CN103424272B - 一种多路精量排种器排种性能检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业装备检测技术领域，具体涉及一种多路精量排种器的排种性能检测系统。该系统中的光纤及光电传感器对精量排种器排种口的种子、排种器传动轴感应得到排种及转速脉冲序列信号，调理后接入单片机系统的中断接口，通过时间扑捉中断程序及计频程序实时记录种子间隔时间和排种盘转速。在软件指令控制下，单片机系统经串口握手传输协议将编码后的多路时间间隔数据、排种盘转速信息传输至计算机系统，计算机系统根据预设的精量排种器的排种性能指标进行计算，得到各路如合格指数、重播指数、漏播指数等排种性能指标，以直方图和不同颜色字体显示检测结果。该系统结构紧凑，实时性强，检测精度高，可以实现6路排种器的同步检测。

Description

一种多路精量排种器排种性能检测系统

技术领域

本发明属于农业装备检测技术领域，具体涉及一种多路精量排种器排种性能检测系统。

背景技术

经过多年的发展，我国农业机械化水平已经得到显著提高，而农机智能化正日渐成为当今农业发展的潮流。目前对精量排种器特别是小粒径精量排种器排种性能检测主要采用基于计算机视觉的检测方法，该方法利用高速相机实时获取排种过程（如下落过程，着落状态等），通过图像处理算法，统计计算精量排种器性能指标，包括合格指数、漏播指数以及重播指数。

视觉检测方法速度快，算法灵活，功能全面，对种子外形没有严格要求，但是目前只能进行单路排种器的性能检测，且一套基于视觉的精量排种器性能检测系统成本在十几万元以上，包括传输带，液压系统，控制系统，视觉检测系统以及软件系统，系统庞大，占地面积大，并且维护成本较高。

随着科学技术的进步，检测技术得到了完善和发展，可充分利用现有先进检测技术对排种过程的状态参数进行实时监测，在实时监测的同时，对精量排种器检测集中管理，达到多个设备同时工作，多项工作同时进行，以满足同步采集的目的。

在此背景下，通过开发基于计算机与单片机系统二级控制模式，基于时间间隔模式，实现一种实用可靠低成本的小粒径精量排种器排种性能检测系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种多路精量排种器排种性能检测系统，实现多路排种器或者单路排种器多通道排种性能指标的实时检测。

本发明的总体技术方案如下所述：

申请人设计了一种多路精量排种器的排种性能检测系统，该系统中的光纤及光电传感器对精量排种器排种口的种子、排种器传动轴感应得到排种及转速脉冲序列信号，调理后接入单片机系统的中断接口，通过时间扑捉中断程序及计频程序实时记录种子间隔时间和排种盘转速。在软件指令控制下，单片机系统经串口握手传输协议将编码后的多路时间间隔数据、排种盘转速信息传输至计算机系统，计算机系统根据预设的精量排种器的排种性能指标进行计算，得到各路如合格指数、重播指数、漏播指数等排种性能指标，以直方图和不同颜色字体显示检测结果。该系统结构紧凑，实时性强，检测精度高，可以实现6路排种器的同步检测。

本发明的具体技术方案如下所述：

一种适用于多路精量排种器的排种性能检测系统，包括排种时间间隔检测单元200，排种器转速检测单元300，PCB信号调理电路400，单片机系统500，计算机系统600；

排种时间间隔检测单元200，PCB信号调理电路400，单片机系统500，计算机系统600依次连接；

排种器转速检测单元300，PCB信号调理电路400，单片机系统500，计算机系统600依次连接；

计算机系统600与单片机系统500通过串口连接；

光纤传感器210固定在排种器100排种出口处，用于检测排种时间间隔；光电传感器310固定在排种器100传动轴端，用于检测排种器100转速，计算机系统600与单片机系统500之间根据握手传输协议通过串口进行通信；

