CN102771226A - 基于自动控制系统的播种机 - Google Patents

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Abstract

基于自动控制系统的播种机。它涉及高精度的播种机自动控制系统，它解决了纯机械播种机在播种过程中无法实时检测播种情况，无法灵活改变播种株距及排肥量的问题。排种器驱动电机的动力输出轴与排种器动力输入轴同轴连接，光电码盘的测量孔与地轮的转轴同轴连接，排肥盒驱动电机的动力输出轴与排肥盒动力输入口同轴连接，种子监控传感器设置在排种器的出口处；光电码盘的转速信号输出端连控制器的转速信号输入端，种子监控传感器的计数信号输出端连控制器的计数信号输入端；控制器的排种器驱动信号输出端连排种器驱动电机的驱动信号输入端，控制器的排肥盒驱动信号输出端连排肥盒驱动电机的驱动信号输入端。本发明适用于各种机械播种机的使用。

Description

基于自动控制系统的播种机
技术领域
本发明涉及一种高精度的播种机，具体涉及双核嵌入式系统构成的自动控制系统的播种机。
背景技术
播种机在国内已经基本实现机械化播种，机械化播种对提升播种效率有很大帮助。但是纯机械化播种机的灵活程度低，不能准确反映当前播种状况，无法对总体播种情况进行评估，也无法灵活改变播种株距和排肥量。目前国内播种机都是纯机械化构造，不具备播种检测性能，针对播种情况只能根据厂家给出的统计数据预测，很不方便也不精确。需要更改播种株距及排肥量时，只能通过人工换掉变速链轮实现，效率低下且很不方便。国外进口播种机虽然具备播种检测功能，但是仍需要进行人工更换变速链轮实现变速，灵活性不足。
发明内容
本发明为了解决纯机械播种机在播种过程中无法实时检测播种情况，无法灵活改变播种株距及排肥量的问题，而提出了一种基于自动控制系统的播种机。
本发明基于自动控制系统的播种机包括机架、肥箱、N个起土铲、N个播种单元和地轮；机架上方设置有肥箱，肥箱包括储肥箱和N个排肥盒，储肥箱下部的排肥口上均设置有一个排肥盒，起土铲、排肥盒和播种单元均依次设置于机架的运动方向上，机架的前进方向设施有N个起土铲，机架的后退反方向设施有N个播种单元，所述的播种单元包括播种箱和排种器；基于自动控制系统的播种机还包括排种器驱动电机、光电码盘、排肥盒驱动电机、种子监控传感器和控制器，排种器驱动电机的动力输出轴与排种器动力输入轴同轴连接，光电码盘的测量孔与地轮的转轴同轴连接，排肥盒驱动电机的动力输出轴与排肥盒动力输入口同轴连接，种子监控传感器设置在排种器的出口处；光电码盘的转速信号输出端与控制器的转速信号输入端连接，种子监控传感器的计数信号输出端与控制器的计数信号输入端连接；控制器的排种器驱动信号输出端与排种器驱动电机的驱动信号输入端连接，控制器的排肥盒驱动信号输出端与排肥盒驱动电机的驱动信号输入端连接。
本发明利用挂载在播种机地轮轴上的光电码盘测算出播种机行走里程及行进速度地轮是播种机上的支撑轮，在传统的纯机械化播种机中，地轮负担着播种变速系统的动力传输功用。在本发明中，由于采用全电气化设备，变速传动系统被电机驱动取代，地轮不在承担动力输出功能，只起到支撑播种机本体的作用，由于其行走在垄沟中，与土壤接触较充分，压力较大，打滑情况相对小，所以将光电码盘安装在地轮轴上面，并配合一定的增速比，提高地轮转速检测精度。本发明利用步进电机驱动排肥器及排种器，步进电机具备低廉价格，稳定性能，长寿命的优势。其低转速高扭矩特性可以完美胜任排肥器和排种器的驱动工作。配置较高时，可选用伺服电机。电机直接传动排肥器和排种器，也可以通过传动轴间接传动排肥器和排种器等传动形式。
附图说明
