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大學
畢業(yè)論文（設計）開題報告
課題名稱 分區(qū)式殘膜回收機的設計
學生姓名
學 號
所屬學院
專 業(yè)
班 級
指導教師
起止時間
機械電氣化工程學院教務辦制
填 表 說 明
一、學生撰寫《開題報告》應包含的內容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內（外）研究現狀及分析；
3、對課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析；
4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進度計劃；
7、主要參考文獻（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字數在3000字以上，由學生在本報告冊內填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。
一、本課題來源及研究的目的和意義
1.本課題來源：自選題
2.目的與意義：
2.1 地膜覆蓋的作用
（1）保持土壤水分，增加作物抗旱能力，提高成活率。
（2）改善光照條件，提高光和效率。
（3）抑制雜草生長和病蟲的危害，提高農作物的品質。
（4）地膜覆蓋技術遏制了土壤中鹽分的上升，對于鹽堿地的作物起到了很好的保護作用。
（5）地膜覆蓋技術有效的將自然力與土壤之間分離開來，減少了自然力對土地的破壞，尤其是對翻耕之后的土地作用更大。
（6）因為地膜的保溫保墑作用，使許多農作物逐漸向北方低溫適作區(qū)推移，充分有效地利用了我國的耕地資源。
2.2殘膜污染產生的問題
（1）影響土壤物理性狀，降低土壤肥力
大量殘留的農用地膜在土壤中很難被分解，影響土壤中的水，肥，氣活動，給土壤環(huán)境帶來嚴重污染，不利于農業(yè)的生態(tài)生態(tài)平衡。其表現在：一是破壞土壤的通透性和團粒結構的形成，使土壤上下隔離，形成斷層，造成土壤板結，降低了土壤的吸水保水能力，導致有水下不去，有漿上不來，使土壤的物理性得不到充分發(fā)揮。二是地膜的殘留會使土壤膠體吸附能力降低。
（2）影響作物生長發(fā)育，造成減產
地膜在土壤中，使種子不能很好地發(fā)芽，即使發(fā)芽，根系也因無法穿透地膜而扎不下去，達不到根深蒂固的目的，作物易遭受災害。如果種子播到殘膜下面，發(fā)芽后也生長不出來，造成缺苗斷條，使作物減產。殘膜覆蓋連續(xù)15年之后，耕地會顆粒無收。
（3）危害人體健康
農膜生產過程中添加一些助劑，當農膜廢棄在田間或土壤里時，其中的助劑會向土壤和水中滲透，會污染大氣，土質和水域等。特別是一些重金屬有毒添加劑，會通過土壤富集于蔬菜，糧食及動物體中，人食用后直接影響健康。
（4）破壞環(huán)境，有礙觀瞻
殘膜被丟棄于田頭地角，積存于排泄渠道，散落于水體或亂掛在樹枝桿頭，成為白色污染的重要標志，既不雅觀還可能纏繞犁頭和播種機輪盤，影響田間作業(yè)。
2.3殘膜污染的治理
（1）提高地膜的質量，改變現在廣泛使用的地膜厚度。實驗結果表明，使現有的
0.008mm厚的地膜增加到 0.012mm,同時增加一些抵抗老化的化學物質，這樣不僅提高了地膜在農業(yè)生產上的作用，同時也可以使地膜重復利用和快速回收。
（2）從生產實際的角度出發(fā)，根據農藝要求不同來提高地膜的使用效率和回收效率。例如可以更具不同地區(qū)的地勢，地貌，氣候變化來找出收取地膜的最佳時期。這樣既有利于農作物的生長也能很好的回收殘膜。
（3）隨著地膜覆蓋種植技術的廣泛應用?；厥諝埬さ墓ぷ饕仓饾u加大，想依靠人工來對殘膜進行收取已經不能滿足農業(yè)生產需要了。因此要加大殘膜回收機械的研制與改良，使地膜回收工作更高效、更環(huán)保。
（4）加強對一些新的可降解地膜的研究與推廣利用，從而減少普通地膜的使用。如目前我國正在努力開發(fā)研制的光降解地膜、生物降解地膜、和液態(tài)降解地膜等。這些種類的地膜可以從根本上解殘膜回收，殘膜污染的問題。
二、本課題所涉及的問題在國內（外）研究現狀及分析
1、國內研究現狀及分析
