據(jù)“因材施教”的原則,建立靈活的、綜合的評價方式,以保證學(xué)生有更寬松的自我發(fā)展空間。
1)課程考核成績實行百分制,由平時考核成績和課終考核成績兩部分組成。應(yīng)提高平時考核成績所占的比重,如核心骨干課程的平時考核成績可占60%以上。
2)理論課程平時考核成績由課程習(xí)題、課程論文、課程心得、課程討論、讀書報告、課外實踐等綜合考核成績組成,課帶實驗課程的平時考核成績還包括每次實驗的成績;單列實驗課的平時成績由每一次實驗的考核成績組成。
3)理論課程的課終考核包括閉卷、開卷、抽題答辯、案例分析、上機(jī)考核、口試、課程報告、課程論文等形式;單列實驗課程的課終考核包括閉卷考核、實驗設(shè)計、實驗操作、實驗報告、課程論文等形式。原則上,課終考核的理論部分以閉卷筆試或上機(jī)考核為主。
4)教學(xué)實習(xí)考核成績由實習(xí)周記、實習(xí)報告、實結(jié)、實習(xí)態(tài)度、任務(wù)完成情況、實習(xí)單位鑒定等方面的綜合考核成績組成。
3提高學(xué)生綜合實踐能力
3.1綜合實踐可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力
隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得各種信息,當(dāng)對其有用的信息轉(zhuǎn)換為知識的時候,教師的作用就是教會學(xué)生獲取、加工、運用知識的能力,特別是創(chuàng)新能力。而綜合實踐活動是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力有效途徑,合理開發(fā)和綜合利用各種課程資源,優(yōu)化綜合實踐活動的設(shè)計。綜合實踐活動是教師針對學(xué)生的綜合實踐活動的指導(dǎo),調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)造性的想象力,鼓勵學(xué)生以靈活多樣的、獨特的活動方式進(jìn)行探究活動;綜合實踐活動既沒有規(guī)定的教材,也沒有規(guī)定活動場所。因此,綜合實踐活動的實施具有很大的靈活性,能給學(xué)生提供一定的創(chuàng)造空間。例如第六屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽(2014年)的主題為“幻夢課堂”;內(nèi)容為“教室用設(shè)備和教具的設(shè)計與制作”;整個比賽的題目貼近生活,都是同學(xué)們上課時要用到的工具。所以我們在組織學(xué)生參加比賽時,要求學(xué)生對日常課堂進(jìn)行觀察,同時對未來課堂的教學(xué)環(huán)境和狀態(tài)進(jìn)行想象,設(shè)計出使教學(xué)課堂更加豐富和實用的機(jī)械裝置。實踐性是綜合實踐活動最突出的特點;因為全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽要求提供完整的設(shè)計說明書和主要設(shè)計圖紙以及作品的實物樣機(jī)或放縮的實物樣機(jī);這要求學(xué)生需要把平時學(xué)習(xí)到的機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計及制造工藝等多門課程知識進(jìn)行理解,運用,最后轉(zhuǎn)換為實際加工的實物。整個過程強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過觀察、調(diào)查、選題、學(xué)習(xí)、制作、反思等一系列的活動,得到體驗,使學(xué)生在現(xiàn)實生活和社會實踐的基礎(chǔ)上開發(fā)出課題,學(xué)生通過親身的實踐探求出問題的結(jié)論。
3.2以學(xué)生綜合實踐活動為平臺,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)
學(xué)生科技創(chuàng)新活必須有相應(yīng)的場地、設(shè)備等物質(zhì)條件,也需要一定的資金支持。否則,學(xué)生科技創(chuàng)新就是無源之水、無本之木。而我校每年開展“科研興趣小組”和“創(chuàng)新實訓(xùn)項目”兩項活動。通過學(xué)生的組隊,基于自身興趣,選擇和研究問題進(jìn)行調(diào)研,完成申報書,學(xué)校組織相關(guān)專家教師的答辯,選擇具有創(chuàng)新性和實際性的項目,在實踐經(jīng)驗豐富的教師和教學(xué)輔助人員指導(dǎo)下,給予一定的資金支持。學(xué)生在項目完成科研任務(wù)的過程中,撰寫論文,申請專利等,使學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)和專業(yè)技能。同時通過這一系列的綜合實踐活動使學(xué)生獲得了自信心。
4結(jié)束語
關(guān)鍵詞:博弈論;本科生;專業(yè)實驗室
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)34-0172-03
一、引言
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是為了貫徹落實黨的十七大提出的走中國特色新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家、建設(shè)人力資源強(qiáng)國等戰(zhàn)略部署,貫徹落實《國家中長期教育改革和和工程實踐能力,培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需要的多種類型優(yōu)秀工發(fā)展規(guī)劃綱要》而提出的高等教育重大改革計劃?!白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”對高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才,調(diào)整人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu),提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,推動教育教學(xué)改革,增強(qiáng)畢業(yè)生就業(yè)能力都具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。
改革開放以來,我國高等教育事業(yè)取得了驕人的成績,然而我們更得清楚的認(rèn)識到我國在高校教學(xué)模式上尚存在待改進(jìn)地方。在知識經(jīng)濟(jì)社會條件下,卓越工程師不僅僅是理論知識儲備的多少,而是對創(chuàng)新、創(chuàng)造能力駕馭的能力。諾貝爾獎得主丁肇中曾說過:“自然科學(xué)是實驗的科學(xué),而實驗科學(xué)是自然科學(xué)中最活躍的部分。我獲得諾貝爾獎就是通過做實驗得到的,希望大家重視實驗教學(xué),不應(yīng)把實驗教學(xué)視為理論教學(xué)的附屬,理論是由實踐產(chǎn)生的?!?/p>
二、高校學(xué)生與實驗室對接之間存在的問題
據(jù)調(diào)查,目前高校學(xué)生接觸的實驗室普遍為基礎(chǔ)實驗室,并以作為理論課附屬物形式出現(xiàn)在學(xué)生面前。大一、大二的整體同學(xué)不能清晰了解本專業(yè)實驗室位置或功能,80%以上的同學(xué)對專業(yè)實驗室的目的和工作內(nèi)容并不了解,56%的同學(xué)認(rèn)為專業(yè)實驗室沒有必要對本科生開放。對于高年級同學(xué),僅有30%左右真正進(jìn)入過實驗室學(xué)習(xí),動手操作的更為少數(shù)。長期以來,高校專業(yè)實驗室尤其是國家級與省級重點實驗室的使用者主要為高校教師、博士、碩士研究生,本科生很難參與到其中來。在當(dāng)前教學(xué)模式下,較理想的行為即帶本科生參觀專業(yè)實驗室,講解實驗室構(gòu)造、設(shè)備功能等,本科生很難動手操作,更不可能參與到實驗中來。原因大概存在以下幾點:
1.設(shè)備昂貴。對于專業(yè)實驗室設(shè)備一般在幾萬元以上甚至幾十萬、上百萬。不適合作為教學(xué)器材。
2.由于經(jīng)費與其他條件限制,器材大多為單件。因此如若作為教學(xué)器材,無論是修復(fù)還是學(xué)生實踐限制性較為嚴(yán)重。
走進(jìn)實驗室從宏觀來講更利于本科生發(fā)展成為卓越工程師,從微觀來講無論是對自己專業(yè)方向的了解或是對專業(yè)課的吸收甚至是走向工作崗位還是碩士階段的學(xué)習(xí)都有某種程度的幫助。然而通過以上數(shù)據(jù)顯示本科生與實驗室接觸少,對于該問題通過以下博弈論模型分析其具體原因與相關(guān)改善方法。
三、建立相關(guān)博弈論模型
1.模型假設(shè)。利用博弈論理論,本研究進(jìn)行如下合理的假設(shè):(1)本科生申請走進(jìn)實驗室時只要其意向?qū)嶒炇疑形慈藛T飽和,就認(rèn)為該生有機(jī)會進(jìn)入實驗室。(2)本科生的意向?qū)嶒炇壹此x專業(yè)對口實驗室,不存在本科生所讀專業(yè)與實驗室對應(yīng)專業(yè)交叉的情況存在。(3)本科生走進(jìn)實驗室能給自己帶來一個提升,包括在實踐動手能力及對專業(yè)知識的理解,具體體現(xiàn)在以后的三個方面:就業(yè)難度降低;對專業(yè)課了解清晰可較快進(jìn)入碩士階段;能清晰把脈專業(yè)的發(fā)展方向。(4)本科生走進(jìn)實驗室亦能為學(xué)校帶來一些效益,包括增強(qiáng)動手能力加強(qiáng)就業(yè)與考研復(fù)試的競爭力;發(fā)表有影響力論文;未來在科研領(lǐng)域有較大成就。以上幾點均會對學(xué)校聲譽(yù)產(chǎn)生良性影響,間接為學(xué)校帶來效益。(5)本科生與專業(yè)課老師都有兩種選擇,是否申請進(jìn)入實驗室,是否接受該生進(jìn)入實驗室。唯有兩者均選擇“是”,才能順利進(jìn)入實驗室。
2.模型建立。就師生雙方而言均有兩種選擇,是否申請進(jìn)入實驗室,是否批準(zhǔn)該生進(jìn)入實驗室。由于雙方信息不對稱,使得一次博弈后會出現(xiàn)以下四種情況:一是學(xué)生申請進(jìn)入實驗室、老師未接受該生;二是學(xué)生申請進(jìn)入實驗室、老師接受該生;三是老師邀請學(xué)生進(jìn)入實驗室、學(xué)生選擇不進(jìn)入實驗室;四是學(xué)生未申請進(jìn)入實驗室、老師未邀請學(xué)生進(jìn)入實驗室。雖然現(xiàn)實生活中可能存在學(xué)生多次申請或老師多次邀請的低概率事件,但本論文暫不討論此種博弈情況。根據(jù)實際情況老師并不完全了解未進(jìn)入實驗室學(xué)生的實際個人能力,同樣學(xué)生也并不了解老師那兒是否可能接納本科生或更傾向于接納具備哪些特點的本科生。因此本文假設(shè)師生之間為不完備信息,且所有間接的能力提高、知識掌握或為學(xué)校帶來的聲譽(yù)提高等都可量化為一定的利潤指標(biāo)。
假設(shè)每個實驗室的最佳本科生容量為m(m≥0),實際參與申請實驗室的本科生數(shù)量n(n≥0),實驗室實際接納本科生數(shù)1(0≤1≤m,0≤1≤n)。因此可將理解為實驗室對本科生的需求量,將理解為最多可提供的本科生數(shù)量,將理解為最終接納量。假設(shè)每個本科生進(jìn)入實驗室會給實驗室與學(xué)校帶來的利潤值為f1(f1≥0),而實驗室需要為之付出的成本(包括器材勞損與其他一些軟件損耗)為c1(c1≥0),而對本科生自身得到的利潤值為f2(f2≥0),本科生自身所需付出的成本(主要為時間與精力耗費等)為c2(c2≥0)。這樣可以理解為如果實驗室需要一名本科生,而并未成功接納或邀請他則平均需付出成本-f1,如果實驗室需要本科生,而學(xué)生沒有積極去申請甚至拒絕則需付出成本-f2。據(jù)分析博弈模型見下表,為非對稱博弈。
