專利名稱：一種玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，尤其涉及一種玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著精密播種技術(shù)的發(fā)展，精密播種機(jī)已成為現(xiàn)代播種技術(shù)的主要特征，成為播種的主要發(fā)展方向，目前國內(nèi)使用的精播機(jī)大多數(shù)是機(jī)械式和氣力式播種機(jī)，在播種作業(yè)時具有播種過程全封閉的特點，因此憑人的視覺和聽覺無法直接監(jiān)視其作業(yè)質(zhì)量，而在播種作業(yè)時發(fā)生的種箱排空、輸種管雜物堵塞、排種器故障、開溝器堵塞或排種傳動失靈等工藝性故障均會導(dǎo)致一行或數(shù)行下種管不能夠正常播種造成斷條、漏播的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。對于目前大力推廣使用的免耕播種機(jī)來說，由于其作業(yè)地表秸桿覆蓋，精播機(jī)工作時環(huán)境條件更加惡劣，漏播、堵塞現(xiàn)象發(fā)生也就更加頻繁。鑒于此，對播種機(jī)的播種質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測就顯得尤為重要。因此，對精密播種機(jī)排種器的監(jiān)控系統(tǒng)的研究具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)的精密式播種機(jī)大致有:氣吸式、氣吹式、機(jī)械式等幾大類。近年來，隨著國家推廣精密播種技術(shù)的力度不斷加大，由于缺少監(jiān)控系統(tǒng)而造成的播種損失問題不斷顯現(xiàn)。因此，我國一些科研單位近幾年來已著手進(jìn)行電子監(jiān)視裝置的研制工作，在播種機(jī)工藝性故障自動監(jiān)控系統(tǒng)研究方面取得了較大的進(jìn)展和一定程度的推廣應(yīng)用，但其研究主要集中在監(jiān)控器的研究和試驗上，并且由于新技術(shù)不能較快地轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，系統(tǒng)工作可靠性不強(qiáng)，監(jiān)控系統(tǒng)尚不成熟，制造成本太高，所以帶有監(jiān)控系統(tǒng)的播種機(jī)還沒有太多成功的機(jī)型。據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計資料表明，我國年平均播漏種率為百分之一，每年漏播的土地面積接近于日本的總耕種面積。如果監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)實踐中得到應(yīng)用，將大大減少國家的損失。玉米播種工況監(jiān)控裝 置主要應(yīng)用于精密播種機(jī)上，對排種器卡種、開溝器堵塞或種箱缺種等現(xiàn)象造成的排種異常工況進(jìn)行實時、自動監(jiān)測和報警，并對播種量進(jìn)行統(tǒng)計，從而減少漏播現(xiàn)象，提高播種作業(yè)質(zhì)量。目前大部分的播種工況監(jiān)控裝置基于對射式光電原理，采用小功率紅外光敏對管對下種信號進(jìn)行監(jiān)測，種子通過傳感器時會遮斷紅外光束，傳感器將排種管中的種子落下信號變換成電脈沖信號，單片機(jī)采集此電脈沖信號，由此判斷是否正常下種，當(dāng)下種狀態(tài)不正常時，進(jìn)行聲光報警等提示，而不對實時的播種量、播種密度、播種作業(yè)速度以及播種面積進(jìn)行顯示。在玉米精密播種機(jī)上安裝播種工況監(jiān)控裝置時，通常將播種監(jiān)控傳感器安裝在排種管之上，安裝空間十分有限。而現(xiàn)有的播種工況監(jiān)控傳感器多采用對射式光電傳感器，發(fā)射器件與接收器件分離，布線較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。僅通過電脈沖信號的上升沿或下降沿來判斷是否有種子落下，無法將灰塵、碎屑落下的產(chǎn)生的電脈沖信號與種子落下信號進(jìn)行區(qū)分，極易受到環(huán)境中的雜物、機(jī)器振動等干擾，產(chǎn)生故障誤報警現(xiàn)象，而且無法對播種量進(jìn)行準(zhǔn)確計量。[0007]此外，現(xiàn)有的播種工況監(jiān)控裝置對播種作業(yè)工況參數(shù)的監(jiān)控主要局限于下種狀態(tài)的監(jiān)測，沒有播種量、播種密度、播種作業(yè)速度、播種面積等的實時監(jiān)測和顯示功能，不利于作業(yè)人員評估播種作業(yè)質(zhì)量，及時調(diào)整播種作業(yè)速度和處理異常工況；現(xiàn)有的播種監(jiān)控裝置僅適用于特定型號的播種機(jī)，當(dāng)機(jī)具發(fā)生變化時，無法設(shè)置播種監(jiān)控行數(shù)、機(jī)具參數(shù)，不能靈活地與不同的播種機(jī)具適配。