目前我國所使用過和理論研究度過的殘膜回收機有幾十種。按殘膜回收的時間劃分分為三類：苗期殘膜回收機械，秋后作物收獲完成之后的殘膜回收機械，春天播種之前殘膜回收機械。
1.1苗期殘膜回收機械
(1) 卷膜式棉花苗期殘膜回收機
該機具在苗期回收殘膜是可以依次完成起膜、送膜、卷膜等收膜工序。這一機具通過卷膜滾進行收膜，收取的膜成卷，減少了二次污染。
(2) 棉花苗期地膜回收機
該機具是一種不扎膜、不挑膜，而是從膜下將膜拱起，自動抖掉膜上積土，順利卷膜且極少傷苗的棉花苗期收膜機。它采用起膜鏟和扁紡捶狀抖土滾相結合的結構，能很好地實現膜苗、膜土分離，地膜回收率不低于 95.7%。
(3) CSM-130B 型齒鏈式懸掛收膜機
該機具屬于國家專利產品，由兵團農機技術推廣站和農八師 134 團共同研制設計。主要用在苗期收膜，在收膜導輪與抓膜齒鏈的共同作用下，加上殘膜本身的強度，使殘膜被提升的同時從植株上取下，而不破壞植株。
1.2秋后殘膜回收機
（1）4CM系列殘膜回收整地機
此機具利用掘鏟將土塊、地膜、雜物一并鏟起。土塊被壓碎滾壓碎還田，雜物和地膜被齒刺式分離輸送帶運往集膜裝置。在機架底部有碾壓板完成整地。該機型在 2011 年 5 月的農機博覽會上很受參會人員的青睞。
（2）彈齒式收膜機
該機具工作時，先由松土器松土和起膜鏟將膜鏟起，然后用彈齒拾膜輪將殘膜收起。該機具適用于 700mm 和 1000mm 的壟作，適用性較好，收膜率高達 91.6%。
（3）梳齒滾筒式殘膜回收機
該機工作時，由 20KW 小型拖拉機懸掛拖帶，先由撿拾滾筒上的片狀勾膜齒進行一次撿膜，再由緊跟在后面的摟膜齒進行二次摟膜。該機具結構簡單，殘膜回收率高，便于維護，符合農民的要求
1.3春播前殘膜回收機械
春播前對殘膜進行回收，此時的殘膜由于在地里時間較長，由于風沙等原因作用下使大部分殘膜成為了小碎片，加上播前整地時間緊，所以此階段殘膜回收作業(yè)難度較大。主要有以下幾種機型：
(1) CMJ-5 型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機
該機的主要用途是在播種前對地表殘膜進行回收。在小四輪拖拉機的脫引下，機具上的前排齒和后排齒進行摟膜。這種機具重量輕，不需保養(yǎng)，作業(yè)成本低，深受廣大職工的歡迎。
(2) IMS-450 型彈齒摟膜機
該機由農七師 127 團彈簧廠生產。適用于播前整地后。機具由輪齒式拖拉機后懸掛，拖拉機前進中，彈齒入土將殘膜和秸稈雜物撿拾成條，達到一定數量后，通過排膜結構將其卸下。
(3) 4MQ-1.5 型吸氣式殘膜回收機
該機工作時挑膜輪將殘膜挑離地面，至風機吸口處，由風機產生負壓氣流將殘膜吸入風機，再吸送到集膜箱中。
1.4我國殘膜回收機主要存在的問題
（1）作業(yè)功能單一，作業(yè)環(huán)節(jié)較長，殘膜回收率低，通常只有60%—70%，且回收后的殘膜潔凈度極差，膜,稈，土混合相當嚴重，無法二次利用，形成了新的廢棄物群，加大了運輸成本。
（2）機具作業(yè)速度較低，因而導致生產率底下，經濟效益不明顯，且回收時間較長，機具作業(yè)適應性和可靠性較差，難以發(fā)揮機具效率。
（3）在耕后的耕作層中進行殘膜回收時，對已耕松的農田造成機械壓實，因此，為解決這一問題，可改為播種前整地時使用殘膜回收機械。
（4）耕前的殘膜都較碎小，難以揀拾，迫使在研制殘膜回收機械時不得不較密排列其揀拾稈齒，以提高其工作能力，并且進行耕前殘膜回收的機械大都是聯合作業(yè)機械，這類機械機構復雜，笨重。因此，目前國內與其配套的絕大多數是中型輪式拖拉機，在動力儲備方面均是較弱環(huán)節(jié)。
2、國外研究現象以及分析
由于殘膜難降解，對土地污染嚴重，因此世界各國在殘膜回收方面都做了大量的努力,爭取早日解決殘膜污染問題。
（1）英國和前蘇聯主要采用懸掛式回收機。在進行收膜候時，松土鏟將壓膜土耕松，然后將殘膜收卷到羊皮網或金屬網上，收好的地膜洗后備用。
（2）以色列在殘膜回收方面的研究起步比較早，主要是利用收卷的方式來收膜，因為以色列使用的地膜較厚，強度較大，覆蓋時間段，所以地膜收凈率非常高。
（3）日本國家的土壤土質疏松，并且使用的地膜在質量要求的標注較高，覆蓋期大約在 1.5—3個月，地膜保留較完整，清理起來較容易。