由上表分析可知,(不申請,不接納)情況下必定為此模型的一個Nash均衡,這說明在理論情況下本科生未走進(jìn)實驗室是一個Nash均衡,而僅當(dāng)f2-c2≥-f2且f1-c1≥-f1時即f2≥■且f1≥■時滿足另外一個Nash均衡。從上式可看出,本科生走進(jìn)實驗室是在一定條件下才能達(dá)到均衡的。
四、模型分析結(jié)果
假設(shè)對本科生而言,有p的概率選擇申請進(jìn)入實驗室,1-p的概率選擇不申請。對于實驗室老師而言,有q的概率選擇接納或邀請學(xué)生,1-q的概率選擇不接納或不邀請。
設(shè)第i本科生進(jìn)入第j個實驗室都會對實驗室的發(fā)展產(chǎn)生一個影響∝i,j,而mi,j值的正負(fù)由本科生的適應(yīng)能力、個人能力等因素相關(guān)。第k個實驗室的老師不僅會關(guān)注mi,k(本科生進(jìn)入本實驗室后對實驗室的影響)的大小,同樣會關(guān)注 ∝i,j(j≠k)(其他本科生進(jìn)入其他實驗室后產(chǎn)生的影響)的大小。即∝i,j的正負(fù)及大小,將會對專業(yè)老師吸納本科生進(jìn)入實驗室的決定上有所影響。
這樣即可將此模型視為重復(fù)的群體博弈。假設(shè)在第 個時期,欲接納本科生的實驗室占總實驗室的比例為x(t),欲進(jìn)入實驗室的本科生占本科生總數(shù)的比例為y(t)。令ur,1表示欲接納本科生的實驗平均所獲利潤值。由上n為本科生數(shù)量,實驗室的最佳本科生容量為m,最終接納量為1,則在第t時期指標(biāo)期望值如下:
ur,1=1(f1-c1)+(m-1)(-f1) n>m時 (2-1)
ur,1=1(f1-c1)+(m-1)(-f1) m>n時 (2-2)
設(shè)用ur,2表示不接納本科生的實驗獲得利潤值期望值,即:
ur,2=n(-f1)+m(c2-f2) (2-3)
對于實驗室而言,唯有ur,2≥ur,1時實驗室才會選擇接納本科生,而當(dāng)ur,2?垌ur,1時有更多的實驗室傾向于接納本科生。即當(dāng)參與申請人數(shù)大于實驗室最佳本科生容量時,在滿足f1≥■的條件下,實驗室選擇接納本科生更利于自身發(fā)展;而在參與申請人數(shù)小于實驗室最佳本科生容量時,需滿足f1≥■。
通過以上分析,容易發(fā)現(xiàn)降低m(c2-f2)+1c1可較易保證滿足以上不等式。有效途徑包括增大本科生走進(jìn)實驗室所獲得的利潤;降低本科生參與實驗室過程中所耗費的時間、精力成本;降低實驗室在接納本科生時所需提供的物質(zhì)成本;降低本科生最佳容量與實際接納本科生數(shù)量。然而對于后兩者并未達(dá)到平衡,在降低本科生容量與實際接納量的過程中,將會使式m(c2-f2)+1c1的值降低,則與之相比本科生帶給實驗室的利潤值f1增大,與此同時實驗室又傾向于增大本科生容量與接納本科生的數(shù)量來增大利潤值。因此,對于后兩種方法并不是我們渴望得到。同樣,增大本科生申請量亦可以使不等式成立。同樣的分析對于本科生, 令vr,1表示申請進(jìn)入實驗室的本科生平均所獲利潤值。則在第t時期指標(biāo)期望值如下:
vr,1=f2-c2 (2-4)
設(shè)用vr,2表示不接納本科生的實驗獲得利潤值期望值,即:
vr,2=c2-f2 (2-5)
而當(dāng)本科生不去申請時期利潤期望值顯然為
vr,3=0 (2-6)
則易發(fā)現(xiàn),大體方案有兩種:其一,當(dāng)增大對本科生的接納比例,同時增大本科生參與實驗室的利潤值,降低成本;其二,降低本科生的接納比例,同時降低本科生參與實驗室的利潤值,增大成本值。而第二種方案將會直接導(dǎo)致更少的本科生申請加入實驗室。因此只有第一種方案時可取的。
五、總結(jié)
通過以上分析需要從以下幾點進(jìn)行改進(jìn)才能使更多本科生走進(jìn)實驗室,成為新一代的卓越工程師。
1.增大本科生走進(jìn)實驗室?guī)Ыo本科生與實驗室的利潤值(可通過學(xué)校進(jìn)行干預(yù))。
2.降低本科生走進(jìn)實驗室時雙方所需的成本值(可通過學(xué)校給予補(bǔ)貼等途徑實現(xiàn))。
3.增大實驗室的本科生容量(不僅是空間的容量,更是老師給予的關(guān)注度與實驗設(shè)備數(shù)量)。
4.增大申請進(jìn)入實驗室的本科生數(shù)量(需要學(xué)?;?qū)I(yè)老師講解走進(jìn)實驗室的優(yōu)點)。
參考文獻(xiàn):
[1]王立成.推進(jìn)專業(yè)實驗室開放?搖培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力[J].高等建筑教育,2011,05:128-131.
[2]龔誼,王先甲,李壽貴.校企實習(xí)聯(lián)盟模式變遷的進(jìn)化博弈模型與演化路徑[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2012,32(9):1945-1952.
[3]李巖,李文哲.農(nóng)業(yè)工程專業(yè)基礎(chǔ)實驗室建設(shè)與實驗教學(xué)改革的探討[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2009.02.
[4]馬丁J奧斯本,阿里爾.魯賓斯坦,博弈論[M].魏玉根譯,中國社會科學(xué)出版社,2000:176-180.
關(guān)鍵詞:工程任務(wù)課程化;卓越工程師;培養(yǎng)方案
中圖分類號:G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-0118(2011)-12-00-02
工程任務(wù)課程化是在培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力中將真實的工程任務(wù)引入到教學(xué)中,涉及到第一、二、三產(chǎn)業(yè)的工程任務(wù)(農(nóng)業(yè)工程、工業(yè)工程、服務(wù)工程),并包含生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、服務(wù)等各個領(lǐng)域的任務(wù)。將這些任務(wù)分解細(xì)化到各門課程中,讓學(xué)生在學(xué)中做,在做中學(xué),實際工作完成情況即是對學(xué)生的考核結(jié)果。
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”由教育部發(fā)起,旨在為未來各行各業(yè)培養(yǎng)各種類型的、優(yōu)秀的工程師后備軍。它要求高校轉(zhuǎn)變辦學(xué)理念、調(diào)整人才培養(yǎng)目標(biāo)定位以及改革人才培養(yǎng)模式。2009年底,教育部計劃在部分高校試點“卓越工程師”培養(yǎng)工作。工程師類性要分為應(yīng)用型、設(shè)計型和研究型3種。應(yīng)用型工程師建議主要在本科階段培養(yǎng),設(shè)計型工程師建議主要在碩士階段培養(yǎng),研究型工程師建議主要在博士階段培養(yǎng)。本文主要針對應(yīng)用型卓越工程師,介紹了齊齊哈爾工程學(xué)院人力資源管理專業(yè)以工程任務(wù)課程化載體,專科層次卓越人力資源管理師人才培養(yǎng)方案的研究情況。
一、人力資源管理專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與人才培養(yǎng)規(guī)格
(一)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。人力資源管理專業(yè)培養(yǎng)擁護(hù)黨的基本路線,適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的,德、智、體、美等方面全面發(fā)展的高等技術(shù)應(yīng)用性、職業(yè)型的創(chuàng)業(yè)者。學(xué)生應(yīng)具有扎實的人力資源管理理論基礎(chǔ)知識,具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力、溝通能力、信息處理能力、分析綜合能力、團(tuán)隊合作能力和客戶服務(wù)能力。具備較快適應(yīng)人事助理、行政文員、基層經(jīng)理、客戶服務(wù)助理崗位的實際工作能力,具有創(chuàng)業(yè)精神和良好的職業(yè)道德。
(二)人才使用規(guī)格。學(xué)生畢業(yè)后主要去企業(yè)生產(chǎn)第一線,從事人事助理、行政文員、基層經(jīng)理、客戶服務(wù)助理工作,具體業(yè)務(wù)范圍是進(jìn)行人力資源預(yù)測與規(guī)劃、工作分析與設(shè)計、人員的甄選與錄用、合理配置和使用、員工培訓(xùn)、績效考核、薪酬福利、文件管理、會議管理、考勤管理、經(jīng)費管理、制度管理、客戶信息管理、客戶滿意度管理、客戶投訴的處理、客戶溝通等方面的工作。
二、人才培養(yǎng)方案制定的出發(fā)點
(一)專業(yè)能力培養(yǎng)與工程任務(wù)課程化。根據(jù)實施“卓越工程師”的總體方案,結(jié)合卓越人力資源管理師培養(yǎng)的上述專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),打破傳統(tǒng)的“基礎(chǔ)課―專業(yè)課―工程實習(xí)”三段分割的教學(xué)模式,以如圖1所示的“專業(yè)能力進(jìn)階”培養(yǎng)方式對人力資源管理專業(yè)的教學(xué)計劃進(jìn)行科學(xué)合理安排,全過程采用“工程任務(wù)課程化”教學(xué)方法,使學(xué)生“學(xué)中做”、“做中學(xué)”,多維度、交錯融合、螺旋式提升學(xué)生的綜合工程實踐能力,通過工程任務(wù)的差異來實現(xiàn)因材施教和個性化能力培養(yǎng)。
(二)理論教學(xué)課程體系。理論課程體系分為公共學(xué)習(xí)領(lǐng)域、專業(yè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域、拓展學(xué)習(xí)領(lǐng)域。
(三)實踐教學(xué)課程體系。實踐教學(xué)課程體系分為理論課程中實訓(xùn)環(huán)節(jié)、第三學(xué)期實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)。這三項實習(xí)均以工程任務(wù)課程化為載體,以學(xué)生完成實際工程任務(wù)的情況作為考核學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)。
(四)人文與職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)體系。學(xué)生的人文與職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)貫穿了整個大學(xué)三年,主要通過人文素質(zhì)選修課、職業(yè)生涯發(fā)展課程、專業(yè)實踐課程等來培養(yǎng)學(xué)生的人文與職業(yè)素養(yǎng),使學(xué)生由“校園人”變?yōu)椤奥殬I(yè)人”。
三、課程體系
基于“專業(yè)能力進(jìn)階”的培養(yǎng)方式,全過程采用“工程任務(wù)課程化”教學(xué)方法,現(xiàn)將專業(yè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域和拓展學(xué)習(xí)領(lǐng)域的課程進(jìn)行介紹:
專業(yè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域主要包括以下課程:《管理理論與實務(wù)》、《人力資源管理》、《勞動法》、《人事心理學(xué)》、《人員招聘與測評》、《人力資源培訓(xùn)與開發(fā)》、《績效管理》、《專業(yè)英語》、《薪酬管理》、《社會保障學(xué)》、《管理溝通》、《人力軟件操作實訓(xùn)》、《領(lǐng)導(dǎo)學(xué)》、《客戶服務(wù)實務(wù)》崗位實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)畢業(yè)設(shè)計。這寫課程的理論和實踐技能是企業(yè)人力資源管理師必須掌握,通過這些課程的學(xué)習(xí),采取“工程任務(wù)課程化”的教學(xué)方法,讓學(xué)生通過完成實際工程任務(wù)做到“學(xué)中做”、“做中學(xué)”“學(xué)做合一”。
拓展學(xué)習(xí)領(lǐng)域包括:《經(jīng)濟(jì)法》、《統(tǒng)計學(xué)》、《基礎(chǔ)會計》、《西方經(jīng)濟(jì)學(xué)》、《企業(yè)文化》、《財務(wù)管理》、《商務(wù)談判》、《管理咨詢》、《創(chuàng)業(yè)管理》。通過這些課程拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)面,使學(xué)生的知識面更廣,為從事企業(yè)人力資源管理工作奠定堅實的基礎(chǔ)。
四、學(xué)分要求
對于參加卓越人力資源管理師培養(yǎng)計劃的學(xué)生,在3年學(xué)習(xí)期滿畢業(yè)時,至少修滿154學(xué)分,具體要求如下:
(一)公共學(xué)習(xí)領(lǐng)域(含必修和選修):33.5學(xué)分
(二)專業(yè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域(含必修和選修):57.5學(xué)分
(三)拓展學(xué)習(xí)領(lǐng)域(包括校內(nèi)跨學(xué)科和系內(nèi)跨專業(yè)兩種選修課):至少21學(xué)分
(四)企業(yè)培養(yǎng)(包括第三學(xué)期實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)):28學(xué)分
(五)畢業(yè)設(shè)計:14學(xué)分
五、企業(yè)培養(yǎng)計劃
(一)企業(yè)實習(xí)內(nèi)容。由教師和企業(yè)共同設(shè)計企業(yè)培養(yǎng)計劃,大一、大二主要實習(xí)項目有理論課程中的實踐教學(xué)環(huán)節(jié),如:《人員招聘與測評》課程中設(shè)有招聘工作實踐環(huán)節(jié),學(xué)生需要完成企業(yè)的實際招聘任務(wù);第三學(xué)期實習(xí),學(xué)生在每年的6月中旬到8月中旬到企業(yè)實習(xí),以員工的身份工作兩個月,完成企業(yè)的實際工程任務(wù)。
大三2月中旬到4月中旬為頂崗實習(xí),也就是利用8周時間,完成企業(yè)(崗位)的頂崗實習(xí)。大三11中旬到次年的6月底主要是畢業(yè)設(shè)計,也就是在企業(yè)或?qū)W校完成與企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場實際緊密結(jié)合的畢業(yè)設(shè)計(論文),題目由企業(yè)、學(xué)校和學(xué)生共同擬定。
(二)企業(yè)實習(xí)考核要求。企業(yè)實習(xí)環(huán)節(jié)是卓越人力資源管理師培養(yǎng)的重要教學(xué)環(huán)節(jié),關(guān)系到整個計劃的成敗。主要學(xué)習(xí)內(nèi)容包括:檔案管理崗位實踐操作、人事助理崗位實踐操作、客戶服務(wù)助理崗位實踐操作、基層經(jīng)理崗位實踐操作。
在企業(yè)實習(xí)過程中的考核以實踐總結(jié)報告為主,學(xué)生在實習(xí)過程中要寫實習(xí)周記、撰寫實結(jié)、完成教師布置的項目作業(yè),總結(jié)實習(xí)中的心得及遇到的問題,并分析問題解決問題,把實習(xí)周記、總結(jié)、項目作業(yè)交給企業(yè)實習(xí)指導(dǎo)教師和校內(nèi)指導(dǎo)教師評閱。
六、結(jié)束語
以上介紹了卓越人力資源管理師人才培養(yǎng)方案,本方案的制定以“工作任務(wù)課程化”教學(xué)方法為載體,學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和實踐操作都以完成實際工程任務(wù)為基礎(chǔ),本方案在后續(xù)的實施過程中需要根據(jù)實際情況進(jìn)行修改完善。最終目標(biāo)是為我國各行業(yè)培養(yǎng)大批卓越工程師人才。
參考文獻(xiàn):
[1]陳希.著力培養(yǎng)卓越工程師后備人才[N].人民日報,2010-07-09.
[2]王天寶.基于CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實踐[J].高等工程教育研究,2010,(1).
[3]林健.談實施“卓越工程師培養(yǎng)計劃”引發(fā)的若干變革[J].中國高等教育,2010,(17):30-32.
農(nóng)林英語從屬與科技英語的一種。農(nóng)林專業(yè)的學(xué)生在用專業(yè)英語獲取各種科技信息的時,以及用英語翻譯和閱讀科技文章時,如科技文獻(xiàn)、科技論文時都需要用到相關(guān)專業(yè)英 語。本文對農(nóng)林專業(yè)英語詞匯和句子的特點進(jìn)行初步分析,試從詞匯方面(縮略語、固定搭配等)分析專業(yè)詞匯的特點同時分析農(nóng)林領(lǐng)域英語句子的特點,從句子翻譯方面入手探討如何進(jìn)行專業(yè)領(lǐng)域的翻譯。
關(guān)鍵詞:農(nóng)林英語;詞匯特征;翻譯
作為專業(yè)用途英語,農(nóng)林專業(yè)英語以其專業(yè)性特點在科技英語中的地位越來越重要。農(nóng)林英語的特點是專業(yè)性強(qiáng)、邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、廣泛應(yīng)用于農(nóng)林科技方面。因此,無論是作為高校農(nóng)林專業(yè)的學(xué)生還是從事翻譯的專業(yè)人員,弄清農(nóng)林專業(yè)英語的特點,正確翻譯此類專業(yè)文本是非常重要的。鑒于“詞句”從來都是依附文本而存在的事實,本文試圖從典型句子以及語法方面入手,歸納總結(jié)出一些特點。
1.詞匯特征
農(nóng)林英語詞匯既屬于科技詞匯又屬于專門用途英語詞匯。鑒于其雙從屬性,其構(gòu)成方法除了固定的專有名詞及縮略語以外,主要是通過合成、復(fù)合、派生等構(gòu)詞手法組成新詞。表現(xiàn)為以下特征:
①主要應(yīng)用農(nóng)林專業(yè)領(lǐng)域;該類詞匯在日常生活中及公共場合并不常見;如:Carbon sink碳匯;
②主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面研究的專業(yè)用語;如:Mulberry Silk桑蠶絲;
③主要應(yīng)用于林業(yè)方面研究的專業(yè)用語;如:Allowable Annual Cut年度允許采伐量;
在此基礎(chǔ)上,更多把握農(nóng)林科技英語的詞匯范圍、常用構(gòu)詞手法、特有的縮略語表達(dá)等,了解各類詞綴含義,了解普通詞匯在農(nóng)林學(xué)英語中的專業(yè)含義獲得詞匯科學(xué)分析能力和綜合詞匯能力是十分必要的。
1.1縮略語
在農(nóng)林專業(yè)英語文章中,縮略語的應(yīng)用是非常普遍的,常見的如
LIFDC:(Low Income Food Deficit Countries)低收入缺糧國家;三農(nóng):Farmers,Rural Areas,Agriculture Production;一些與農(nóng)學(xué)相關(guān)的學(xué)位職稱和政策名詞縮寫:AE:(Agricultural Engineer)農(nóng)業(yè)工程師;AD:(Agriculture Decisions)《農(nóng)業(yè)決策》;
林業(yè)方面常見的縮略詞匯:SM:Soil Mechanics)土壤力學(xué);API:Air Pollution Index)空氣污染指數(shù);一些與林學(xué)相關(guān)的學(xué)位職稱和政策名詞縮寫:BF:(Bachelor of Forestry)森林學(xué)士;AA:Action Area)預(yù)定自然保護(hù)區(qū)等。
1.2構(gòu)詞
在一些農(nóng)林英語文章中會遇到一些有常見的名詞構(gòu)成的新詞匯。這種新詞或是派生出來的或是通過增加前后綴復(fù)合而成。以下為具體例子:
派生詞:旱生植物:Xerophyte;水生植物:Hydrophyte耐鹽堿植物saline-alkali tolerant plan;
復(fù)合詞如:針葉植物:needle-leaved plant;抗風(fēng)植物:wind-resistant plant;溫室覆蓋:greenhouse covering;也有一些專業(yè)術(shù)語是通過詞的曲折變化而形成的新詞,如:混交林:mixed woodland;混合林:mixed forest;花壇植物:Bedding plant等。
1.3一般詞匯的專業(yè)用法
有些詞匯在普通的英語文章中用的是常用意義而在專業(yè)英語中則需要用專業(yè)術(shù)語翻譯。比如:infant,常見詞義為“嬰兒的、幼兒的”,其法律術(shù)語為“未成年的”,而用在農(nóng)科和生物學(xué)上時則譯為“未成熟的”,如infant fruit 未成熟 的果實);“canopy” 的普通詞義是“罩蓋、天篷”等,但在林學(xué)上的意思是“樹冠、冠層”;“hill 或 hills) ”的普通詞義是 “小山、丘陵、岡巒、土堆”等,但在農(nóng)科和生物學(xué)上則譯為“成堆種植的作物、穴”[1]。
也有一些詞匯在固定搭配中出現(xiàn)時則翻譯成另外一種意思,如:agent常見用法為“,機(jī)構(gòu)”,在“Biological agent”則翻譯為生物因子;Chronic常見用法為“慢性的;慢性病”而在“Chronic hunger”則譯為“長期饑餓”;“Crop failures、Crop residues、Crop rotation”則分別譯為“作物歉收、作物秸稈、作物輪種”;再如conservation agriculture 保護(hù)性農(nóng)業(yè);Breeding cycle 生殖周期等。
2.句子順序的調(diào)整
無論是在專業(yè)領(lǐng)域英語文章的翻譯還是一般公共英語的翻譯時都會涉及到句序調(diào)整的問題。處理這類文章段落的翻譯時,使用的方法包括定語后置、賓語前置、倒裝正譯、主動變被動等,其目的都是為了使譯文既符合專業(yè)領(lǐng)域要求又漢語閱讀習(xí)慣。
例:A Purdue University(U.S.)method to estimate the amount of protection trees provide against ultraviolet-B may influence how communities are built and the incidence of skin cancer.
