水稻作为我国主要粮食作物之一,其产业的持续与健康发展关乎国计民生和国家粮食安全战略。为实现我国农民增收和农业现代化建设,强化落实水稻产业的发展具有重要意义。水稻穴直播技术是根据农艺种植要求利用水稻穴直播机将稻种以成穴定量方式按一定间距播至水田垄台的先进技术,可有效保证合理的植株结构,避免生长疏密不均。目前水稻穴直播机播种过程普遍处于封闭状态,人工无法直接监视其作业质量,若机具出现重播或漏播现象,则会造成植株通风性差、成苗率低,影响农业生产成本与收益。故有必要对水稻穴直播作业过程进行实时监测及故障报警,以便驾驶员能够及时发现并解决问题,提高播种作业效率,从而保证水稻的高产和稳产。因此,在满足水稻穴直播作业条件下,实现精准实时监测具有极其重要的意义。本研究在综述和分析国内外播种监测技术发展现状的基础上,结合水稻穴直播农艺要求和多粒穴播作业方式,应用与水稻穴直播配套的同步实时监测技术,研制了一种兼具辅助监测与导种成穴功能的导种管,并基于此导种管设计了集精准实时监测、同步导种成穴和高效无线通信于一体的监测系统,满足水稻穴直播作业过程中的实时故障报警,满足改善水稻穴直播作业质量的设计要求。通过理论分析、结构设计、电路设计、台架测试和田间试验等开展研究工作,主要研究内容如下:(1)监测系统总体设计基于弹射式耳勺型水稻穴直播排种器工作原理,分析稻种投种过程的运动轨迹,设计了可辅助监测且导种成穴的导种管。根据播种机性能评价指标及要求,结合机具实际作业情况,分析并设定了水稻穴直播作业过程中可能存在的四种播种故障,并针对每种播种故障设计了系统监测算法,完成监测系统总体设计,为后续监测系统硬件和软件设计奠定重要基础。(2)监测系统硬件设计提出监测系统硬件设计方案,并结合监测系统工作原理,以实现其精准实时监测、同步导种成穴和高效无线通信三大功能为设计目标,对单片机主控制模块、直流稳压电源模块、信号采集与处理模块、声光报警模块和无线串口透传模块进行了选型与配置设计。选配了PVDF压电薄膜作为监测系统的传感器,并确定了其在导种管内的安装部位。根据监测系统各模块的规划功能目标,对监测系统总体电路进行设计,并采用模块化处理方法设计了各模块的工作电路,为实现监测系统设计功能提供重要保障。(3)监测系统软件设计结合监测系统硬件设计目标,提出系统软件设计方案,将系统整体软件程序分为监测系统主程序、信号采集与处理子程序、故障判断及声光报警子程序和蓝牙无线串口透传子程序,并利用Arduino语言对监测系统主程序及子程序进行编程并整合,实现信号采集与处理、故障判断和声光报警。通过安卓应用程序编程软件编写蓝牙无线串口透传APP,实现了数据的高效无线通信。(4)监测系统工作性能试验为探究水稻穴直播监测系统的工作性能,考察监测系统设计的科学性和合理性,以浸种催芽且包衣处理的龙庆稻3号为直播稻种,分别开展了监测系统台架灵敏度测试及工作性能田间试验。台架测试结果表明:监测系统灵敏度随排种器工作转速的增大而略有降低,当排种器工作转速为10~35r/min时,监测系统灵敏度范围为90.83~99.17%,表明监测系统可对稻种冲击PVDF压电薄膜传感器产生的信号进行有效采集,可靠性较高。对监测系统灵敏度进行田间验证,得到监测系统灵敏度随排种器工作转速的变化规律与台架测试结果基本一致,在此基础上开展了监测系统工作性能田间试验,结果表明:排种器工作转速对监测系统的重播监测精度、漏播监测精度及有效监测精度影响显著,并获得了不同水平下的排种器工作转速与指标函数的变化关系。同时,监测系统的重播监测精度、漏播监测精度及有效监测精度随排种器工作转速的增大而减小,且最小平均值分别为81.79%、80.42%和97.67%,相对误差小于2.4%,在可接受范围内。该系统可有效监测水稻穴直播作业状态,满足水稻穴直播的监测要求。