（4）美國主要采用卷膜式的殘膜回收機械，利用卷膜滾將地膜從地表卷起。如 Sawyer 開發(fā)的就是這種類型的殘膜回收機械。
（5）歐洲國家主要采用高強度，耐老化的地膜。另一方面他們積極研制可降解免收地膜。
綜上所述，本課題研究的是一種適用于苗期可收獲后殘膜回收機，可將覆蓋在地表的殘膜，分為三個區(qū)，即中間收膜部分，兩邊收膜部分，中間收膜部分用于回收兩壟之間的殘膜，而兩邊埋在土里的殘膜則通過兩邊收膜部分進行回收。
三、對課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可靠性分析
3.1、分區(qū)式殘膜收獲機工作過程
機具與拖拉機三點懸掛聯接，作業(yè)時拖拉機液壓系統(tǒng)置于懸浮狀態(tài)，該分區(qū)式殘膜回收機上的四個邊架將該分區(qū)式殘膜回收機分為中間收膜部分和兩邊收膜部分。在中間收膜部分的邊架兩端上裝有切膜裝置，將在距離棉桿根部 2cm 處的薄膜切開，安裝在兩邊架之間的收膜裝置將切斷的兩壟之間的殘膜回收起來。對于收取邊膜的部分也是同樣在拖拉機的牽引下，切膜裝置將薄膜在距離棉桿根部2cm的地方切斷，然后起膜裝置將埋在土里的邊膜鏟于地表，后邊的收膜裝置將其卷起，待拖拉機到達田間地頭的時候，液壓系統(tǒng)將分區(qū)式殘膜回收機提升起來通過卸膜裝置卸膜，完成一次收膜過程。
(1)設計一款分區(qū)式殘膜收獲機，以小型拖拉機為牽引動力。
(2)改變以往殘膜回收機械效率低的現狀，提高其回收率。
（3）提高機具的作業(yè)速度，進一步提高其生產率，增強經濟效益。
(4)改變復雜結構，降低成本，實現普及。
3.2可靠性分析
本裝置主要對殘膜進行回收，能對混合物進行簡單的分離，綜合國內殘膜回收機技術發(fā)展現狀分析，國內殘膜回收技術比較成熟，本課題主要介紹了要設計的主要問題以及思路。綜上所述，該設計是可行的。
四、課題研究的關鍵內容及其解決思路
4.1、課題的研究內容
該機械動力源為小型拖拉機，通過拖拉機動力輸出工作。包括框架，切膜裝置，起膜裝置，收膜裝置，卸膜裝置幾部分組成，研究過程如下：
（1）分區(qū)式殘膜回收機的工作原理，根據大學學習的農業(yè)機械學以及農業(yè)機械化生產管理學知識。
(2)分區(qū)式殘膜回收機的整體框架的研究，框架是整個機械的支撐裝置。查找相關文獻專利說明。
(3)進行起膜裝置的研究，重點是起膜工具的研究，這一部分用來將膜掀起。
(4)進行切膜裝置的合理設計，這一部分用來切膜分膜。
(5)對收膜裝置及卸膜的研究，這是用來回收膜及卸掉膜。
(6)最后進行整體的改進，提高回收效率，保證回收質量。
4.2、關鍵問題及解決思路
(1)起膜工具及起膜角度的設計，查閱資料以及進行實驗研究，做出合理的方案。
(2)初步確定回收裝置的設計，主要是回收工具及其分布。
(3)殘膜回收機起膜角度進行了設計計算。
(4)殘膜回收機裝配方案 ,以符合起膜要求, 對起膜裝置的運動進行了分析。
（5）卸膜部分的研究，參照以往回收機械進行改造。
五、完成本課題所必須的工作條件
（1）知識方面：運用具備的學科知識，如農業(yè)機械學，農業(yè)生產管理學，機械設計基礎，機械綜合設計，機械制造基礎等。
（2）硬件方面：有個人計算機，利用計算機等查閱工具，查閱有關資料選擇相關參數及材料,設計殘膜回收機構。
（3）軟件知識：運用塔里木大學圖書館各種在線網絡資源，搜集相關資料。
（4）運用Solidworks，pore軟件，繪制三維零件圖和裝配圖。
（5）運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行仿真。
六、完成本課題的工作方案及進度計劃
6.1工作方案：
1.查找大量關于殘膜回收機原理設計出分區(qū)式殘膜回收機的雛形。
2.繪制所有零部件并查閱相關說明，各零部件尺寸要達到合適效果。
3.組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進。
6.2進度計劃
第 一 周：查找分區(qū)式殘膜回收機的相關資料并且熟悉課題內容。
第 二 周：撰寫開題報告，制定總體方案。
第三周至第八周：設計分區(qū)式殘膜回收機裝置的三維實體模型圖，并生成關鍵部件及裝配圖工程圖。