譯文:美國珀杜大學(xué)提供的對防止紫外線B輻射的樹木保護(hù)的估測方法可能會對社區(qū)的建立和皮膚癌的發(fā)病率產(chǎn)生影響。
在本句中,Purdue University method 是主語,to estimate 引導(dǎo)的不定時從句在原文是method 的后置定語,翻譯時為了符合漢語習(xí)慣,調(diào)整順序,將其前置。
例:Since composting can convert organic wastes into a form more beneficial to the environment and divert material from landfills and incinerators,then composting can be adopted as alterative waste management practice.
譯文:堆肥可以將有機(jī)廢物變成一種比較有利于環(huán)境的形式并使一些廢棄物免于被焚燒,因此堆肥是廢物處理的一種可選擇的方法。
在后半句中,composting can be adopted as alterative waste management practice原為被動,直譯過來為“堆肥被認(rèn)為是一種可選擇的方法”;在翻譯時為了是文本更貼近讀者閱讀習(xí)慣也為了突出重點將被動翻譯成主動。
3.長句翻譯
在英語文章中長句是經(jīng)常出現(xiàn)的。長句也分為兩種復(fù)雜長句和簡單長句。農(nóng)林專業(yè)英語屬于信息類文本,故較多使用長句,修飾成分復(fù)雜多包涵介詞短語、不定式短語以及各種從句。翻譯長句時可采用順譯、倒譯、綜合、拆分等方法。以下案例選自21世紀(jì)農(nóng)業(yè)科學(xué)專業(yè)英語――《農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理英語》一書中。
例:Also with the subjects of higher production and improved efficiency,the old open field manors of eastern England and the midlands,with their scattered strips of tillage land and their very unproductive commous,were replanned,enclosed and converted into farming units of a size that would admit of economic production.
該句是復(fù)雜長句。句中的主語是the old open field manors、tillage land、commous;were replanned 是謂語;that引導(dǎo)的從句作先行詞size的后置定語;同時該句中將名詞短語with the subjects of譯成動詞短語以達(dá)到突出強(qiáng)調(diào)的目的。所以在翻譯時劃清句中的斜體部分主謂賓成分之后綜合分析主干詞語后各成分所起的作用,綜合譯出譯文。
譯文:此外,為了增加產(chǎn)量和提高效率,英國東部和中部無籬笆墻的古老莊園及其分散的長條耕地和貧瘠的公地也被重新加以規(guī)劃。這些耕地或公地都被圍上了籬笆從而變?yōu)橐?guī)模適合進(jìn)行經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)單位。
例:Ecologyliterally the study of plants and animals in their homes) seeks to explain these interrelationships between all different members of a community,and to build up an understanding of the community as a whole.
該句是簡單長句。在本句中,Ecology是主語;主語的修飾成分雖然很長但其表達(dá)順序與漢語表達(dá)類似。所以對于這種類型的句子就可以采取拆分法將原文拆分成幾個簡單小句,順序翻譯。
譯文:生態(tài)學(xué),從詞義上講就是指對動植物機(jī)器所處環(huán)境的研究一門學(xué)科。它是為了闡明某一群落的所有不同成員之間的這些相互關(guān)系和建立對作為這一整體的該群落的理解。
4.結(jié)論
科技英語用于自然科學(xué)和社會科學(xué)的學(xué)術(shù)著作、論文、研究報告的撰寫,用于報道科技動態(tài)、科研成果,描述生產(chǎn)過程、專業(yè)產(chǎn)品說明書等,有著語言客觀、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范、語氣正式、文體質(zhì)樸、專業(yè)術(shù)語強(qiáng)等特點[2]。
了解專業(yè)英語的特點,掌握專業(yè)術(shù)語對于農(nóng)林專業(yè)的學(xué)生來說不但對其進(jìn)行專業(yè)知識的學(xué)習(xí)能夠提供幫助而且會提高其專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀能力,同時對其以后研究生階段的科研能力也也是大有裨益。因此,作為專業(yè)翻譯人員,在掌握了一定的翻譯理論和足夠量的詞匯之后,充分利用已經(jīng)掌握的專業(yè)知識同時結(jié)合公共英語的分析方法、專業(yè)領(lǐng)域英語的特點,理解、掌握相關(guān)專業(yè)詞匯進(jìn)行準(zhǔn)確而地道的翻譯是每個譯員必備的能力。(作者單位:北京林業(yè)大學(xué)外語學(xué)院)
參考文獻(xiàn):
[1]姚婭萍,徐亞萍.農(nóng)林院校學(xué)生英語翻譯能力培養(yǎng)的研究.浙江林學(xué)院學(xué)報,200103):319-321.
關(guān)鍵詞 智慧農(nóng)業(yè);物聯(lián)網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu);發(fā)展現(xiàn)狀;問題
中圖分類號 F49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2016)14-0338-03
Discussion Development of Internet of Things and Wisdom Agriculture
DONG Miao HUANG Rong-rong ZHENG Yong ZHAO Shi-jing CHEN Jie *
(Tongji University,Shanghai 201800)
Abstract With the development of internet,wisdom agriculture is a trend of agriculture in our country,and the internet of things is the key technology of wisdom agriculture. This paper mainly introduced the connotation of internet of things and wisdom agriculture,architecture of internet of things,mainly including perception layer,network layer and application layer.At the same time,the paper concretely introduced the internet of things in wisdom agriculture development situation and existing problems.
Key words internet of things;wisdom agriculture;framework of internet of things;development situation; problems
智慧農(nóng)業(yè)是我國近幾年根據(jù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展而新產(chǎn)生的一個概念,就是在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),充分利用傳感器和其他平臺軟件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活進(jìn)行監(jiān)測和控制。由于我國農(nóng)業(yè)已經(jīng)步入由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的階段,越來越多的現(xiàn)代化智能技術(shù)融入到農(nóng)業(yè)中,而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是智慧農(nóng)業(yè)的主要支撐技術(shù),我們越來越多地感受到智慧農(nóng)業(yè)給我們帶來的便捷、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì),這是我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個主要趨勢。
1 物聯(lián)網(wǎng)與智慧農(nóng)業(yè)
1.1 物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)[1](internet of things)定義的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),主要是將物品與物品之間用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接,所使用的技術(shù)包括智能感知識別技術(shù)、普適計算等通信感知技術(shù),簡而言之,就是利用互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理控制的智能化網(wǎng)絡(luò),從而更好地將物與物、人與物進(jìn)行連接,可以說物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸,在兼容了互聯(lián)網(wǎng)所有的應(yīng)用后,同時又具有自己的私有化和個性化。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)相結(jié)合,是將其具體應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、服務(wù)的整個產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中,即將農(nóng)產(chǎn)品與農(nóng)產(chǎn)品之間的信息應(yīng)用現(xiàn)代智能感知技術(shù)進(jìn)行采集測定,然后將收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行識別處理,再傳到操作終端,實現(xiàn)智能化控制[2]。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用就是通過在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中安裝各類傳感器,如溫度傳感器、濕度傳感器等,通過數(shù)據(jù)連接,將無線傳感網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行集成,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息在各個環(huán)節(jié)的傳輸,最后將大量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息進(jìn)行整理融合,由操作終端實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程監(jiān)控,進(jìn)而實現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)、高效、集約的目標(biāo)。
1.2 智慧農(nóng)業(yè)
智慧農(nóng)業(yè)即在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),充分利用傳感器和其他平臺軟件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活進(jìn)行監(jiān)測和控制,使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)不再像傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)一樣封閉,而是具有“智慧”,智慧農(nóng)業(yè)不僅可以進(jìn)行基本的感知、控制和管理,更是擴(kuò)展到了電子商務(wù)、食品溯源防偽、農(nóng)業(yè)休閑旅游、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)等方面的內(nèi)容,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以說是智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)[3]。
2 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
2.1 信息感知層
顧名思義,感知層相對于物聯(lián)網(wǎng)而言,類似于人類的感覺器官,主要是用于識別物體并進(jìn)行信息采集。信息感知層通過采用先進(jìn)的傳感技術(shù),即利用溫度、濕度、光照、風(fēng)速等各種傳感器,得到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的精細(xì)化信息,如設(shè)施內(nèi)溫度、濕度、光照情況、CO2濃度、土壤濕度、營養(yǎng)液濃度等信息,是對植物生長狀況進(jìn)行判定的基礎(chǔ)[4]。
2.2 信息傳輸層
信息傳輸層由互聯(lián)網(wǎng)、云計算平臺、移動通信網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等組成,主要負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息,也是物聯(lián)網(wǎng)的中樞環(huán)節(jié)。信息傳輸層主要作用就是將信息感知層獲取的數(shù)據(jù)以多種通信協(xié)議向局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。其中應(yīng)用較多的為無線傳感網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[5]通過無線通信方式自行組網(wǎng),對網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的對象的動態(tài)信息進(jìn)行采集,并進(jìn)一步計算處理。由于其監(jiān)控效率高,且具有成本低的有點,因而在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的信息采集工作中應(yīng)用廣泛。
2.3 信息應(yīng)用層
信息應(yīng)用層通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理而制定相應(yīng)的管理決策,從而實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的控制。例如利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取作物生長環(huán)境的溫濕度、光照強(qiáng)度等信息,并對各類信息進(jìn)行分析,依據(jù)制定的管理策略,與傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行通訊,控制傳動機(jī)構(gòu),進(jìn)行自動灌溉、施肥、加溫、控光等,同時對異常信息自動報警[6]。
3 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析
3.1 信息感知技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ),而信息感知技術(shù)又是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ),信息感知技術(shù)是整個智慧農(nóng)業(yè)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。該技術(shù)包括射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)、農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)、遙感技術(shù)等。
3.1.1 射頻識別技術(shù)。射頻識別技術(shù)是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù),該技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合,可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的物品跟蹤與信息共享。射頻識別技術(shù)在食品行業(yè)中主要應(yīng)用于食品的跟蹤和溯源。應(yīng)用射頻識別技術(shù)系統(tǒng)可確保食品供應(yīng)鏈的高質(zhì)量數(shù)據(jù)交流,可確保食品源的清晰,實現(xiàn)產(chǎn)品追蹤,從而實現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控和追溯[7]。同時,射頻識別技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合,可以感知食品加工和儲藏過程中環(huán)境的狀態(tài)信息,因為環(huán)境因素對食品品質(zhì)影響很大,記錄分析這些因素就顯得十分重要。利用無線通信技術(shù)可以方便地把這些狀態(tài)信息及其變化傳遞出來。