其中

单片机系统500的软件用于采集光电传感器310和光纤传感器210的数据并及时响应计算机系统600，计算机系统600对单片机系统500进行控制并接受单片机系统500上传的数据，同时对数据进行处理及显示；所述的计算机系统中的显示器采用触摸屏，且与所述的单片机系统500通过串口进行连接；在计算机系统600的指令控制下，单片机系统500通过串口并根据握手传输协议将编码后的多路时间间隔数据以及传动轴转速信息传输至计算机系统600；

计算机系统600根据接收到的时间间隔数据以及传动轴转速信息，转换成排种距离信息，然后依据预设的排种指标的统计计算，得到准确的合格指数、重播指数以及漏播指数，同时采用直方图形式以及不同颜色字体显示检测结果；

所述的计算机系统600在接收数据过程中，或在接收数据完成后，或在统计计算完成后，对包含时间间隔数据、转速数据的原始数据进行保存，保存方式为bmp格式和xml格式，文件名根据指定的保存路径自动取名保存，以防覆盖先前保存的数据。

上述计算机系统中的握手协议，还可以根据设计的校验准则对上传数据进行检验，如果数据通过校验，则向单片机系统500发送确认信息，如果不能通过校验，则要求单片机系统500重发，直至校验通过为止，以此提高数据传输的准确性。

本发明通过设计的单片机系统500可以实时采集2个类型传感器信号，最多可达7路传感器信号（6路排种时间间隔与1路传动轴转速），实现6路排种器的排种性能的实时检测。

更详细的技术方案见《具体实施方式》所述。

附图说明

图1：是本发明的总体技术方案示意图。

图2：是图1所示200中的具体结构框图。

图3：是本发明软件结构示意图。

图4：是本发明与现有技术所检测的合格指数对比图，图中：Ⅰ：本发明的检测结果；Ⅱ：精量排种器排种性能视觉检测系统的检测结果（排种器的排种盘型孔数为35）。

图5：是本发明保存成为位图格式（bmp）的检测结果。

图6：是本发明的装置外观图。

图7：是本发明检测现场设备图。

图8：是本发明的握手协议流程图。

图中标记定义如下：

100-排种器。

200-排种时间间隔检测单元。

210-光纤传感器。

300-排种器转速检测单元。

310-光电传感器。

400-PCB信号调理电路。

500-单片机系统（或称下位机）。

600-计算机系统（或称上位机）。

具体实施方式

下面参照图1-3，具体说明本发明的一种多路精量排种器排种性能检测系统的设计及应用。

本发明中的光纤传感器210（采用商购的FS-V11型光纤传感器，购自日本基恩士公司）安装固定在排种器100（排种器100，采用华中农业大学授权专利“一种正负气压组合式油菜籽精量排种器”，专利号：ZL200620172781.3；专利公开号：CN201001269）排种口处，用于检测排种时间间隔，光电传感器安装固定在排种器传动轴端，用于检测排种器转速，感应得到的脉冲序列信号经调理后接入单片机系统500（型号为MSP430，商购）中断接口，计算机系统600与单片机系统之间根据设计的握手传输协议通过串口进行通信。

光纤传感器对排种器的排种口处的种子进行感应得到脉冲序列信号，光电传感器对排种器传动轴进行感应得到脉冲序列信号，感应得到的脉冲序列信号经调理后接入单片机系统中断接口。