第 九 周：殘膜回收裝置進行切膜設計和起膜設計。
第 十 周：撰寫畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問題。
第十一周：編寫答辯提綱，準備答辯。
第十二周：答辯
七、主要參考文獻
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學生簽名
年 月 日
指導教師審閱意見
指導教師簽名
年 月 日
,,目 錄,,一、研究的目的和意義 二、本課題所涉及的問題在國（外）研究現狀及分析 三、工作原理及其整體框架的設計 四、切膜裝置的設計 五、起膜裝置的設計 六、回收裝置的設計,,一.研究目的和意義,1 地膜覆蓋的作用 （1）保持土壤水分，增加作物抗旱能力，提高成活率。 （2）改善光照條件，提高光和效率。 （3）抑制雜草生長和病蟲的危害，提高農作物的品質。 2 殘膜污染產生的問題 （1）影響土壤物理性狀，降低土壤肥力 （2）影響作物生長發(fā)育，造成減產 （3）危害人體健康 （4）破壞環(huán)境，有礙觀瞻 3 殘膜污染的治理 （1）提高地膜的質量，改變現在廣泛使用的地膜厚度 （2）提高地膜的使用效率和回收效率 （3）加大殘膜回收機械的研制與改良,,二.課題涉及問題在國內（外）的現狀與分析,,1、國內研究現狀及分析 1.1苗期殘膜回收機械 （1）卷膜式棉花苗期殘膜回收機 （2）棉花苗期地膜回收機 （3） CSM-130B 型齒鏈式懸掛收膜機 1.2秋后殘膜回收機 （1）4CM系列殘膜回收整地機 （2）彈齒式收膜 （3）梳齒滾筒式殘膜回收機,,,1.3春播前殘膜回收機械 (1) CMJ-5 型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機 (2) IMS-450 型彈齒摟膜機 (3) 4MQ-1.5 型吸氣式殘膜回收機,,,,1.4我國殘膜回收機主要存在的問題 （1）作業(yè)功能單一，作業(yè)環(huán)節(jié)較長，殘膜回收率低。 （2）機具作業(yè)速度較低，適應性和可靠性較差，生產率底下。 （3）機械壓實嚴重，可改為播種前整地時使用殘膜回收機械。 （4）密排列其揀拾稈齒， 2、國外研究現象以及分析 （1）英國和前蘇聯主要采用懸掛式回收機 （2）以色列主要是利用收卷的方式來收膜 （4）美國主要采用卷膜式的殘膜回收機械 （5）歐洲國家主要采用高強度，耐老化的地膜，另一方面他們積極研制可降解免收地膜。,,,,,三、工作原理及整體的框架設計,該分區(qū)式殘膜回收機的機架主要有兩個部分組成，一部分是牽引架，另一部分是支架。在工作的工程中，牽引架與土槽牽引車采用三點懸掛式連接，這種懸掛的連接方式機動性好，可以非常方便的將機具升起、降落，對殘膜的收取和卸膜工作有很大的益處。,,,,,,,,四、切膜裝置的設計,為了能更簡單高效地完成收膜作業(yè)，本分區(qū)式殘膜回收機添加了圓盤式切膜裝置，在殘膜回收機工作的時候，先由且膜裝置以作物壟上膜為界限，將殘膜切割成中間膜和邊膜。,,,,五、起膜裝置的設計,起膜裝置不僅起到了將邊膜鏟于地表，它還可以起到松土的功能，這是由起膜鏟的結構決定的，起膜鏟的中間高，兩邊低。在工作的過程中，將壓在地膜上邊的硬土壤鏟起，使其松動，然后隨著牽引車的運動，起膜鏟上的土壤就會向兩邊滑落，使硬土塊成為疏松的碎土，因而產生了松土的效果，這樣可以為后邊的收膜工作打下了良好的基礎。,,,,六、回收裝置的設計,1.1 引導裝置的設計 此分區(qū)式殘膜回收機則需要盡量保持殘膜的完整型，負責會給回收帶來諸多的不便，因此我這起膜鏟后面到橡膠輥之間設計了一個引導裝置，通過引導裝置將邊膜匯聚到中間，這樣一方面可以讓邊膜匯聚成一股不至于斷掉，另一方面也方便橡膠輥的回收。,,,,1.2 收膜裝置的設計 此分區(qū)式殘膜回收機則需要盡量保持殘膜的完 整型，負責會給回收帶來諸多的不便，因此我這起膜 鏟后面到橡膠輥之間設計了一個引導裝置，通過引導 裝置將邊膜匯聚到中間，這樣一方面可以讓邊膜匯聚 成一股不至于斷掉，另一方面也方便橡膠輥的回收。,1.3 集膜箱的設計 設計的集膜箱主要功用是盛放從收膜輥中出來的地膜，其設計要求為：具有足夠大的盛放容積，本文設計了一種上大下小抽屜式的集膜箱，其主要包括集膜箱壁、抽板和螺栓等組成，如圖 4-3 所示。它利用厚度為 3mm 的鋼板焊接而成，長度寬度高度=890mm440mm300mm，利用 4個20的螺栓固定于機架的尾部。當收集的地膜放滿集膜箱時，靠人工拉動集箱底部的抽板進行卸膜。,謝謝大家！ 誠請各位老師指正！,