图1和图2是本发明的基于自动控制系统的夏季播种机结构示意图，图1中排种器驱动电机6的数量小于排种器42并且排肥盒驱动电机8的数量小于排肥盒22，图2中排种器驱动电机6的数量等于排种器42并且排肥盒驱动电机8的数量等于排肥盒22；图3是本发明的基于自动控制系统的春季播种机的前视图；图4是本发明的基于自动控制系统的春季播种机的后视图；图5是光电码盘7安装于地轮5上的结构示意图；图6是光电码盘7的结构示意图；图7是监控传感器9与排种器42连接的结构示意图；图8是监控传感器9的结构示意图；图9和图10是具体实施方式六的结构示意图，图9是动力输出链轮、动力输入链轮和链条连接的示意图，图10是输出锥齿轮箱、输入锥齿轮箱和万向节传动轴连接的示意图；图11是具体实施方式八的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图10说明本实施方式，本实施方式包括机架1、肥箱2、N个起土铲3、N个播种单元和地轮5；机架1上方设置有肥箱2，肥箱2包括储肥箱21和N个排肥盒22，储肥箱21下部的排肥口上均设置有一个排肥盒22，起土铲3、排肥盒22和播种单元均依次设置于机架1的运动方向上，机架1的前进方向设施有N个起土铲3，机架1的后退反方向设施有N个播种单元，所述的播种单元包括播种箱41和排种器42；还包括排种器驱动电机6、光电码盘7、排肥盒驱动电机8、种子监控传感器9和控制器，排种器驱动电机6的动力输出轴与排种器42动力输入轴同轴连接，光电码盘7的测量孔与地轮5的转轴同轴连接，排肥盒驱动电机8的动力输出轴与排肥盒22动力输入口同轴连接，种子监控传感器9设置在排种器42的出口处；光电码盘7的转速信号输出端与控制器的转速信号输入端连接，种子监控传感器9的计数信号输出端与控制器的计数信号输入端连接；控制器的排种器驱动信号输出端与排种器驱动电机6的驱动信号输入端连接，控制器的排肥盒驱动信号输出端与排肥盒驱动电机8的驱动信号输入端连接。
基中，控制器包括现场可编程门阵列FPGA和ARM处理器；现场可编程门阵列FPGA用于传感器信号采集，并通过并行总线传给ARM处理器信息；ARM处理器用于运算及任务调度工作以及发出驱动信号，两个处理器通过并行总线通信，完成控制任务；
具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式与上述具体实施方式不同点在于光电码盘7包括外壳71、大齿轮72、小齿轮73、光电编码器74和两个滚动球轴承75；外壳71由两部分扣合而成，每部分均开有一个大圆孔和一个小圆孔，大齿轮72的轴孔上安装有轴承座，所述的两个滚动球轴承75分别安装在大齿轮72两侧的轴承座上，轴承座的两端分别穿过外壳71的两个大圆孔，大齿轮72与小齿轮73咬合，光电编码器74的信号采集轴依次穿过外壳71的一个小圆孔、小齿轮73的轴孔和外壳71的另一个小圆孔与小齿轮73同轴连接。光电码盘7用于测量地轮转速，提高地轮转速检测精度，从而测算出播种机行走里程及行进速度；其它组成和连接方式与上述具体实施方式相同。
具体实施方式三：结合图8说明本实施方式，本实施方式与上述具体实施方式不同点在于种子监控传感器9包括传感器壳体91和光电计数器92，传感器壳体91的四壁为不透光材料，传感器壳体91的上端开口与排种器42的出口紧密配合，光电计数器92嵌放在传感器壳体91的壳体内部。种子监控传感器9用于检测记录种子数目，种子监控传感器9为光电不透明物体检测传感器，无论大豆还是玉米种子，均为不透明物体，这就为不透明物体光电检测传感器检测种子数目提供了可能性；其它组成和连接方式与上述具体实施方式相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与上述具体实施方式不同点在于光电码盘7的数量小于等于地轮5的数量。其它组成和连接方式与上述具体实施方式相同。
具体实施方式五：结合图2至图4说明本实施方式，本实施方式与上述具体实施方式不同点在于排种器驱动电机6的数量等于排种器42的数量，排种器驱动电机6安装在排种器42上，排种器驱动电机6的动力输出轴与排种器42动力输入轴直接连接。其它组成和连接方式与上述具体实施方式相同。
