CN102445233A - 基于作业路径的玉米产量实时测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于作业路径的玉米产量实时测量系统，该系统安装于玉米收获机上；包括田间计算机、速度传感器、测产传感器、行程开关传感器和测产信息数据库；田间计算机安装于玉米收获机的驾驶室内；速度传感器安装在玉米收获机车轮上；测产传感器安装在玉米收获机的集粮箱底部；行程开关传感器安装在玉米收获机的割台上；速度传感器、测产传感器和行程开关传感器通过屏蔽导线与田间计算机相连；田间计算机包括路径计算模块和产量成图模块；速度传感器、测产传感器、路径计算模块和产量成图模块分别获得的收获机作业速度、玉米产量信息、实时位置信息以及玉米产量分布图存储于所述测产信息数据库中。本发明降低了测产成本，提高了系统稳定性。

Description

基于作业路径的玉米产量实时测量系统

技术领域

本发明涉及一种基于作业路径的玉米产量实时测量系统。具体涉及一种包括速度传感器、称重传感器和以ARM920T-S3C2410微处理器为核心开发的田间计算机组成的玉米收获机用产量实时测量装置。

背景技术

在精确农业技术体系中，实时获得产量数据是实施精确农业作业的关键技术之一。准确地收获与分析玉米产量在精确农业体系中既是当年作业的终点、又是下一年作业的起点。获得准确的产量数据及其分布图，通过对玉米产量差异进行分析，追溯分析产生差异的原因，可为来年（或下一季）的播种、灌溉、施肥等管理与决策工作提供有价值的参考依据。可以说，获取产量数据（测产）是精确农业作业的基础，也是实施精确农业作业的一个重要环节。

近年来，测产系统在国外已形成多种商品化的成果，这些测产系统主要应用于粒状谷物收获机械。例如：美国凯斯公司的“先进农业”系统，美国约翰·迪尔公司的“绿色之星”系统等。但是这些产品主要针对收获颗粒状农作物，如：小颗粒谷物、粒状玉米、大豆、水稻和草籽等。上述测产系统应用于玉米收获测产作业时，适合玉米籽粒在含水量≤20%的条件下进行。而我国农村由于农艺和气候条件的限制，在玉米籽粒含水量≥30% 的时候则开始收获，此时玉米含水量过高不适合收割作业的同时进行玉米脱粒。因此要实时获取玉米产量，只能在田间对收获的玉米果穗实施实时产量测量。同时，现有精确农业作业机械都是由装备在其上的GPS（或DGPS）为田间作业机械提供位置信息，获取产量图的方式是将产量信息与使用GPS（或DGPS）获得的位置信息结合生成产量分布图。由于在每台玉米收割机上装配GPD(或DGPS), 因此现有玉米收获机作业测产系统的先期投入大，获取产量数据的成本高。

此外，精确农业作业实施的第一步是将大田块划分成小田块,即进行网格划分，以一个作业网格（或操作单元）为单位进行数据采集、分析、管理。在欧美等国，由于规模经营，即农田规模较大，网格划分一般是与大地经纬度方向一致,且为正方形或矩形形状，对田块边缘处形成的零星地块则忽略不计。而在中国，我国现行的农村联产土地承包责任制度，农村农户承包的土地是按垄（作）划分，同时农艺作业中的播种、变量施肥、追肥及收获也均是按垄实施作业的。因此，以操作单元为单位获取产量信息不但可产生零星边界碎块, 且所形成的产量分布图与春季的播种、变量施肥、变量喷药作业方式不一致，不便于进行农田作业管理、分析与效益的评估。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种成本低的玉米收获机用产量实时测量系统。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于作业路径的玉米产量实时测量系统，该系统安装于玉米收获机上；该系统包括田间计算机、速度传感器、测产传感器、行程开关传感器和测产信息数据库；用来获取收获机作业速度的速度传感器安装在玉米收获机车轮上；用来获得玉米产量信息的测产传感器安装在玉米收获机的集粮箱底部；所述行程开关传感器安装在所述玉米收获机的割台上；所述速度传感器、测产传感器和行程开关传感器通过屏蔽导线与田间计算机相连；所述田间计算机内包括路径计算模块和产量成图模块；路径计算模块对所述玉米收获机所处位置进行实时定位并获取实时位置信息，产量成图模块绘制玉米产量分布图；获得的收获机作业速度、玉米产量信息、实时位置信息以及玉米产量分布图存储于测产信息数据库中。

对本发明的进一步改进在于：速度传感器包括接近电感式接近开关传感器和码盘，通过测量单位时间内车轮转数计算出收获机速度。

上述田间计算机采用ARM920T-S3C2410微处理器为核心。田间计算机还包括田间信息数据库，田间信息数据库内存储地块信息、车次信息、玉米含水率h和穗粒比k。

上述测产传感器采用称重式产量传感器，测得集粮箱内玉米果穗重量。

实时测量系统通过行程开关传感器监测割台状态，当割台升起时，割台高度高于行程开关传感器的临界值，则不启动路径计算模块；当割台放下，割台高度低于行程开关传感器的临界值，行程开关传感器向田间计算机发出逻辑指令，启动路径计算模块。