為農業(yè)機械提供位置數據測量
Herman Speckmann
原文來源:Federal Agricultural Research Centre Braunschweig (FAL), Institute for Biosystems Engineering, Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig, Germany
摘要
農業(yè)機械、車輛需要位置數據來指導和控制執(zhí)行最佳工作位置。位置數據也被需要用在像精細農作這樣的應用上。位置數據的必要的準確性、分辨率和頻率依照不同的應用而變化。只有一個系統(tǒng),安裝在中央車輛(例句、拖拉機),應該提供對每項任務的位置數據。
提出的關于中央系統(tǒng)的基本概念是位置數據按照特定應用程序計算并且直接被傳送到它需要被應用到的那個點上。這片論文闡述了測量的基本原理和位置數據的計算，還對現有的傳送數據的農業(yè)網絡進行了簡要介紹。它集中建議了一個提供和轉移位置數據的網絡服務。被討論的解決方案是以農業(yè)BUS（總線）系統(tǒng)為基礎(DIN 9684, ISO 11783). ? 2000 Elsevier Science B.V. 版權所有.
1.前言
位置指導的目的是給生長在農田里一個固定的區(qū)域上的莊稼帶來增產的方法。莊稼或者它們在農田里所處的位置是指導的重要參照。
位置數據被用來指導農用車、實現控制和支持精耕農業(yè)。準確性、分辨率和頻率取決于他們的具體應用。
必須強調的是本文沒有合適的解決這個問題的傳感器來產生數據。更確切的說,這里研究的問題是參照移動單位的一定的位置進行了一個位置信號產生,但是這個位置和需要的位置數據并不是完全一致的。此外，位置信息有可能在同一時間被需要用于幾種目的， 車輛和工具組合的結構可能會經常改變。
正如 Freyberger 和 Jahns (1999), Wilson (1999)所提到的， 測量系統(tǒng)可以是一個絕對定位系統(tǒng),比如Bell(1999)描述的衛(wèi)星系統(tǒng)，或者是一個相對的系統(tǒng)，比如Debain et al. (1999), Hague et al. (1999)描述的機器視覺系統(tǒng)。它可能也包括輔助傳感器。
傳感器只有在參考具體位置情況下測量位置，比如相機的安裝點、天線的底部。在接下來的描述中，這個位置被稱為測量點。由于各種原因,這位置測點的是預先設定好的，意味著衛(wèi)星天線將盡可能安裝在拖拉機的車頂上以便減少測量不到的區(qū)域。攝像機將會安裝在有保障最佳視覺的位置。粗糙或傾斜的表面引起的運動可能導致測量位置和運動表面的位置不同。例如，一輛車頂上裝有衛(wèi)星天線的車輛，大約3.5m，駕駛在10°的斜坡表面，傾斜方向造成的區(qū)別相差60cm。圖1闡述了這個情形。在這個例子中，計算一個參考點的位置可能更適當一些。貝爾(1999)提出把拖拉機的后方軸的中點作為參考點。表面上的一個點，例如，后方軸中間的下垂直面似乎顯得更適合與某些應用。像一些應用，比如控制實現，工具的一定點的位置可能最終重要。這個點將被稱作目標點。
在某些情況下位置數據需要用于不同的目的，分別為每個目的以一種獨立的測量系統(tǒng)測量位置不是很有效。當位置測量只有一次時多個硬件可以避免,同時工具上其他點的位置或者工具也被計算。假如位置和方法被測量，實驗測量和空間向量之間的地點測點的計算是眾所周知的，那么這種情況是可能的。如果兩個點嚴格耦合,這意味著兩點都在拖拉機上、兩點之間的向量是常數,一個簡單的矩陣運算就能產生結果。如果這些點沒被嚴格耦合,這意味著,例如,一處拖拉機,另一個是在附加工具上，矢量是可變的。額外的測量成為必要用來建立兩點之間的向量或必須應用其他原理計算目標點的位置。
2.數據處理和數據轉移