具体实施方式六：结合图1、图9和图10说明本实施方式，本实施方式与上述具体实施方式不同点在于排种器驱动电机6的数量小于排种器42的数量，排种器驱动电机6安装在机架1上，排种器驱动电机6的动力输出轴上固定安装有与排种器42的数量相同的动力输出链轮，每一个排种器42的动力输入轴均固定安装有动力输入链轮，动力输出链轮与动力输入链轮之间采用链条连接。或者，排种器驱动电机6的动力输出轴上固定安装有与排种器42的数量相同的动力输出锥齿轮箱，每一个排种器42的动力输入轴均固定安装有动力输入锥齿轮箱，动力输出锥齿轮箱与动力输入锥齿轮箱之间采用万向节传动轴连接。其它组成和连接方式与上述具体实施方式相同。
具体实施方式七：结合图2说明本实施方式，本实施方式与上述具体实施方式不同点在于排肥盒驱动电机8的数量等于排肥盒22的数量，排肥盒驱动电机8安装在排肥盒22上，每个排肥盒驱动电机8的动力输出轴与每个排肥盒22动力输入口同轴连接。其它组成和连接方式与上述具体实施方式相同。
具体实施方式八：结合图1、图3、图4和图10说明本实施方式，本实施方式与上述具体实施方式不同点在于排肥盒驱动电机8的数量小于排肥盒22的数量，排肥盒驱动电机8安装在机架1上，排肥盒驱动电机8的动力输出轴依次同轴穿过两个以上的排种器42的动力输入口。其它组成和连接方式与上述具体实施方式相同。
具体实施方式九：本实施方式与上述具体实施方式不同点在于还包括控制手柄，手柄包括控制键盘和液晶显示，控制键盘和液晶显示安装控制手柄上，控制键盘的信号输出端与控制器的信号输入端连接，液晶显示的显示信号输入端与控制器的显示信号输出端连接；控制手柄采用串行总线与控制器连接，其人机交互界面位于控制手柄上，控制键盘用于将控制信息发送给控制器；液晶显示用于显示输入的控制信息和控制器的输出信息；其它组成和连接方式与上述具体实施方式相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
播种作业开始前，由人工向控制手柄输入播种株距、排肥量、种子类型信息。信息输入确认后，基于自动控制系统的播种机启动。当拖拉机拖动播种机在田地中行进时，地轮转动，安装在地轮轴处的光电码盘7发出转速信号。转速信号传入控制器中的FPGA现场可编程门阵列做预处理，处理完成后通过总线传入ARM处理器处理换算成播种机行进速度与行进里程，换算完成的信息传入FPGA现场可编程门阵列，FPGA现场可编程门阵列根据此信息发送驱动信号给播种电机与排肥电机，控制其随动。安装在排种器部位的种子监控传感器9同时记录播种个数。计数信号也被传入FPGA现场可编程门阵列中做处理，同样处理后的信号传入ARM处理器中。处理后的传感器信号在ARM处理器中被换算成播种个数，与行进里程和播种株距进行换算后，得出播种率。所得播种率与标准播种率比较后，得出当前播种状态，并将此状态反馈给FPGA现场可编程门阵列，FPGA现场可编程门阵列根据当前状态控制液晶显示的工作模式。

Claims (10)

1.基于自动控制系统的播种机，它包括机架(1)、肥箱(2)、N个起土铲(3)、N个播种单元和地轮(5)；机架(1)上方设置有肥箱(2)，肥箱(2)包括储肥箱(21)和N个排肥盒(22)，储肥箱(21)下部的排肥口上均设置有一个排肥盒(22)，起土铲(3)、排肥盒(22)和播种单元均依次设置于机架(1)的运动方向上，机架(1)的前进方向设施有N个起土铲(3)，机架(1)的后退反方向设施有N个播种单元，所述的播种单元包括播种箱(41)和排种器(42)；其特征在于它还包括排种器驱动电机(6)、光电码盘(7)、排肥盒驱动电机(8)、种子监控传感器(9)和控制器，排种器驱动电机(6)的动力输出轴与排种器(42)动力输入轴同轴连接，光电码盘(7)的测量孔与地轮(5)的转轴同轴连接，排肥盒驱动电机(8)的动力输出轴与排肥盒(22)动力输入口同轴连接，种子监控传感器(9)设置在排种器(42)的出口处；光电码盘(7)的转速信号输出端与控制器的转速信号输入端连接，种子监控传感器(9)的计数信号输出端