CN102799134A - 基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统 - Google Patents

基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统 Download PDF

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邵忠喜
胡金星
饶俊
史华
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Abstract

基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统。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，没有人机交互界面，无法灵活改变播种株距及排肥量的问题。地轮光电码盘用于测量地轮转速；播种检测器用于检测记录种子数目；地轮光电码盘的转速信号输出端与双核嵌入式控制器的转速信号输入端连接，播种检测器的计数信号输出端与双核嵌入式控制器的计数信号输入端连接；双核嵌入式控制器的排种器驱动信号输出端与排种器驱动控制器的输入端连接，双核嵌入式控制器的排肥盒驱动信号输出端与排肥盒驱动控制器的输入端连接。本发明通过信号采集和处理来控制播种机的运行，适用于各种机械播种机的使用。

Description

基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统
技术领域
本发明涉及一种高精度的播种机自动控制系统，利用双核嵌入式系统构成的自动控制系统。
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，没有人机交互界面，无法灵活改变播种株距及排肥量的问题，而提出了一种基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统。
本发明的基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统包括地轮光电码盘、播种检测器、双核嵌入式控制器、排种器驱动控制器和排肥盒驱动控制器；地轮光电码盘安装在播种机地轮轴上，地轮光电码盘用于测量地轮转速；播种检测器安装在排种器出口处，播种检测器用于检测记录种子数目；地轮光电码盘的转速信号输出端与双核嵌入式控制器的转速信号输入端连接，播种检测器的计数信号输出端与双核嵌入式控制器的计数信号输入端连接；双核嵌入式控制器的排种器驱动信号输出端与排种器驱动控制器的输入端连接，双核嵌入式控制器的排肥盒驱动信号输出端与排肥盒驱动控制器的输入端连接；排种器驱动控制器用于驱动排种器驱动电机，排肥盒驱动控制器用于驱动排肥盒驱动电机。
本发明通过信号采集和处理来控制播种机的运行。首先利用挂载在播种机地轮轴上的轮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。利用安装在排种器出口处的光电不透明物体检测传感器记录种子数目。本发明系统核心控制为ARM+FPGA双核嵌入式系统，两个处理器通过并行总线通信，完成控制任务。本发明人机交互界面位于控制手柄上，负责处理液晶显示，键盘输入，信号传送接受，报警器驱动及状态指示灯控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括地轮光电码盘1、播种检测器2、双核嵌入式控制器3、排种器驱动控制器4和排肥盒驱动控制器5；
地轮光电码盘1安装在播种机地轮轴上，地轮光电码盘1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；
播种检测器2安装在排种器出口处，播种检测器2用于检测记录种子数目，播种检测器2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；
地轮光电码盘1的转速信号输出端与双核嵌入式控制器3的转速信号输入端连接，播种检测器2的计数信号输出端与双核嵌入式控制器3的计数信号输入端连接；
双核嵌入式控制器3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；
双核嵌入式控制器3的排种器驱动信号输出端与排种器驱动控制器4的输入端连接，双核嵌入式控制器3的排肥盒驱动信号输出端与排肥盒驱动控制器5的输入端连接；排种器驱动控制器4用于驱动排种器驱动电机，排肥盒驱动控制器5用于驱动排肥盒驱动电机。
具体实施方式二：结合图1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还包括控制手柄，控制手柄采用串行总线与双核嵌入式控制器3连接，其人机交互界面位于控制手柄上，所述的控制手柄包括控制键盘6，控制键盘6用于将控制信息发送给双核嵌入式控制器3；所述的控制手柄还包括液晶显示9，用于显示输入的控制信息和双核嵌入式控制器3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。
具体实施方式三：结合图1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还包括步进电机过载检测器7，步进电机过载检测器7的信号采集端分别与排种器驱动电机和排肥盒驱动电机连接，步进电机过载检测器7的信号输出端与双核嵌入式控制器3的过载信号输入端连接，步进电机过载检测器7用于检测排种器驱动电机和排肥盒驱动电机上的过载电流和电压，从而发送信号给双核嵌入式控制器3。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还包括报警器8，报警器8安装在控制手柄上，用于显示步进电机过载检测器7发送给双核嵌入式控制器3的过载信号。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，基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统启动。当拖拉机拖动播种机在田地中行进时，地轮转动，安装在地轮轴处的地轮光电码盘1发出转速信号。转速信号传入双核嵌入式控制器3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播种检测器2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9的工作模式及报警器的启动与关闭。

Claims (8)

1.基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统，其特征在于它包括地轮光电码盘(1)、播种检测器(2)、双核嵌入式控制器(3)、排种器驱动控制器(4)和排肥盒驱动控制器(5)；地轮光电码盘(1)安装在播种机地轮轴上，地轮光电码盘(1)用于测量地轮转速；播种检测器(2)安装在排种器出口处，播种检测器(2)用于检测记录种子数目；地轮光电码盘(1)的转速信号输出端与双核嵌入式控制器(3)的转速信号输入端连接，播种检测器(2)的计数信号输出端与双核嵌入式控制器(3)的计数信号输入端连接；双核嵌入式控制器(3)的排种器驱动信号输出端与排种器驱动控制器(4)的输入端连接，双核嵌入式控制器(3)的排肥盒驱动信号输出端与排肥盒驱动控制器(5)的输入端连接；排种器驱动控制器(4)用于驱动排种器驱动电机，排肥盒驱动控制器(5)用于驱动排肥盒驱动电机。
2.根据权利要求1所述的基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统，其特征在于双核嵌入式控制器(3)包括FPGA现场可编程门阵列和ARM处理器；FPGA现场可编程门阵列用于传感器信号采集，并通过并行总线传给ARM处理器信息以及发出驱动信号；ARM处理器用于运算及任务调度工作。
3.根据权利要求1或2所述的基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统，其特征在于播种检测器(2)为光电不透明物体检测传感器。
4.根据权利要求3所述的基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统，其特征在于它还包括控制手柄，控制手柄采用串行总线与双核嵌入式控制器(3)连接。
5.根据权利要求4所述的基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统，其特征在于所述的控制手柄包括控制键盘(6)，控制键盘(6)用于将控制信息发送给双核嵌入式控制器(3)。
6.根据权利要求4或5所述的基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统，其特征在于所述的控制手柄还包括液晶显示(9)，用于显示输入的控制信息和双核嵌入式控制器(3)的输出信息。
7.根据权利要求6所述的基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统，其特征在于还包括步进电机过载检测器(7)，步进电机过载检测器(7)的信号采集端分别与排种器驱动电机和排肥盒驱动电机连接，步进电机过载检测器(7)的信号输出端与双核嵌入式控制器(3)的过载信号输入端连接，步进电机过载检测器(7)用于检测排种器驱动电机和排肥盒驱动电机上的过载电流和电压，从而发送信号给双核嵌入式控制器(3)。
8.根据权利要求1所述的基于双核嵌入式控制器的播种机自动控制系统，其特征在于还包括报警器(8)，报警器(8)安装在控制手柄上，用于显示步进电机过载检测器(7)发送给双核嵌入式控制器(3)的过载信号。
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