3.1.2 全球定位系統(tǒng)技術(shù)。全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS)是美國從20世紀(jì)70年代開始研制,在1994年全面建成,可以在海陸空的三維空間中進(jìn)行全方位的導(dǎo)航和定位。全球定位系統(tǒng)技術(shù)的定位定時功能能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)田具體生產(chǎn)狀況的跟蹤與描述,同時輔助農(nóng)業(yè)機(jī)械將農(nóng)作物肥料等定點運送并噴灑到準(zhǔn)確的位置[8]。
3.1.3 農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)。農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心,主要用于采集各類農(nóng)業(yè)信息,包括空氣溫度、濕度等環(huán)境指標(biāo)參數(shù),畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的有害氣體含量,種植業(yè)中的光、溫、水、肥、氣等參數(shù),以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的酸堿度、氨氮、溶解氧、濁度、電導(dǎo)率等參數(shù)。
3.1.4 遙感技術(shù)。遙感技術(shù)從不同高度的平臺上,使用不同的傳感器,對地球表層各類地物的電磁波譜信息進(jìn)行收集,并進(jìn)行分析處理。遙感技術(shù)利用地面目標(biāo)反射或輻射電磁波的固有特性,通過觀察目標(biāo)的電磁波信息以達(dá)到獲取目標(biāo)的幾何信息和物理屬性的目的。在智慧農(nóng)業(yè)采集地面空間分布的地物光譜反射或輻射信息,實施全面監(jiān)測,同時根據(jù)光譜信息,進(jìn)行空間的定性與定位分析,從而提供大量的田間時空變化信息[9]。
3.2 信息傳輸技術(shù)
農(nóng)業(yè)信息感知技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中運用最廣泛的是無線傳感網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)[10]采用無線通信方式,由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點組成,負(fù)責(zé)感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息。藍(lán)牙(bluetooth)[11]是一種短距離無線通信技術(shù)規(guī)范 ,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和語音通信,藍(lán)牙通信帶寬為lMb/s,一個“藍(lán)牙”主設(shè)備最多同時與7個其他的“藍(lán)牙”設(shè)備通信,支持點對點和點對多的連接,使用靈活的無基站組網(wǎng)方式。目前主要的應(yīng)用場景有數(shù)碼相機(jī)圖像傳輸,計算機(jī)、手機(jī)等的交互會議,耳機(jī)、游戲機(jī)等的電子娛樂產(chǎn)品等,汽車產(chǎn)品等。Wi-Fi(wireless fidelity)是IEEE定義的無線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE802.11),主要特點是可靠性高、速度快,在開放的環(huán)境通信距離達(dá)到300 m以上,在相對封閉的環(huán)境里通信距離在100 m。組網(wǎng)靈活、成本低、可移動性好,與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)非常容易整合。但是其明顯的缺點是信號強(qiáng)度影響其穩(wěn)定性,抗干擾性不好,且設(shè)備的功耗非常高。目前,Wi-Fi應(yīng)用在如手機(jī)、PAD等的便攜式電子產(chǎn)品中,有效解決校園網(wǎng)或辦公室無線局域網(wǎng)的無線接入問題[12]。
3.3 信息應(yīng)用技術(shù)
信息處理技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最后環(huán)節(jié),也是智慧農(nóng)業(yè)實現(xiàn)自動控制的基礎(chǔ),應(yīng)用的技術(shù)有云計算、決策支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、智能控制技術(shù)等技術(shù)。
3.3.1 云計算。云計算指將計算任務(wù)分布在資源池上,使應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)根據(jù)需要獲取存儲空間及軟件服務(wù)。面對智慧農(nóng)業(yè)中的大量數(shù)據(jù),云計算可以實現(xiàn)信息存儲資源和計算能力的分布式共享,超級強(qiáng)大的信息處理能力同時也為大量信息提供支撐[13]。
我國近年來開展云計算對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用,在農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用都有研究。目前農(nóng)業(yè)云體驗平臺包括農(nóng)業(yè)信息智能搜索與服務(wù)平臺和綠云格平臺,通過這2個平臺能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)市場信息和實用技術(shù)的準(zhǔn)確獲取與分析,為農(nóng)業(yè)主管部門、企業(yè)及農(nóng)戶個人提供個性化檢索,同時提供全方位的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境遠(yuǎn)程管理服務(wù)[14-18]。
3.3.2 決策支持系統(tǒng)。決策支持系統(tǒng)以人機(jī)交互方式進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策。農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉優(yōu)化、大型養(yǎng)雞廠管理、小麥栽培、飼料配方優(yōu)化設(shè)計、農(nóng)機(jī)化信息管理、土壤信息系統(tǒng)管理上進(jìn)行了廣泛應(yīng)用研究[19]。農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)可對地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行分析和模擬,預(yù)測不同決策方案的效果與效益, 從而優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策。目前決策支持系統(tǒng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)量預(yù)測及潛力分析、確定農(nóng)業(yè)投資規(guī)模等方面得到廣泛應(yīng)用[20]。
3.3.3 專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)模擬人類專家解決各種復(fù)雜的實際問題,具有與專家水平解決問題的能力。該系統(tǒng)在利用農(nóng)業(yè)專家多年積累的知識與經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,對需要解決的農(nóng)業(yè)問題進(jìn)行分析判斷,提出決策,使計算機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起到人類農(nóng)業(yè)專家的作用[17]。例如專家系統(tǒng)在榨菜病蟲害防治中的應(yīng)用,為農(nóng)戶和科技人員提供了病蟲害信息交流平臺,為菜農(nóng)提供了病蟲害防治的科學(xué)指導(dǎo),現(xiàn)實意義顯著[18]。
3.3.4 地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)主要用于建立自然條件、生產(chǎn)條件、土壤數(shù)據(jù)、作物病蟲草害發(fā)展趨勢、作物產(chǎn)量等的空間信息數(shù)據(jù)庫,為分析差異性和實施調(diào)控提供處方?jīng)Q策方案[15]。利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行土壤適宜性評價就是將土壤質(zhì)地、類型、氮磷鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量等土地數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,并賦予權(quán)重,再進(jìn)行分析運算,生成土壤適宜性評價圖,也可建立數(shù)學(xué)模型,實現(xiàn)土地適宜性的分級[16]。
3.3.5 智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要用來解決用傳統(tǒng)方法無法順利解決的復(fù)雜問題。目前智能控制技術(shù)的主要研究方向包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、綜合智能控制技術(shù),并在設(shè)施園藝、大田種植、畜禽養(yǎng)殖等方面得到初步應(yīng)用[20]。比如,用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析甜瓜質(zhì)量的物理測量指標(biāo)與人們感官對甜瓜香味、甜度、酸度、組織結(jié)構(gòu)、水分等質(zhì)量指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系,來預(yù)測甜瓜質(zhì)量。將實測物理標(biāo)與人的感官分類聯(lián)系起來,對食品質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測,在食品工業(yè)中有很重要的意義。
4 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
4.1 傳感器在溫室中的應(yīng)用
為了提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,優(yōu)化作物品種,使作物的生長不受或少受季節(jié)的影響,現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)快速發(fā)展,它的主要發(fā)展形勢是溫室大棚,相配套的溫室栽培技術(shù)也得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。該種技術(shù)主要是利用對溫度、濕度、光照、噴灌量、通風(fēng)等影響因素的測量和控制,實現(xiàn)對作物生長的精準(zhǔn)控制。
在此過程中,對各類參數(shù)的測定采集尤為重要。主要是采用溫度、濕度、光照、CO2、土壤濕度、土壤養(yǎng)分等各類傳感器檢測農(nóng)業(yè)環(huán)境中的各項物理量參數(shù),并根據(jù)生產(chǎn)控制策略,實現(xiàn)生產(chǎn)自動控制,保證農(nóng)作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境[21]。
4.2 傳感器在自動化農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用
由于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展,對農(nóng)業(yè)機(jī)械精度的要求也越來越高,對于機(jī)械各部分強(qiáng)度的測量也就尤為重要。例如,應(yīng)用傳感器技術(shù)測定農(nóng)機(jī)的性能指標(biāo)及零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;用應(yīng)變式傳感器測定犁體的阻力,為犁體曲面設(shè)計提供科學(xué)依據(jù);播種機(jī)上安裝的光電傳感器可隨時監(jiān)測機(jī)器是否堵塞,保證農(nóng)作物出苗率;自動灌溉裝置中土壤溫度、濕度傳感器的使用,在保證農(nóng)作物灌溉用水的同時實現(xiàn)節(jié)約用水[22]。
4.3 遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
遙感技術(shù)是一種現(xiàn)代測量技術(shù),它是通過非接觸、少破壞的方法對農(nóng)林業(yè)等方面信息進(jìn)行測定獲取,它可以測定農(nóng)作物品種的分布區(qū)域、植物品種的分類、土地肥沃程度、植物生長情況、植物受災(zāi)情況等,然后通過遙感所獲得的信息來確定最合適的種植和最適度的施肥,這也就在一定程度上控制了農(nóng)藥化肥的不合理使用,防止了環(huán)境污染,從而獲得更高的效益[23]。
5 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)存在的問題
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是一項創(chuàng)新型現(xiàn)代化信息集成技術(shù),正在不斷改變著我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的面貌,即便如此,農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也遇到了一定的問題[24]。
5.1 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備概念性產(chǎn)品多于實際應(yīng)用性產(chǎn)品
我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備主要產(chǎn)自高校院所的實驗室,很多都是學(xué)生們研究出的概念性產(chǎn)品,實際應(yīng)用推廣并不高,且實驗室理論研究與農(nóng)業(yè)實際應(yīng)用差異較大。
5.2 不計成本的示范對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的推廣并沒有實際價值
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)雖然說是在農(nóng)業(yè)中要進(jìn)行普遍推廣,但更多的注重試點示范而不看重經(jīng)濟(jì)指標(biāo),尚無法實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用,實際價值不大。由于我國農(nóng)業(yè)仍處于弱勢地位,物聯(lián)網(wǎng)在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用受限,發(fā)展初期同時受到資金的限制。
5.3 資金投入回報周期長,不利于物聯(lián)網(wǎng)推廣
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有一次性投入大、回報周期長的特點。在農(nóng)業(yè)整體比較效益低、以小農(nóng)戶分散經(jīng)營為主的情況下,很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備因價格偏高很難大面積推廣。
5.4 傳感器的缺乏
目前我國農(nóng)用傳感器種類較少,主要集中在溫度和濕度監(jiān)測方面,對其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境因子的監(jiān)測傳感器嚴(yán)重不足,對生物本體的感知傳感器則更少。同時,國產(chǎn)傳感器性能不穩(wěn)定,監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不足,且器材壽命較短[25]。
6 結(jié)語
智慧農(nóng)業(yè)是我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢,是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向,隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會得到更大范圍的應(yīng)用?,F(xiàn)在,已經(jīng)可以看到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為智慧農(nóng)業(yè)帶來更多智能化和信息化,而現(xiàn)在要做的就是提升農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的自主創(chuàng)新能力,加快低成本、高可靠性、使用期限長的傳感器開發(fā),加強(qiáng) Zig-Bee技術(shù)等新型無線傳輸技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究,提升專家系統(tǒng)等智能決策系統(tǒng)的實用性和可靠性,通過單項技術(shù)突破與多項技術(shù)集成應(yīng)用并舉,加快技術(shù)研發(fā)應(yīng)用步伐,使基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)可以在農(nóng)村地區(qū)大范圍使用,這是我國未來農(nóng)業(yè)的趨勢和目標(biāo)。
7 參考文獻(xiàn)
[1] 范珊珊,李忠,柴榮.物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2013(13):41-42
[2] 彭程.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展策略研究[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報,2012(2):94-98.