因此，針對以上不足，本實用新型提供了一種適用于玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，它采用結(jié)構(gòu)緊湊的反射式光電傳感器將種子流動信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，利用微控制器的脈沖捕獲單元獲取脈沖信號的寬度，通過與特定的脈寬閾值相比較，克服雜物、振動等帶來的故障誤報警等問題；監(jiān)測模塊采集播種監(jiān)控傳感器信號和地速信號，并計算播種量、播種密度、播種作業(yè)速度、播種面積等參數(shù)；顯示終端對排種異常狀況進(jìn)行聲光報警和圖形化顯示，實時監(jiān)測和顯示播種量、播種密度、播種作業(yè)速度、播種面積等作業(yè)參數(shù)，使作業(yè)人員實時掌控播種作業(yè)情況，及時調(diào)整作業(yè)速度和處理異常工況。并且能夠通過顯示終端靈活設(shè)置機(jī)具參數(shù)、監(jiān)測行數(shù)，使播種工況監(jiān)控裝置能夠適用于不同的機(jī)具。

實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題當(dāng)下種狀態(tài)不正常時，只進(jìn)行聲光報警等提示，而不對實時的播種量、播種密度、播種作業(yè)速度以及播種面積進(jìn)行顯示，不利于作業(yè)人員評估播種作業(yè)質(zhì)量，及時調(diào)整播種作業(yè)速度和處理異常工況。僅通過電脈沖信號的上升沿或下降沿來判斷是否有種子落下，無法將灰塵、碎屑落下的產(chǎn)生的電脈沖信號與種子落下信號進(jìn)行區(qū)分，極易受到環(huán)境中的雜物、機(jī)器振動等干·擾，產(chǎn)生故障誤報警現(xiàn)象，而且無法對播種量進(jìn)行準(zhǔn)確計量。此外，現(xiàn)有的播種監(jiān)控裝置僅適用于特定型號的播種機(jī)，當(dāng)機(jī)具發(fā)生變化時，無法設(shè)置播種監(jiān)控行數(shù)、機(jī)具參數(shù)，不能靈活地與不同的播種機(jī)具適配。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，其包括播種監(jiān)控傳感器、地速傳感器、監(jiān)測模塊和顯示終端。其中，播種監(jiān)控傳感器安裝在排種管的一側(cè)。其中，地速傳感器采用霍爾型傳感器，其中磁鋼放置于播種機(jī)的地輪之上，霍爾感應(yīng)器件安裝在地輪固定支架上。其中，監(jiān)測模塊安裝在播種機(jī)的種箱側(cè)面，通過防水插頭與播種監(jiān)控傳感器和地速傳感器相連接。其中,播種機(jī)通過三點懸掛機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)相連。其中，顯示終端固定在拖拉機(jī)的駕駛室內(nèi)，通過CAN總線與監(jiān)測模塊連接。播種監(jiān)控傳感器的感應(yīng)器件為反射式光電器件，包括紅外發(fā)射二極管、紅外光敏三極管、印制電路板和外圍器件。播種監(jiān)控傳感器的紅外發(fā)射和接收窗口集成在同一塊電路板上，且與排種管的側(cè)面開孔對齊安裝在排種管上。監(jiān)測模塊的中央處理器為AT90CAN128微控制器，微控制器的CAN總線通信接口管腳與CAN總線收發(fā)電路相連，其中CAN總線收發(fā)芯片為CTM8251T。[0022]顯示終端包括ARM微處理器、鍵盤電路、液晶顯示模塊、CAN收發(fā)模塊和RS232接口電路，其中，ARM微處理器采用AT91SAM7X256 ;按鍵信號與微處理器的輸入IO引腳相連；微處理器通過芯片SN74LVC4245驅(qū)動液晶模塊，AT91SAM7X256的CAN總線通信接口管腳與CAN收發(fā)電路相連。整個裝置由拖拉機(jī)的蓄電池供電，供電電壓為12V。(三)有益效果本實用新型的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點:1、本實用新型由于采用反射式紅外光電傳感器來檢測種子下落的信號，使發(fā)射器件和接收器件可以集成在一塊印制電路板上，減少了布線，使播種監(jiān)控傳感器結(jié)構(gòu)更加簡單。2、本實用新型采用脈沖捕獲的方法同時捕獲種子下落信號對應(yīng)的電脈沖上升沿和下降沿，精確計算脈沖寬度，并通過閾值比較的方法來識別出有用信號，濾除田間作業(yè)條件下環(huán)境灰塵、機(jī)器振動等的干擾，實現(xiàn)對于玉米播種量的精確計量。3、本實用新型能夠?qū)崟r監(jiān)測地速信號，并根據(jù)獲得的地速信息、播種量等信息，實時計算并顯示播種作業(yè)面積、播種密度等作業(yè)參數(shù)，為操作者調(diào)整作業(yè)速度和及時處理異常工況提供指導(dǎo)。4、本實用新型適用于玉米精密播種機(jī)，能夠及時發(fā)現(xiàn)排種器卡種、開溝器堵塞或種箱缺種等造成的排種異?，F(xiàn)象，并進(jìn)行實時、自動監(jiān)測和報警，減少漏播現(xiàn)象，提高播種作業(yè)質(zhì)量；降低人工成本，并消除人工監(jiān)控所帶來的不確定性。