与控制器的计数信号输入端连接；控制器的排种器驱动信号输出端与排种器驱动电机(6)的驱动信号输入端连接，控制器的排肥盒驱动信号输出端与排肥盒驱动电机(8)的驱动信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于光电码盘(7)包括外壳(71)、大齿轮(72)、小齿轮(73)、光电编码器(74)和两个滚动球轴承(75)；外壳(71)由两部分扣合而成，每部分均开有一个大圆孔和一个小圆孔，大齿轮(72)的轴孔上安装有轴承座，所述的两个滚动球轴承(75)分别安装在大齿轮(72)两侧的轴承座上，轴承座的两端分别穿过外壳(71)的两个大圆孔，大齿轮(72)与小齿轮(73)咬合，光电编码器(74)的信号采集轴依次穿过外壳(71)的一个小圆孔、小齿轮(73)的轴孔和外壳(71)的另一个小圆孔与小齿轮(73)同轴连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于种子监控传感器(9)包括传感器壳体(91)和光电计数器(92)，传感器壳体(91)的四壁为不透光材料，传感器壳体(91)的上端开口与排种器(42)的出口紧密配合，光电计数器(92)嵌放在传感器壳体(91)的壳体内部。
4.根据权利要求3所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于排种器驱动电机(6)的数量等于排种器(42)的数量，排种器驱动电机(6)安装在排种器(42)上，排种器驱动电机(6)的动力输出轴与排种器(42)动力输入轴直接连接。
5.根据权利要求3所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于排种器驱动电机(6)的数量小于排种器(42)的数量，排种器驱动电机(6)安装在机架(1)上，排种器驱动电机(6)的动力输出轴上固定安装有与排种器(42)的数量相同的动力输出链轮，每一个排种器(42)的动力输入轴均固定安装有动力输入链轮，动力输出链轮与动力输入链轮之间采用链条连接。
6.根据权利要求3所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于排种器驱动电机(6)的数量小于排种器(42)的数量，排种器驱动电机(6)安装在机架(1)上，排种器驱动电机(6)的动力输出轴上固定安装有与排种器(42)的数量相同的动力输出锥齿轮箱，每一个排种器(42)的动力输入轴均固定安装有动力输入锥齿轮箱，动力输出锥齿轮箱与动力输入锥齿轮箱之间采用万向节传动轴连接。
7.根据权利要求3所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于排肥盒驱动电机(8)的数量等于排肥盒(22)的数量，排肥盒驱动电机(8)安装在排肥盒(22)上，每个排肥盒驱动电机(8)的动力输出轴与每个排肥盒(22)动力输入口同轴连接。
8.根据权利要求3所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于排肥盒驱动电机(8)的数量小于排肥盒(22)的数量，排肥盒驱动电机(8)安装在机架(1)上，排肥盒驱动电机(8)的动力输出轴依次同轴穿过两个以上的排种器(42)的动力输入口。
9.根据权利要求4、5、6、7或8所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于光电码盘(7)的数量小于等于地轮(5)的数量。
10.根据权利要求9所述的基于自动控制系统的播种机，其特征在于它还包括控制手柄，手柄包括控制键盘和液晶显示，控制键盘和液晶显示安装控制手柄上，控制键盘的信号输出端与控制器的信号输入端连接，液晶显示的显示信号输入端与控制器的显示信号输出端连接。
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