[3] 李道亮.物聯(lián)網(wǎng)與智慧農(nóng)業(yè)[J].農(nóng)業(yè)工程,2012(1):1-7.
[4] 施連敏,陳志峰,蓋之華.物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013(6):250-252.
[5] 段益群,劉國彥.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)設(shè)計[J].軟件工程師,2013(12):35.
[6] 頓文濤,趙玉成,袁帥,等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2014(12):9-12.
[7]王文洋.基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)探析[J].科技信息,2009(26):587.
[8] LAN Bin.The establishment of agriculture information system based on GIS and GPS[J].ICS REI,2013(2):506-511.
[9] 劉曉明.信息技術(shù)打造“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”[N].中國電子報,2004-09-10.
[10] YAN Ji-Feng,ZHANG Jian-Gang,DONG Fei-You.Wireless Sensor Traceability Algorithm Based on Internet of Things in the Area of Agri-culture[J].Sensors & Transducers,2013(15):14.
[11] 楊寶祝.我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2007(9):4-8.
[12] XIAO Yan,AI Dong-Sheng,XU Feng,ct al. Ag-riculture Intelligent Control System Algorithm for Wireless Sensor Networks Based on Internet of Things[J].Sensors & Transducers,2013(15):811.
[13] 趙麗.淺議物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)要求[J].電信科學(xué),2011(增刊1):71-74.
[14] 云計算在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[J].黑龍江糧食,2014(4):25.
[15] 趙賞,鐘凱文,孫彩歌.GIS技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機(jī)化研究,2014(4):234-237.
[16] 王璐,翟義欣,王菲.地理信息系統(tǒng)(GIS)的發(fā)展及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2005(增刊1):362-366.
[17] 劉衛(wèi)華,張順,許家來,等.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究,2015(2):52-54.
[18] 石琳,陳帝伊,馬孝義.專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用概況及前景[J].農(nóng)機(jī)化研究,2011(1):215-218.
[19] 章牧,陳飛香,劉文璽,等.農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)的概念設(shè)計與應(yīng)用[J].地球信息科學(xué),2005(2):58-64.
[20] 張波,羅錫文.ICT在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與展望[C]//中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(CSAE).中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集,2011:5.
[21] BIGGS P,SRIVASTAVA L.ITU Internet reports 2005:the internet of things[M].Geverna:International Telecommunication Union,2005.
[22] HE Yong,NI Peng-cheng,LIU Fei.Advancement and trend of internet of things in agriculture and sensing instrument[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2013,44(10):216-226.
[23] 劉歆.遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2011(27):144-145.
整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示??刂葡到y(tǒng)選用永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)作為自動變量施肥的執(zhí)行部分。步進(jìn)電機(jī)工作原理是每接收一個脈沖,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過一個角度,在扭矩允許的范圍內(nèi),不會因為扭矩的變化而失步;可以避免液壓馬達(dá)或直流電機(jī)驅(qū)動需要使用減速裝置,便于進(jìn)行控制,簡化了系統(tǒng),對于控制機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和田間作業(yè)環(huán)境都是有利的。永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)同時兼有磁阻式和永磁式兩種步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點,具有體積小、驅(qū)動電流和功耗小、保持力矩大、運行頻率高、在繞組不通電的情況下具有定位轉(zhuǎn)矩等特點。該電機(jī)還具有很好的內(nèi)部阻尼特性,無低頻共振現(xiàn)象,運行平穩(wěn)、噪音低、可靠性高、壽命長等優(yōu)點,是理想的自動控制系統(tǒng)終端執(zhí)行元件。
SHAPE \* MERGEFORMAT
13 0BYG428永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù):
步距角:
1.50(四相四拍)/0.750(四相八拍)
相數(shù):
4相
每相靜態(tài)電流: 8A
最大靜力矩:
28N.m
空載啟動頻率: 1000Hz
空載運行頻率: 7000Hz
步進(jìn)電機(jī)的電源驅(qū)動器具有脈沖分配器和功率放大電路,控制器輸出的變頻脈沖信號經(jīng)過電源驅(qū)動器的脈沖分配和功率驅(qū)動,控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
自動工作模式下DGPS接收裝置采用美國Trimble公司【47】生產(chǎn)的AgGPS農(nóng)用全球定位系統(tǒng),實現(xiàn)對機(jī)具位置和速度信息的獲取。
手動工作模式下,機(jī)具前進(jìn)速度通過靜電電容式接近開關(guān)傳感器獲得。上海巨龍電子股份有限公司生產(chǎn)的靜電電容式接近開關(guān)傳感器,具有定位精度高、防水、耐震、反應(yīng)速度快,以及抗干擾性強(qiáng)、密封性能好、穩(wěn)定可靠、安裝方便、使用壽命長,能在濕度大、溫度高及其它惡劣環(huán)境下工作等特點。
自動變量施肥控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電機(jī)電源驅(qū)動器需要80V電壓。將一個12V的蓄電池通過逆變器將電源轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電,然后通過變壓器可以得到80V電壓。也可以將電源線直接連接到拖拉機(jī)的發(fā)電機(jī)上,得到控制系統(tǒng)所需電源。DGPS接收機(jī)需要12V的直流電源,直接連接到一個蓄電池即可??刂破餍枰碾妷簽?V的直流電壓,自動變量施肥機(jī)的工作環(huán)境屬于田間作業(yè),沒有直接的5V電壓可以利用。在電路中使用變壓模塊可以直接把12V直流電壓轉(zhuǎn)換為5V,提供給控制器的硬件電路使用。
2.4系統(tǒng)功能
變量施肥機(jī)有手動和自動兩種工作方式【4】。
在自動工作方式變量施肥作業(yè)時,控制系統(tǒng)實現(xiàn)如下工作:
(1)
單片機(jī)初始化時讀取存儲在單片機(jī)中或IC卡中的農(nóng)田參數(shù)和排肥器標(biāo)定參數(shù);
(2)
單片機(jī)從RS-232串口讀取DGPS信號,提取施肥機(jī)實時位置和速度信息;
(3)
通過對網(wǎng)格的識別計算判斷施肥機(jī)所在的施肥網(wǎng)格編號,根據(jù)施肥網(wǎng)格編號查詢相應(yīng)的施肥量;
(4)
根據(jù)排肥器標(biāo)定參數(shù)、施肥量及施肥機(jī)前進(jìn)速度計算所需的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速;
(5)
計算控制頻率值并輸出,通過控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變排肥軸轉(zhuǎn)速,達(dá)到變量施肥的目的;
(6)
顯示施肥網(wǎng)格和施肥量,報警等。
在手動工作方式變量施肥作業(yè)時,控制系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能:
(1)
單片機(jī)初始化時讀取存儲在單片機(jī)中或IC卡中的排肥器標(biāo)定參數(shù);
(2)
讀取地輪轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖值,計算施肥機(jī)前進(jìn)速度;
(3)
讀取鍵盤輸入的施肥量;
(4)
根據(jù)排肥器標(biāo)定參數(shù)、施肥量及施肥機(jī)前進(jìn)速度計算所的需步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速;
(5)
計算控制頻率值并輸出,通過控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變排肥軸轉(zhuǎn)速,達(dá)到變量施肥的目的;
(6)
顯示拖拉機(jī)前進(jìn)速度和施肥量,報警等。
第三章 硬件設(shè)計
3.1 微處理器
控制器中的核心是Atmel公司生產(chǎn)的AT89C55WD單片機(jī)。它是一種低功耗、低電壓、高性能的8位單片機(jī),片內(nèi)帶有一個20K字節(jié)的電擦除可編程只讀存儲器和256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器;有32個可編程I/O口,三個16位定時/計數(shù)器,8個中斷源,全雙工串行口,片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。它采用了CMOS工藝和Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù),而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容??蛇M(jìn)行1000次讀寫和擦除,工作電壓在4~5.5V之間【11】。在系統(tǒng)中AT89C55WD單片機(jī)完成的功能主要有:DGPS信號接收、網(wǎng)格識別計算、施肥量查詢、按鍵處理、電機(jī)轉(zhuǎn)速計算和顯示等任務(wù)。
在DGPS接收機(jī)工作時,因為單片機(jī)AT89C55WD能夠接受處理的是TTL電平信號,需要將RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換,利用MAX232S芯片實現(xiàn)單片機(jī)與DGPS接收機(jī)的通訊電平轉(zhuǎn)換。