通過計量點上的測量位置和方法，在車輛或工具上任何點的位置數據可以被計算出來。計算結果可以被測量系統(tǒng)(中央數據處理)或由請求目標位置數據的各個系統(tǒng)(分布式數據處理)計算出來。
2.1 分布式數據處理
在分布式數據的情況下，測量系統(tǒng)僅作為智能傳感器服務。它測量需要的位置和計算，和提供這些未經處理的數據。頻率和精度等特點取決于請求的單位。這個單位執(zhí)行所有處理來計算位置。單位必須知道測點的位置和各有關參數。這樣處理的好處是測量裝置可以相對簡單。另一方面,每個請求的單位需要的充分的能力來履行這一運算。
2.2 中央數據處理
測量單位被擴展包括計算目標位置的各個組件。這個測量和處理系統(tǒng)形成了一個所謂的位置和導航服務的單元，這個單元提供任何目標點的最終位置數據。在這種情況下,只有一個測量與處理系統(tǒng)是必要的，即使位置數據必須被更多的用戶要求。這樣做，只有PNS必須知道所有相關的參數來進行計算。
2.3 數據傳送
無論數據在哪里處理，一個數據傳輸是必要的。對于這樣一個數據傳輸，一個標準的網絡是適當的。為了用于農業(yè)領域,存在一個在移動單位和固定農場電腦之間傳輸數據的汽車。農業(yè)總線系統(tǒng)(LBS)也已被標準化以便能在網路的各個電子單元（LBS節(jié)點或BUS節(jié)點）之間進行信息交換。這個標準定義了物理層網絡，網絡協議，系統(tǒng)管理，數據對象和常見任務的服務程序（Speckmann andJahns, 1999）。
LBS以DIN9684(DIN,1989–1998)作為標準。目前,正在努力建立一個國際標準(Nienhaus,1993)，ISO 11783，為了這個目的，像LBS，ISO 11783也將定義一個農業(yè)BUS作為一個農業(yè)機械交換數據的開放系統(tǒng)，特別是在拖拉機-執(zhí)行工具的組合和從移動單位到靜止不動的農場計算機。這個標準是基于控制器區(qū)域網絡數據協議(CAN; BOSCH, 1991)。市場上有相應的硬件設備。
在LBS中,為一般位置數據(地理位置:經度、緯度、高度,或軌道位置)的傳輸定義了數據對象。這標準允許定義的額外的數據對象,例如多維的距離，方向和速度。沒有幾何實施參數的數據對象目前存在在LBS中。ISO 11783提供，在第7部分(信息實現應用層），實施航行偏移的第一個定義?，F行標準沒有定義數據在哪里進行處理。因此，關于BUS中哪個單元計算目標點的數據，哪個或那些單元測量數據不具體。
LBS提供所謂的LBS服務來執(zhí)行常見任務。LBS服務是為LBS的參與者頻繁地執(zhí)行復發(fā)的任務的功能單元。LBS用戶站就是這樣的一項服務。這是一個為用戶提供輸入和輸出BUS上節(jié)點(BUS參與者)處置的數據中央接口。另一項服務提供在移動單位和固定的電腦，農場的電腦之間的數據交換。一些服務在LBS中被定義但尚未有詳細的標準，例如診服務斷或“Ortung und Navigation”（位置和導航），將在下面作為PNS被討論。在圖2中，一個典型的農業(yè)網絡的簡化方案展示了一個拖拉機-噴霧器的組合。這個圖表包括物理BUS線路，即骨干網絡。在這個BUS上，參與單元如拖拉機的電子控制單元(ECUs)、霧化器被連接協作起來。另外，兩項LBS服務也被連接到BUS上。一項服務代表LBS用戶站。另外一項是位置和導航服務，即位置數據的測量和處理系統(tǒng)。
2.4 分布式和中央數據處理的比較
一個分布式數據處理，農業(yè)BUS，根據DIN 9684 或者ISO 11783， 定義了在測量系統(tǒng)和任何參賽者之間必要的數據交換；獨自地，任何一個ECU。每一個ECU怎樣得到計算機位置數據計算必要的幾何和運動參數的問題保持開放。每一個ECU知道從各自的結合點到目標點的參數，但它不知道從結合點到測量點的參數。這些參數必須由其他ECU提供。沒有標準定義相應的數據對象或請求數據的程序。對于分布式數據處理，這些定義必須補充。
另外,對于中央數據處理，一定要知道測量點和目標點之間所有的運動參數。此外，方法必需被定義以便使用中央服務計算目標點的位置數據。一個位置和導航服務需要擴展標準，但以下的優(yōu)點在實際使用中是至關重要的。
● 為了確定目標點的位置數據,相應的控制單元(ECU)只有一個對話伙伴網絡。它獨立工作于各自的網絡配置，僅僅發(fā)送自己的參數和只接受它特定位置數據。