圖1是本實用新型播種工況監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。圖2是本實用新型播種監(jiān)控傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型播種監(jiān)控傳感器安裝示意圖。圖4是本實用新型監(jiān)測模塊電路框圖。圖5是本實用新型顯示終端電路框圖。圖中，1:拖拉機(jī)；2:三點懸掛機(jī)構(gòu)；3播種機(jī)；4:蓄電池；5:顯不終端；6:監(jiān)測模塊；7:播種監(jiān)控傳感器；8:排種管；9:地速傳感器；10:紅外發(fā)射二極管；11:紅外光敏三極管；12:印制電路板；13:外圍器件。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。本實用新型提供了一種玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，其包括播種監(jiān)控傳感器、地速傳感器、監(jiān)測模塊和顯示終端。裝置的結(jié)構(gòu)及安裝示意圖如圖1所示。其中，播種監(jiān)控傳感器安裝在排種管的一側(cè)。其中，地速傳感器采用霍爾型傳感器，其中磁鋼放置于播種機(jī)的地輪之上，霍爾感應(yīng)器件安裝在地輪固定支架上。其中，監(jiān)測模塊安 裝在播種機(jī)的種箱側(cè)面，通過防水插頭與播種監(jiān)控傳感器和地速傳感器相連接。 其中，播種機(jī)通過三點懸掛機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)相連。其中，顯示終端固定在拖拉機(jī)的駕駛室內(nèi)，便于機(jī)手查看和操作，通過CAN總線與監(jiān)測模塊連接。整個裝置由拖拉機(jī)的蓄電池供電，供電電壓為12V。播種監(jiān)控傳感器的感應(yīng)器件為反射式電器件，包括紅外發(fā)射二極管、紅外光敏三極管、印制電路板和外圍器件，如圖2所示。當(dāng)沒有物體經(jīng)過傳感器時，紅外光敏三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)有種子等顆粒物經(jīng)傳感器落下時，紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光被顆粒物反射，紅外光敏三極管接收到反射的紅外光后導(dǎo)通，產(chǎn)生電脈沖信號。通過改變紅外發(fā)射二極管和紅外光敏三極管與印制電路板的夾角01、02以及距離d，可以相應(yīng)地調(diào)整播種監(jiān)控傳感器的探測范圍。播種監(jiān)控傳感器的安裝示意圖如圖3所示。在排種管的一側(cè)開孔，將播種監(jiān)控傳感器的紅外發(fā)射與接收窗口集成在同一塊電路板上，且與排種管的側(cè)面開孔對齊，然后采用卡箍或扎帶等將播種監(jiān)控傳感器固定在排種管上。監(jiān)測模塊對播種監(jiān)控傳感器信號和地速信號進(jìn)行采集，判斷排種狀況，并計算播種量、播種作業(yè)面積、播種密度、播種作業(yè)速度等作業(yè)參數(shù)，然后通過CAN總線將這些信息發(fā)送至顯示終端。監(jiān)測模塊的電路框圖如圖4所示，模塊的中央處理器為AT90CAN128微控制器。各路播種監(jiān)控傳感器輸出的電脈沖信號通過濾波與整形以后，輸送到微控制器的脈沖捕獲管腳，各路傳感器信號分別由微控制器的各個脈沖捕獲單元進(jìn)行捕獲，獲取脈沖的上升沿和下降沿，由此計算出脈沖寬度，并與脈寬閾值相比較，判斷是種子落下、灰塵落下還是有兩粒種子同時落下，如果脈寬在5ms-25ms之間，則判定為種子落下，對播種粒數(shù)進(jìn)行累加。地速信號直接接到微控制器的中斷單元，根據(jù)中斷次數(shù)來計算地速。微控制器進(jìn)而根據(jù)地速信息、作業(yè)幅寬、播種量來計算播種面積、播種密度等參數(shù)。微控制器的CAN總線通信接口管腳與CAN總線收發(fā)電路相連，實現(xiàn)與顯示終端的通訊，其中CAN總線收發(fā)芯片采用CTM8251T。供電電路為微控制器和傳感器提供5V的工作電源，復(fù)位電路提供微控制器上電復(fù)位和手動復(fù)位功能，晶振電路為微控制器提供8MHZ的時鐘源。顯示終端實時顯示各個種管狀態(tài)、播種作業(yè)參數(shù)，并且對異常的排種狀況進(jìn)行圖形化顯示和聲光報警。顯示終端如圖5所示，其由ARM微處理器、鍵盤電路、液晶顯示模塊、CAN收發(fā)模塊、RS232接口電路組成。ARM微處理器采用AT91SAM7X256。按鍵信號與微處理器的輸入IO引腳相連，微處理器對按鍵狀態(tài)進(jìn)行輪詢。