速度传感器实时采集玉米收获机车轮转动脉冲信号，并通过屏蔽导线将脉冲信号传递至田间计算机；所述路径计算模块根据田间计算机接收到的脉冲信号，并通过路径计算和定位推算实现玉米收获机具在田间的实时定位。

产量成图模块通过田间信息数据库内的玉米含水率、穗粒比，以及测产传感器测得的玉米果穗重量，计算玉米产量，并依据路径计算模块得到的作业路径实时绘制玉米产量分布图。

实时测量系统还包括电源，电源为田间计算机、速度传感器、测产传感器和行程开关传感器提供12V的直流电压。

测产信息数据库为U盘，所述U盘与田间计算机通过USB接口相连。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明基于作业路径的玉米产量实时测量系统所获得的产量数据和产量分布图不但与在春季耕种时的播种、施肥机作业方向一致，同时使秋收季节与收获机的作业方式也一致，便于测产作业的实施与产量数据的分析，便于进行农业作业管理与效益的评估。应用路径计算模块通过路径计算和定位推算算法为测产系统提供作业路径和位置信息，收获作业时节省一套GPS（或DGPS）设备，可以大大减少收获机系统的先期投入；由于减少了硬件装备，不但减低测产系统装备的成本，同时也减少了测产系统的用电负荷，减低获取产量数据的成本，且提高了系统工作的稳定性。本发明测产作业方式适合中国国情的农艺需求，不但可实时获得玉米产量数据，生成产量分布图，为来年（或下一季）的变量投入作业的管理与决策提供参考；而且将作业过程中产生的相关数据进行实时存储，可提供准确实时的作业数据记录过程，为我国玉米收获机械设计完善提供详实的参考数据。所设计的测产系统结构简单，设备先期投入少，作业方法有效地减小收获机作业震动所带来的测产误差，提高测产精度；基于作业路径进行产量测量所形成的产量分布图不但与春季的播种、变量施肥、变量喷药作业方式一致，而且与收获机作业方式一致。因此便于分析、管理、评估与预测。填补了国内玉米产量实时监测领域的空白。

本发明实现了玉米产量的实时在线测量，为玉米作物实施精确农业作业提供了一种有效可行的收获测产作业方法和测量系统。发明中所设计的测产系统和测量方法极大的降低获取产量数据的成本并有效减低收获机作业震动对测产精度的影响，提高玉米收获测产的精度和可靠性。

附图说明

图1为本发明产量实时测量系统在玉米收获机上的安装示意图。

图2为本发明的工作原理示意图。

图3为本发明收割测产作业流程图。

图中，1-田间计算机，2-速度传感器，3-电感式接近开关传感器，4-码盘， 6-测产传感器，7-行程开关传感器，8-测产信息数据库，9-电源，10-屏蔽连接线。        

具体实施方式

下面结合附图对本发明玉米收获机用产量实时测量系统进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明产量实时测量系统包括：以ARM920T-S3C2410微处理器为核心开发的田间计算机1、由电感式接近开关传感器3和码盘4组成的速度传感器2、测产传感器6、行程开关传感器7、测产信息数据库8、电源9、屏蔽连接线10。其中，测产信息数据库8为U盘，通过USB接口连接田间计算机1为一整体，安装在玉米收获机驾驶室内。田间计算机1包括田间信息数据库、路径计算模块和产量成图模块。田间计算机1进行人机交互操作，向田间信息数据库内输入地块信息、收获机车次信息、玉米含水量h和穗粒比k。电感式接近开关传感器3和码盘4安装在收获机车轮上，通过测定单位时间内车轮转数计算出收获机速度，由路径计算模块累计车轮转数计算出行进距离和收获机作业位置。测产传感器6为称重式产量传感器，安装在收获机的集粮箱底部，测得收获的玉米果穗重量。行程开关传感器7安装在玉米收获机的割台上，用来监测割台升降判断收获机作业与否，为系统提供逻辑开关信号。电源9取自收获机上的12V直流电压。电感式接近开关传感器3、测产传感器6和行程开关传感器7通过屏蔽导线10与田间计算机1相连。田间计算机接收行程开关传感器7、速度传感器2、测产传感器6的信号启动路径计算模块计算出当前产量和已收获小区产量数据，并将数据以后缀.vld文件形式实时存储于测产信息数据库8中。