● PNS從所有的ECU上接受參數。它知道所有一切幾何條件和車輛-工具組合的運動參數。因此，任何目標點位置的確定是可能的。
● 這個標準的定義了計算程序和明確的提出了目標點的位置數據。
● 計算位置數據的計算性能完全由PNS提供。沒有計算能力需要用于這個目的。
在前一節(jié)提到，提供位置和導航數據的服務已經在LBS的計劃中。在下文中，將提到PNS的一個試例解決方案。
3.一項定位和導航服務的提議
此時，應當指出，下面的PNS的介紹是一項建議。它提供了一個平臺進行討論，這可能導致這個服務標準化。
3.1 PNS的主要特征
PNS的特征首先依賴于它的使用目的。從前面所講的，很明顯的是，測量的位置數據在一個地點，用在不同的地點。為了提供需要的數據來指導車輛，控制工具的位置和協助任何一種精耕農業(yè)，下面的條件必須滿足：
PNS提供有關測量點的數據。
PNS提供有關參考點的數據。
PNS提供有關目標點的數據。
這項服務的特點如下：
1.數據的請求和傳播的方式已經標準化，數據被LBS (DIN 9684)定義和將被ISO 11783標準化。因此，它將不會在此討論。在下面,LBS將作為一種標準化的農業(yè)BUS系統(tǒng)被使用。
2.數據的容量、準確性、頻率和范圍是由數據的目的決定的。
3.滿足這些要求的硬件和軟件不應被規(guī)范,應該取決于生產廠家。
3.2關于位置數據測量和計算方法標準的影響
各種測量系統(tǒng)和PNS中用于決定位置數據的方法不再標準的范圍之內?；谛l(wèi)星,機器視覺、慣性導航、地磁或這些情況的組合可能被應用。作為一種結果,生產企業(yè)可以決定如何產生位置數據，只要他滿足了規(guī)定的要求和準確性。
3.3 PNS在農業(yè)BUS系統(tǒng)中的整合
在LBS中整合定位和導航服務存在一些好處，因為許多特性已經被定義。LBS已經包括在PNS的選項作為試驗的標準。它允許實現服務作為一個獨立的物理單位或者為另外一個物理單位的邏輯單位。BUS接口和BUS協議的物理性能(DIN 9684, part 2)已經被標準定義。為LBS中服務的集成，系統(tǒng)的功能的定義是果斷的(DIN 9684，part3)。他們在LBS中定義節(jié)點的性能。第三部分也給了LBS服務一般的定義。
一項LBS服務形成與LBS參與者點對點的連接。LBS參與者使用服務時不會被其它使用者影響，一個LBS參與者也不能影響其他參與者對服務的使用。所有進一步PNS的定義還不規(guī)范。
3.4 PNS操作的一般模式
PNS設計應用以下的基本假設：
1.每一個ECU的只知道它自己的參數，包括參考點、目標點、結合點位置、車輛類型或軸距的坐標和數量。
2.只有ECU根據工作條件可以定義必要的時間間隔,準確度和位置數據的分辨。
3.每一個ECU的可以選擇不同的任意時刻的位置數據。
4.參數和計算和提供的位置數據的方法將會在田野機械開始運作過程之前被定義。
5.PNS提供了一些程序為實施標準和車輛類型計算位置數據。
6.位置數據自動（周期性）地或根據需求被提供。
為了滿足這些要求,服務窗口提供適當的工具，同時 ECUs 決定如何使用及使用哪個工具。這意味這它們定義一個或者多個任務。這樣一項任務基本上代表了一個命令表，包括激活具體工具使用的命令。這些任務被送到PNS，隨后PNS執(zhí)行這些任務。一個ECU的不同的任務相互獨立的被執(zhí)行。
圖3闡明了PNS與一個ECU之間的數據傳遞。同時，也顯示了PNS的主要部分。PNS的這些工具包括位置測量系統(tǒng)和測量點的數據，以及一系列處理這些數據的程序方法。程序如下：
1. 計算位置數據(位置程序)；
2. 計算位置數據值的平均值,最大值、最小值和積分的方法(算術程序)；
3. 輸入和輸出數據(傳輸程序)；
4. 傳遞數據到ECU（傳遞程序）；
5. 控制數據處理（數據控制程序）；
為了這些方法的執(zhí)行，ECU必須定義相應的參數。它同時也定義位置數據的數據對象。
PNS的主要工具是一項執(zhí)行ECU定義的任務的程序系統(tǒng)。簡而言之，程序系統(tǒng)解釋任務指令，調動相應的方法，計算要求的位置以及把數據送到ECU（電子控制單元）。