3.2 Trimble AgGPS 132 差分接收機(jī)
GPS 信號接收機(jī)是一種能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS 信號的衛(wèi)星信號節(jié)后設(shè)備。它對所接收到的GPS 信號進(jìn)行放大、變換和處理,以便測量出GPS 信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間,解譯出GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文,實時地計算出三維位置、速度和時間。在作業(yè)過程中,使用者通過GPS信號接收機(jī)面板上的控制鍵盤,可以從視屏顯示窗上讀取所要求的數(shù)據(jù)和信息,數(shù)據(jù)接口一般均為通用接口,如數(shù)據(jù)傳輸接口為RS-232C.。
Trimble AgGPS 132 差分接收機(jī)具有亞米級差分改正精度,易于安裝,并可以連接包括產(chǎn)量監(jiān)視器、可調(diào)速率播種機(jī)、應(yīng)用控制器及便攜田間計算機(jī)在內(nèi)的多種精確農(nóng)業(yè)機(jī)械,是適合精確農(nóng)業(yè)中使用的差分GPS接收機(jī)。
Trimble AgGPS 132 差分GPS 接收機(jī)采用了The Choice 技術(shù)。該技術(shù)將一個GPS 接收機(jī)、一個信標(biāo)差分接收機(jī)和一個衛(wèi)星差分接收機(jī)集成在同一外殼內(nèi)。這些接收機(jī)通過一根電纜公用一個組合天線。這一配置極大地提高了差分GPS 改正的精度、可靠性和可用性。
這種接收機(jī)可輸出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的NMEA- 0183 電文。用戶可選的輸出包括位置、速度、導(dǎo)航和狀態(tài)信息。標(biāo)準(zhǔn)配置的接收機(jī)每秒輸出一次位置,時延很短。對于在快速運動車輛的應(yīng)用,AgGPS 132 可選擇每秒輸出十次位置,時延小于100 毫秒。
AgGPS 132 接收機(jī)有兩個RS232 串口,利用其中之一可以向本控制系統(tǒng)傳送位置信息。RS-232C 有9 條信號線(DB9 口)。本系統(tǒng)中使MAX232芯片將GPS 串口與89C55WD 連接起來。GPS 信號通過RS-232C 串口,經(jīng)由MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,傳送到單片機(jī),再經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部解碼得到當(dāng)前機(jī)具位置信息。MAX232 與RS-232C 串口和單片機(jī)之間是通過MAX232 的引腳8(R2 IN)與RS-232C 的引腳2(接收數(shù)據(jù))相連,MAX232 的引腳9(R2OUT)與89C55WD 的RXD 相連,引腳10(T2 IN)與89C52 的TXD 相連引腳,7(T2 OUT)與RS-232C 的引腳3(發(fā)送數(shù)據(jù))相連。串口通訊設(shè)定為:1位起始位,8 位數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗位,1 位停止位,波特率為4800bps。
3.3擴(kuò)展程序存儲器
AT89C4051也是Atmel公司生產(chǎn)的20引腳8位單片機(jī),具有低功耗、低電壓、高性能等特征,片內(nèi)帶有一個4K字節(jié)的電擦除可編程只讀存儲器和128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器;有15個可編程I/O口,兩個16位定時/計數(shù)器,6個中斷源,用于多機(jī)通訊的全雙工串行I/O口,片內(nèi)振蕩器及時鐘電路,工作電壓在2.7~6V之間【50】。
在系統(tǒng)中,AT89C4051的作用是通過自身的定時/計數(shù)器T0每秒接收一次接近開關(guān)傳感器或角度—數(shù)字編碼器的脈沖信號,經(jīng)過計算轉(zhuǎn)化為機(jī)具前進(jìn)速度值并將其通過三態(tài)緩沖器74ALS244傳輸給主機(jī)。
3.4鍵盤
本系統(tǒng)設(shè)計有兩種輸入施肥量信號的方式,一種是由自動控制系統(tǒng)從IC 卡讀取,另一種是由鍵盤輸入。因為鍵盤只需要輸入數(shù)字,因此選用了4×4鍵盤,并選用Intel8279 芯片作為與單片機(jī)AT89C55WD 的接口芯片。
利用8279的8根數(shù)據(jù)線直接與AT89C55WD的P0口連接實現(xiàn)鍵盤的接口。8279可實現(xiàn)對鍵盤的自動掃描,并能識別鍵盤上閉合鍵的鍵號。不僅可以節(jié)省CPU對鍵盤的操作時間,減輕負(fù)擔(dān),而且編程簡單,不會出現(xiàn)誤動作。
在接收不到GPS信號或不需要自動控制的情況下,用于手動施肥控制模式。施肥量通過按鍵輸入,并傳送給主機(jī)處理。
Intel8279 是一種通用的可編程序的鍵盤、顯示接口器件,單片器件就能夠完成鍵盤輸入和LED 顯示控制兩種功能。但是,由于本系統(tǒng)的顯示部分是由液晶顯示器件完成,因此只使用Intel8279 通用可編程的鍵盤接口部分。Intel8279 鍵盤部分提供一種掃描的工作方式,可以和具有64 個觸點的鍵控陣列相連接,也可以與傳感器陣列相連。能自動消振(去抖動毛刺)和實現(xiàn)雙鍵同時下按保護(hù)或n 鍵同時下按保護(hù)。
本系統(tǒng)選用4×4 薄膜開關(guān)鍵盤作為人機(jī)接口,本系統(tǒng)中Intel8279 掃描計數(shù)器設(shè)定為內(nèi)部譯碼方式,SL0~SL3 輸出信號直接作為鍵盤、顯示器的掃描信號。查詢反饋輸入線由RL0~RL4 提供,在8279內(nèi)部有提升電路,當(dāng)某一開關(guān)沒有閉合時,對應(yīng)一條引線被拉成高電平,當(dāng)閉合時,則被開關(guān)鎖成低電平。
3.5 IC卡
AT24CXX 系列IC 卡是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的存儲式IC 卡,產(chǎn)品型號有AT2401/02/08/16/32/64,卡片存儲容量分別有1kbits/2kbits/4kbits/8kbits/16kbits/32kbits/64kbits,工作頻率為1MHz(5V),1MHz(2.7V),400KHz(1.8V);工作電壓為5V 士10%,根據(jù)要求最低可至1.8V;Icc 電流最大為1 mA,寫最大為3mA;雙線串行接口,雙向數(shù)據(jù)傳送,支持ISO/IEC7816—3 同步協(xié)議,寫/擦除次數(shù)>1,000,000 次,數(shù)據(jù)保存期>100 年;工作溫度為0-70℃,它是目前國內(nèi)使用最多的IC 卡之一。這幾個型號的IC 卡是一種不具備加密功能的EEPROM 卡,它們的使用方法與EEPROM 完全相同,存儲結(jié)構(gòu)簡單,只有讀寫兩種操作功能,主要用于存放一些保密性要求不高的數(shù)據(jù)。
本系統(tǒng)存儲施肥量選用的存儲器是AT24C16。 單片機(jī)對IC 卡進(jìn)行讀/寫操作,讀取IC 卡存儲的數(shù)據(jù)。應(yīng)用設(shè)計中,IC 卡的SCL 引腳接到89C55WD 的P1.3引腳,IC 卡的SDA 引腳接AT89C55WD 的P1.4 引腳,將IC 卡座上接有彈簧片的觸點接到AT89C55WD 的外部終端0 引腳上。當(dāng)插入卡片時,就會產(chǎn)生中斷。也可以直接將決策出來的施肥量存儲到AT89C55WD中。
3.6 脈沖發(fā)生器
MSM8253是一種用于微機(jī)系統(tǒng)的可編程定時/計數(shù)器, 其中包含3個獨立的定時/計數(shù)器。用于接收AT89C55WD發(fā)出的不同電機(jī)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率設(shè)定值,然后按一定的頻率從Out1引腳輸出。由于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源有脈沖分配器和功率放大電路,所以,控制口的輸出僅為單路脈沖信號。此信號經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的脈沖分配和功率放大,控制步進(jìn)電機(jī)工作。
3.7液晶顯示器
液晶顯示器是一種極低功耗顯示器,其應(yīng)用特別廣泛。液晶顯示器的驅(qū)動方式由電極引線的選擇方式確定,因此,在選擇好液晶顯示器之后,用戶無法改變驅(qū)動方式。
本系統(tǒng)選用10 位多功能通用型8 段式液晶顯示模LCM103,可實時顯示施肥網(wǎng)格名稱和該網(wǎng)格的施肥量,也可根據(jù)需要顯示速度值和施肥量,以便進(jìn)行觀察監(jiān)測。它內(nèi)含看門狗(WDT)/時鐘發(fā)生器,2 種頻率的蜂鳴驅(qū)動電路,內(nèi)置顯示RAM,可顯示任意字段筆劃,3~4 線串行接口,可與任何單片機(jī)、接口IC 接口,低功耗特性。顯示狀態(tài)50Μa(典型值),省電模式
“手動/自動”模式的轉(zhuǎn)換通過對AT89C55WD單片機(jī)P3.5引腳高低電平的切換來實現(xiàn),低電平表示手動控制模式,高電平表示自動控制模式。
為了實現(xiàn)對排肥量的自動監(jiān)測,系統(tǒng)需要接收檢測排肥量傳感器傳來的反饋信號,修正輸出脈沖。所以還要給檢測電路預(yù)留接口,為實現(xiàn)閉環(huán)控制做好準(zhǔn)備。
系統(tǒng)還需要能使芯片工作起來的晶振電路和復(fù)位電路,晶振選擇12MHz頻率。
通過對系統(tǒng)要求的分析和單片機(jī)各個部分工作的分配,設(shè)計系統(tǒng)硬件電路原理圖。如圖所示。
第四章 軟件設(shè)計
在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時,匯編語言是一種常用的軟件工具。它能直接操作硬件,指令的執(zhí)行速度快。但其指令系統(tǒng)的固有格式受硬件結(jié)構(gòu)的限制很大,且難于編寫與調(diào)試,可移植性也差。隨著單片機(jī)硬件性能的提高,其工作速度越來越快,因此在編寫單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時,更著重于程序本身的編寫效率。因此在單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中,已逐漸開始引入高級語言,C語言就是其中的一種。
C語言是一種高級程序設(shè)計語言,它提供了十分完備的規(guī)范化流程控制結(jié)構(gòu)。C語言具有庫函數(shù)豐富、運算速度快、可移植性強(qiáng)、較高的編譯效率及可產(chǎn)生較緊湊的代碼等特點。美國Archimedes公司和Franklin Software公司在九十年代初專門為基于51系列的單片機(jī)開發(fā)了高級語言工具C51。利用該工具編寫的代碼簡單高效,結(jié)構(gòu)清晰,可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制【12】。尤其是后來不同類型的微處理器及其更新產(chǎn)品的開發(fā)工具基本上都支持C語言,使得采用C51語言設(shè)計的單片機(jī)應(yīng)用程序易于移植和維護(hù),整個程序應(yīng)用系統(tǒng)易于調(diào)試。
4.1 DGPS數(shù)據(jù)讀取
當(dāng)系統(tǒng)處于自動工作模式時,需要通過串口接收DGPS傳輸?shù)男畔?,用于確定當(dāng)前施肥機(jī)具所處的位置和所具有的速度。
DGPS接收機(jī)所發(fā)送的數(shù)據(jù)一般都是標(biāo)準(zhǔn)的NEMA-0183格式,NMEA-0183衛(wèi)星差分?jǐn)?shù)據(jù)主要包括UTC_DATE(日期)、UTC_TIME(時間)、GPS_STATUS(衛(wèi)星狀態(tài))、DOP(DOP值)、ANT_LAT(緯度)、 ANT_LON(經(jīng)度)、ANT_HAE(高程)和SPEED(速度),等等。數(shù)據(jù)采用ANSI標(biāo)準(zhǔn),以串口非同步方式傳送【14】。
AgGPS132的輸出頻率有1Hz、2Hz、5Hz和10Hz四種,根據(jù)實際需要選用頻率為1Hz。這里設(shè)定RS-232串口數(shù)據(jù)通訊協(xié)議為:接收波特率為4800bit/s,數(shù)據(jù)為8bit,無奇偶校驗位,1位開始位,1位停止位。接收到的語句如下:
$GPGGA,151924350.983182,N,12519.855573,E,1,03,2.9,244.31,M,12.16,M,,*6E
$GPVTG,0,T,,,5.163497,N,5.356732,K,A*33
通過截取$GPGGA語句中的第2、4字段,得到當(dāng)前施肥機(jī)位置信息,截取$GPVTG語句中的第7字段得到當(dāng)前施肥機(jī)速度信息。
當(dāng)通訊端口初始化完成并打開后,將DGPS數(shù)據(jù)讀入接收緩沖區(qū),然后判斷緩沖區(qū)的字符串,提取位置和速度信息并存到存儲器的特定地址中,再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
由于大多數(shù)情況下一個地塊通常不足以跨越一度的距離范圍,所以將位置信息中表示“度”的值舍去,只取表示“分”的值,以減小信息存儲量,提高運算速度。如果出現(xiàn)一個地塊跨越了“1度”范圍的情況,則在程序中將讀到的實時位置信息中表示“分”的值加上常量60,再用于計算。
程序中,通過判斷前綴的方法來識別不同的數(shù)據(jù)信息,用檢測回車換行符的方法進(jìn)行分行。提取有用信息的過程是:判斷是否接收到$符號,如果是$符號則接收,到第二個逗號時開始將接收到的緯度前兩位舍棄,只截取后九位字符存到F1H~F9H單元中;接著判斷是否接收到第四個逗號,如果是第四個逗號則開始將接收到的經(jīng)度前三位舍棄,只截取后九位,其中六位存到FAH~FFH單元中,最后三位存到84H~86H單元中;同樣方法截取速度前4位字符存到94H~97H單元中;判斷是否到回車或換行符,若是回車或換行符則接收完畢。串口中斷接收程序流程如圖4.1所示。
讀取到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)代入網(wǎng)格識別公式(2-7)和(2-8)中,算出拖拉機(jī)當(dāng)前所在地塊網(wǎng)格的行號N和列號M,分別存入單元CEH和CFH中,用來進(jìn)行施肥量的查詢。
4.2查表方式/IC卡存儲
自動變量施肥模式下,施肥量Q以表格的形式寫入單片機(jī)或IC卡。根據(jù)存儲表格,第N行M列個網(wǎng)格的施肥量查詢公式為:
(4-1)
其中,每個地塊有 個施肥決策數(shù)據(jù)。
如德惠地塊一共有12行6列網(wǎng)格,即有12行6列個施肥決策數(shù)據(jù),每個數(shù)據(jù)分2列寫入單片機(jī)或IC卡,則數(shù)據(jù)表是12行12列,得NM號網(wǎng)格施肥量為:
(4-2)
將施肥量查出,高位存入D2H,低位存入D3H,代入電機(jī)轉(zhuǎn)速控制公式(2-6)中。
4.3鍵盤處理程序
當(dāng)系統(tǒng)處于手動施肥模式下時,AT89C55WD單片機(jī)的P3.5腳處于高電平,施肥量Q由鍵盤給出。施肥量的百位、十位、個位分別放到BBH、BCH和BDH單元中,鍵的個數(shù)放到E3H單元中,然后進(jìn)行顯示和計算。流程圖如圖4.2所示。
4.4機(jī)具前進(jìn)速度處理
手動施肥模式下,使用AT89c4051外部中斷INT0實現(xiàn)機(jī)具速度的處理。T0定時/計數(shù)器工作于方式1,用來計接收到的脈沖個數(shù)。利用接近開關(guān)傳感器測地輪轉(zhuǎn)速得到機(jī)具前進(jìn)速度公式為:
(4-3)
其中:v-機(jī)具前進(jìn)速度(km/h);
D-地輪直徑(m);
z-地輪每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(個/轉(zhuǎn));
p-每秒傳感器得到的脈沖數(shù)(個/秒)。
把每秒接收到的脈沖數(shù)存到4CH單元中,代入公式(4-3),得到機(jī)具前進(jìn)速度值,存到48H單元中。然后主機(jī)經(jīng)過譯碼器讀速度值并存到D1H單元,將其代入式(2-6)中,用于計算控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。傳感器子程序流程如圖4.3所示。
通過對整個系統(tǒng)流程和各個功能塊程序的分析,得到主程序流程圖如圖4.4所示。
第五章 調(diào)試環(huán)境
單片機(jī)在應(yīng)用之前,必須按照相應(yīng)的硬件對其進(jìn)行編程后才能使用。編程調(diào)試的過程就是開發(fā)過程,需要有仿真器和編程器才能進(jìn)行。仿真器分軟件仿真器和硬件仿真器兩種。硬件仿真器是開發(fā)調(diào)試的利器,軟件仿真可以起到輔助調(diào)試的作用。軟件仿真調(diào)試好后,還需固化后才能使用。
軟件開發(fā)環(huán)境是Windows2000/XP下使用南京偉福E6000軟件仿真器,它是集成了編緝器、編譯器、調(diào)試器的調(diào)試環(huán)境。有眾多強(qiáng)大軟硬件調(diào)試手段,包括邏輯分析儀、跟蹤器、邏輯筆、波形發(fā)生器、影子存儲器、記時器、程序時效分析、數(shù)據(jù)時效分析、硬件測試儀、事件觸發(fā)器等。支持匯編、C、PL/M源程序混合調(diào)試、軟件模擬及項目管理等。
Wave6000編譯器是可以對80C51系列單片機(jī)進(jìn)行C語言編譯,使用它可以縮短開發(fā)周期,降低開發(fā)成本,而且開發(fā)出的系統(tǒng)易于維護(hù),可靠性高,可移植性好,即使在代碼的使用效率上,也完全可以和匯編語言相比。硬件支持包括:南京偉福E6000硬件仿真器、北京潤飛機(jī)電公司產(chǎn)的RF-810智能型通用編程器及編程軟件、深圳澳漢R&W讀卡器等。
第六章 總結(jié)與展望
變量施肥技術(shù)是精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的重要組成部分,對發(fā)展符合我國國情的變量施肥技術(shù)和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實用價值。本文在前人的研究基礎(chǔ)上,借鑒國內(nèi)外發(fā)展經(jīng)驗,結(jié)合吉林省科技基金等項目,以實現(xiàn)自動變量施肥作業(yè)的控制方法為研究對象,以自動變量施肥控制系統(tǒng)設(shè)計與地塊網(wǎng)格識別和施肥機(jī)田間工作狀態(tài)模擬為研究內(nèi)容,進(jìn)行自動變量施肥試驗與示范。論文的主要研究工作和結(jié)論可以概括為:
(1)
分析影響施肥的主要因素和施肥控制原理,確定了自動變量施肥步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模型: ,確定變量施肥控制系統(tǒng)采用手動和自動兩種控制方式。
(2)
分析了控制系統(tǒng)輸入和輸出條件,設(shè)計單片機(jī)硬件系統(tǒng)作為自動變量施肥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制器。硬件電路主要包括DGPS信號接收、速度傳感器信號接收、鍵盤接收、IC卡接口、控制輸出、顯示及報警等部分。經(jīng)過試驗驗證,系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠,達(dá)到使用要求。
(3)
使用單片機(jī)開發(fā)的高級語言工具C51編寫控制程序,實現(xiàn)了自動模式下對DGPS位置和速度信息的提取,完成對地塊網(wǎng)格的正確識別和施肥量的查詢,控制輸出實現(xiàn)自動變量施肥;手動模式下實現(xiàn)了對地輪轉(zhuǎn)速傳感器脈沖信號和鍵盤值的讀取與處理,控制輸出頻率,實現(xiàn)手動變量施肥。程序具有簡單高效、結(jié)構(gòu)清晰和一定的通用性等特點。
(4)
通過計算機(jī)與控制系統(tǒng)的通信,為控制系統(tǒng)提供地塊和模擬DGPS信號,實現(xiàn)控制系統(tǒng)對地塊網(wǎng)格的識別和控制模擬。縮短系統(tǒng)開發(fā)和實驗周期,同時為使用計算機(jī)直接控制變量投入等后續(xù)研究工作提供了思路,奠定了基礎(chǔ)。
本文研究是基于地圖的自動變量施肥控制,系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有待進(jìn)一步提高。隨著傳感器技術(shù)和算法的進(jìn)展,實時監(jiān)測判斷作物長勢及營養(yǎng)需求一定能達(dá)到相當(dāng)高的精度,從而實現(xiàn)真正意義上的實時自動變量作業(yè)。
目前,我國在精確農(nóng)業(yè)技術(shù)很多方面處于消化吸收階段,變量施肥的部分技術(shù)得到試驗或應(yīng)用。但是,對于如何結(jié)合國內(nèi)的具體情況,進(jìn)行變量施肥整個作業(yè)流程的設(shè)計和規(guī)劃,如何把分散的變量施肥相關(guān)技術(shù)有機(jī)地整合在一起,在這方面尚缺乏必要的研究和試驗。精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及推廣在很大程度上依賴于與精確農(nóng)業(yè)有關(guān)的機(jī)械設(shè)備研究,它們是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合的有機(jī)體。我國發(fā)展精確農(nóng)業(yè)必須適應(yīng)我國國情,既不能完全照搬國外的模式,又不能完全排外。在研究的初期采取采取國外與國內(nèi)技術(shù)相結(jié)合的方法,根據(jù)我國現(xiàn)有技術(shù)及研究水平,組裝研制適合我國田間的變量作業(yè)機(jī)具,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)外購部件的國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化,這是降低精確農(nóng)業(yè)各項投入成本的有效途徑。
精確農(nóng)業(yè)在中國的推廣應(yīng)用必將是一個漫長、漸進(jìn)的過程,需要全社會相關(guān)部門的通力合作。
參考文獻(xiàn)
[1] 姚娜.《GIS、Mapinfo與MapBasic學(xué)習(xí)教程》.北京:北京大學(xué)出版社,2000
[2] 劉剛. 精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)組成、決策分析及在我國的應(yīng)用實踐. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2000,01:57~60
[3] 張書慧,馬成林,于春玲.應(yīng)用于精確農(nóng)業(yè)變量施肥地理信息系統(tǒng)的開發(fā)研究. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,18(2):153~155
[4] 吳才聰,張書慧,馬成林,楊印生,韓云霞. 利用MapBasic劃分精確農(nóng)業(yè)田塊網(wǎng)格方法的研究. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,18(2):156~159
[5] 中國電子網(wǎng).
[6] 黃智偉,王建軍,盛國森. AT24XX系列IC卡的讀寫操作控制.電子工程師,2000,10:46~48
[7] 馬忠梅,馬巖,張凱等. 《單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計》. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999
[8] 王廣運,郭秉義. 差分GPS定位技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,1996
[9] 南京偉福實業(yè)有限公司.
[10] Trimble Navigation Limited. AgGPS? 124 / 132 Operation Manual, Revision: A. Trimble Navigation Limited, February 1999, Part Number: 38747-00.
[11]韓云霞,張書慧,馬成林等. 基于GPS和GIS的精確農(nóng)業(yè)變量施肥空間數(shù)據(jù)采集與分析研究. 吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會年會論文集,2002.12
[12]范逸之,陳立元等. 利用Visual Basic實現(xiàn)串并行通信技術(shù). 清華大學(xué)出版社,2001