如图3所示，本发明使用时，首先对所收获地块玉米进行采样，得出玉米果穗的粒穗比k和玉米含水量h（不同地块、品种粒穗比k不同，玉米含水量h不同，须现场采样获得）。当收获机进入作业地块时，启动该产量测量系统，通过田间计算机1屏幕进行人机交互操作，输入地块编号、收获机车次信息、玉米含水率h和该品种玉米的穗粒比k。田间计算机1可以同时显示系统工作状态、包括当前作业速度、位置和累计的产量等信息。玉米果穗经割台收取后，剥除苞叶，通过升运器5收集粮箱内，当集粮箱满后，举升卸粮。当割台放下进行玉米收割作业时触发行程开关传感器7，产生一个逻辑启动信号经屏蔽连接线10传至田间计算机1，系统则开始计时,速度传感器2实时采集车轮转动脉冲信号，并通过屏蔽连接线10将脉冲信号传递至田间计算机1。由嵌入在田间计算机1的路径计算模块根据所得脉冲和给定的车轮直径，计算出单位时间内收获机行走的距离，获得收获机作业速度V；然后由收获机收获一集粮箱时间内行走的路径距离L和割台宽度D，计算得到积满一箱玉米期间内的收获面积S=L·D；同时通过定位推算算法推算出收获机的当前作业位置。当停车启动提升集粮箱倾倒玉米之前，田间计算机1读取测产传感器6的重量数据M，同时计算出对应该集粮箱玉米果穗的重量M内的作业面积S=L·D。将面积S和该区域玉米果穗重量M融合，得到该作业小区的产量数据。当收获机行进到地头或收获作业暂停时，割台升起，行程开关7发出逻辑停信号，系统停止数据采集，进入待机状态。田间计算机1在获取到作业路径内的产量和面积的同时，将对应的位置信息、速度信息、产量信息、作业路径、作业面积、地块信息和车次及时间等信息实时存储在U盘中。

电源9负责为田间计算机1、速度传感器2、称重传感器6、行程开关7提供12V直流电压。

本发明可以适用于侧翻斗集粮箱的玉米收获机，只需把称重传感器安装在集粮箱底部，把速度传感器安装在车轮上即可。该发明可适用于多种型号的玉米收获机。本发明填补了国内外对于玉米收获实时测产的空白，为实施精确农业玉米收获实时测产提供了技术支持。

Claims (10)

1.基于作业路径的玉米产量实时测量系统,该系统安装于玉米收获机上；其特征在于：该系统包括田间计算机（1）、速度传感器（2）、测产传感器（6）、行程开关传感器（7）和测产信息数据库（8）；用来获取收获机作业速度的速度传感器（2）安装在玉米收获机车轮上；用来获得玉米产量信息的测产传感器（6）安装在玉米收获机的集粮箱底部；所述行程开关传感器（7）安装在所述玉米收获机的割台上；所述速度传感器（2）、测产传感器（6）和行程开关传感器（7）通过屏蔽导线与田间计算机（1）相连；所述田间计算机（1）包括路径计算模块和产量成图模块；路径计算模块对所述玉米收获机所处位置进行实时定位并获取实时位置信息，产量成图模块绘制玉米产量分布图；获得的收获机作业速度、玉米产量信息、实时位置信息以及玉米产量分布图存储于测产信息数据库（8）中。

2.根据权利要求1所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述速度传感器（2）包括接近电感式接近开关传感器（3）和码盘（4），通过测量单位时间内车轮转数计算出收获机速度。

3.根据权利要求1所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述田间计算机（1）采用ARM920T-S3C2410微处理器为核心。

4.根据权利要求1所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述田间计算机（1）还包括田间信息数据库，所述田间信息数据库存储地块信息、车次信息、玉米含水率h和穗粒比k。

5.根据权利要求4所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述产量成图模块通过田间信息数据库内的玉米含水率和穗粒比，以及测产传感器（6）测得的玉米果穗重量，计算玉米产量，并依据路径计算模块得到的作业路径实时绘制玉米产量分布图。

6.根据权利要求1所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述测产传感器（6）采用称重式产量传感器，测得集粮箱内玉米果穗重量。

7.根据权利要求1所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述实时测量系统通过行程开关传感器（7）监测割台状态，当割台升起时，割台高度高于行程开关传感器（7）的临界值，则不启动路径计算模块；当割台放下，割台高度低于行程开关传感器（7）的临界值，行程开关传感器（7）向田间计算机（1）发出逻辑指令，启动路径计算模块。

8.根据权利要求1所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述速度传感器（2）实时采集玉米收获机车轮转动脉冲信号，并通过屏蔽导线将脉冲信号传递至田间计算机（1）；所述路径计算模块根据田间计算机（1）接收到的脉冲信号，并通过路径计算和定位推算实现玉米收获机具在田间的实时定位。

9.根据权利要求1所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述实时测量系统还包括电源（9），所述电源（9）为田间计算机（1）、速度传感器（2）、测产传感器（6）和行程开关传感器（7）提供12V的直流电压。

10.根据权利要求1所述基于作业路径的玉米产量实时测量系统，其特征在于：所述测产信息数据库（8）为U盘，所述U盘与田间计算机（1）通过USB接口相连。

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