為了一項任務的定義，ECU生成一個任務庫。一個務庫主要是一系列調動PNS的程序法或者調動內嵌的任務庫的指令。各種參數被定義并且放置在參數庫里。為了存儲被計算的位置數據，ECU必需定義數據庫。數據庫必需在激發(fā)相應任務程序之前通過BUS從ECU傳送到達PNS。
3.5 PNS預定義的程序
PNS預定義的程序是一些處理位置數據或者控制數據處理的程序。不同的程序執(zhí)行不同的功能。不同的程序被一些獨特的標識符區(qū)別。這些程序被稱為“內部任務”（任務庫）。他將會成為標準的一部分用來定義標識符，功能規(guī)格和調用程序規(guī)格。
3.5.1 位置程序
位置程序（計算位置數據的程序）是計算目標點位置數據的數據。這些方法計算從最初的位置(輸入位置數據、資料的參考點的數據或以前計算的數據）到一種新的點的位置(輸出的位置數據、數據的目標點或作為中間結果)。位置程序能夠滿足不同結構位置的計算（考慮一、二或三維模型，嚴格耦合點，幾個基本類型車輛的不嚴格耦合點，工具和車輛-工具的結合）。這些程序從有關ECU執(zhí)行定義的參數庫得到他們的實際參數(目標點的坐標,車輛的長度、寬度、高度、類型或軸距)這是確定的有關實施ECU的。
圖4顯示了使用一個位置程序的一段任務庫。PNS的程序系統(tǒng)執(zhí)行這個程序庫。在任務庫的某一點上，它發(fā)現調用位置程序的指令。這個調用指令包括特定程序的標識符和有關參數庫的引用。這時，程序系統(tǒng)擁有由以上的操作產生的實際位置數據?，F在它使用這些實際數據作為輸入數據,和引用參數庫用于位置程序。然后，它執(zhí)行特定的程序。該程序使用指定的參數計算輸出的位置數據。然后，它返回到程序系統(tǒng)。位置程序的輸出數據成為新的實際位置數據。程序系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行下面的指令。
3.5.2 算術程序
算術方法被用來計算位置數據的平均值,最大值、最小值或者積分值。一個算術程序從程序系統(tǒng)的實際位置數據或從特定數據庫得到位置輸入數據。它使用在調用指令里決定的參數庫中的參數計算輸出位置數據。然后，計算結果數據被存儲在一個被定義的數據庫里。
圖5展示了一個算術程序使用的例子。在任務庫的某一點上，它發(fā)現調用算術程序的指令。這個調用包括具體程序的標識符,一個有關參數庫的引用,一個目的數據庫的引用和源數據庫選擇性的引用。這個程序系統(tǒng)采用實際數據和參考數據用于程序計算。根據調用規(guī)格,算術程序從程序系統(tǒng)(沒有定義的數據庫參考)或一種數據資源(數據資源I)得到輸入數據。它計算被要求的值并把計算結果存儲在一個數據庫里（數據庫II）。計算參數是從定義的參數庫中得到的。程序發(fā)揮到程序系統(tǒng)并繼續(xù)執(zhí)行。實際的位置數據沒有被改變。
3.5.3 傳輸程序
PNS定義了三種類型的傳輸程序。輸入程序是用來裝載作為實際位置數據的確定的數據庫位置數據到PNS的程序系統(tǒng)。輸出程序存儲實際位置數據到一個在調用指令里預先定義了的數據庫。輸入/輸出程序被用來從一個源數據庫到目的數據庫之間傳輸數據。
圖6顯示了一個使用輸入和輸出程序的例子。輸入程序的調用指令包括具體程序的標識符和源數據庫的引用。在執(zhí)行輸入程序之前，程序系統(tǒng)為程序提供源數據庫的引用。然后，程序執(zhí)行和得到位置數據，并將它作為實際位置數據返回給程序系統(tǒng)。以前的實際位置數據被損壞。系統(tǒng)繼續(xù)進行。對于輸出程序的使用，實際位置數據與目的位置數據庫提供參考。輸出程序將實際數據放到目的數據庫并返回到程序系統(tǒng)。實際位置數據仍然有效。
3.5.4 傳遞程序
傳遞程序發(fā)送具體的位置數據到ECU。源數據在調用指令(或一個數據庫或程序系統(tǒng)的實際數據)里被定義。當執(zhí)行一個傳遞程序時，它得到具體的位置數據并傳送到ECU。
3.5.5 數據控制程序
數據控制程序控制一個任務庫的執(zhí)行。程序流程是控制時間或距離。PNS的程序系統(tǒng)調查任務庫。假如確定的時間間隔已過期或已超出距離限制，程序將執(zhí)行下列指令。否則，程序系統(tǒng)跳到數據庫的結尾。