微處理器通過芯片SN74LVC4245驅(qū)動液晶模塊，從而在液晶模塊上顯示播種量、播種面積、播種密度等信息。AT91SAM7X256的CAN總線通信接口管腳與CAN收發(fā)電路相連，實現(xiàn)與監(jiān)測模塊的通訊。顯示終端上還具有RS232接口電路，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，使顯示終端可以通過RS232與計算機(jī)進(jìn)行通訊。此外，AT91SAM7X256還具有供電電路、復(fù)位電路、晶振電路等外圍電路。顯示終端的面板的液晶顯示屏上可以顯示種管狀態(tài)、播種作業(yè)參數(shù)等信息。通過“設(shè)置”、“取消”、“確認(rèn)”及四個方向按鍵進(jìn)行狀態(tài)界面切換和參數(shù)設(shè)置等工作，并將設(shè)置好的參數(shù)通過CAN總線發(fā)送給監(jiān)測模塊，從而達(dá)到人機(jī)交互的作用。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視 為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，其特征在于，包括播種監(jiān)控傳感器、地速傳感器、監(jiān)測模塊和顯示終端，其中: 1)播種監(jiān)控傳感器安裝在排種管的一側(cè)； 2)地速傳感器采用霍爾型傳感器，其中磁鋼放置于播種機(jī)的地輪之上，霍爾感應(yīng)器件安裝在地輪固定支架上； 3)監(jiān)測模塊安裝在播種機(jī)的種箱側(cè)面，通過防水插頭與播種監(jiān)控傳感器和地速傳感器相連接； 4)播種機(jī)通過三點懸掛機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)相連； 5)顯示終端固定在拖拉機(jī)的駕駛室內(nèi)，通過CAN總線與監(jiān)測模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，其特征在于，所述的播種監(jiān)控傳感器的感應(yīng)器件為反射式光電器件，包括紅外發(fā)射二極管、紅外光敏三極管、印制電路板和外圍器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的播種監(jiān)控傳感器，其特征在于，播種監(jiān)控傳感器的紅外發(fā)射和接收窗口集成在同一塊電路板上，且與排種管的側(cè)面開孔對齊安裝在排種管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，其特征在于，所述的監(jiān)測模塊的中央處理器為AT90CAN128微控制器，微控制器的CAN總線通信接口管腳與CAN總線收發(fā)電路相連，其中CAN總線收發(fā)芯片為CTM8251T。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，其特征在于，所述的顯示終端包括ARM微處理器、鍵盤電路、液晶顯示模塊、CAN收發(fā)模塊和RS232接口電路，其中，ARM微處理器采用AT91SAM7X256 ;按鍵信號與微處理器的輸入IO引腳相連；微處理器通過芯片SN74LVC4245驅(qū)動液晶模塊，AT91SAM7X256的CAN總線通信接口管腳與CAN收發(fā)電路相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置，其特征在于，整個裝置由拖拉機(jī)的蓄電池供電，供 電電壓為12V。
專利摘要本實用新型提供了一種玉米精密播種機(jī)的播種工況監(jiān)控裝置。其包括播種監(jiān)控傳感器、地速傳感器、監(jiān)測模塊和顯示終端。地速傳感器采用霍爾型傳感器，監(jiān)測模塊安裝在播種機(jī)種箱側(cè)面，顯示終端固定在拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)，通過CAN總線與監(jiān)測模塊連接。播種監(jiān)控傳感器的紅外發(fā)射和接收窗口集成在同一塊電路板上，與排種管的側(cè)面開孔對齊安裝在排種管上，減少了布線。本裝置濾除了環(huán)境灰塵、機(jī)器振動等干擾，能實時監(jiān)測地速信號，實時計算并顯示播種作業(yè)面積、播種密度等參數(shù)，能及時發(fā)現(xiàn)排種器卡種、開溝器堵塞或種箱缺種等造成的排種異常現(xiàn)象，并進(jìn)行實時、自動監(jiān)測和報警，減少漏播現(xiàn)象，提高播種質(zhì)量，降低人工成本，消除了人工監(jiān)控帶來的不確定性。
文檔編號G05B19/418GK203149368SQ201320096709
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者王沛東, 孟志軍, 付衛(wèi)強(qiáng), 梅鶴波, 羅長海, 武廣偉, 董建軍 申請人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心