所述的PCB信号调理电路主要对上述传感器信号进行电压转换、放大、整形，得到单片机系统所要求的信号特性。

握手传输协议（又称串口通信交互协议）是计算机系统的软件与单片机系统的软件之间进行正常信息交流的规范与规定（本发明参照了现有技术规范与规定）。具体地，本发明这样进行设计协议：计算机系统的软件发送0x50，单片机系统的软件返回0x0，0x0，0x50，0xXL，0xXH且经计算机系统验证表示上、下位机之间连接成功，否则连接失败，其中0xXL为时间系数的低8位，0xXH为高8位，供计算机使用；计算机系统的软件发送0x51，单片机系统的软件返回0x0，0x0，0x51，0xXL，0xXH且经计算机系统验证表示上位机通知下位机开始检测，否则失败；单片机系统发送0x0，0x0，0x52，0xXL，0xXH给计算机系统，第2个字节表示通道号，第4、5个字为时间间隔数据，计算机接收后进行校验，如果数据通过校验，则向单片机系统（500）发送确认信息，如果不能通过校验，则要求单片机系统（500）重发，直至校验通过为止，以此提高数据传输的准确性；数据传输完毕后，单片机系统发送0x55，0x55，0x55给计算机系统，表示数据传输完毕。

对安装在排种器排种口的光纤传感器实时检测排种时间间隔，对安装在排种器传动轴端的光电传感器实时检测传动轴转速。光纤传感器对排种器排种口处的种子进行感应得到脉冲序列信号，光电传感器对排种器传动轴进行感应得到脉冲序列信号，感应得到的脉冲序列信号经调理后接入单片机系统中断接口，通过时间扑捉中断程序以及计频通道实时记录种子间隔时间以及传动轴转速，在计算机系统的指令控制下，单片机系统通过串口根据设计的握手传输协议（如上所述和如图8所示）将编码后的多路时间间隔数据以及传动轴转速信息传输至计算机。

通过设计的计算机系统可以控制单片机系统的行为状态，并要求准确地上传采集到的排种时间间隔数据以及传动轴转速信息。本发明涉及的软件系统根据接收到的时间间隔数据以及传动轴转速信息，转换成排种距离信息，然后依据中华人民共和国国家标准——单粒(精密)播种机试验方法（中华人民共和国国家标准号：GB/T6973-1986，中华人民共和国国家标准局发布，发布时间：1986年01月01日）进行排种指标的统计计算，得到准确的合格指数、重播指数以及漏播指数，同时采用直方图形式以及不同颜色字体形式表达检测结果，按照时序方式统计每秒钟内精量排种器排种粒数，并以直方图方式表达（参见图5），同时以数据形式表达。

本发明采用12V直流电源供电（其功耗小于100W），可用于田间作业的精量排种器排种性能的实时检测。

通过48小时连续测试，本发明未出现一次故障，表明本系统的稳定性好。对比试验表明，本发明与现有的视觉检测方法获得的排种性能指标吻合度极高，其准确性能够满足精量排种器排种性能的检测。本发明的装置（系统）价格不到现有视觉检测系统（如JPS-12型排种器性能检测试验台）的十分之一，具有很强的市场应用推广前景。

Claims (1)

1.一种农作物多路精量排种器的排种性能检测系统，其特征在于：

该系统由排种时间间隔检测单元(200)，排种器转速检测单元(300)，PCB信号调理电路(400)，单片机系统(500)和计算机系统(600)组成；

所述的排种时间间隔检测单元(200)，PCB信号调理电路(400)，单片机系统(500)，计算机系统(600)依次连接；

所述的排种器转速检测单元(300)，PCB信号调理电路(400)，单片机系统(500)，计算机系统(600)依次连接；

所述的计算机系统(600)与单片机系统(500)通过串口连接；

光纤传感器(210)安装在排种器(100)排种出口处，用于检测排种时间间隔；光电传感器(310)安装在排种器(100)传动轴端，用于检测排种器(100)转速；计算机系统(600)与单片机系统(500)之间根据握手传输协议通过串口进行通信；

其中

单片机系统(500)的软件用于采集光电传感器(310)和光纤传感器(210)的数据并及时响应计算机系统(600)，计算机系统(600)对单片机系统(500)进行控制并接收单片机系统(500)上传的数据，同时对数据进行处理及显示；所述的计算机系统中的显示器采用触摸屏，且与所述的单片机系统(500)通过串口进行连接；在计算机系统(600)的指令控制下，单片机系统(500)通过串口并根据握手传输协议将编码后的多路时间间隔数据以及传动轴转速信息传输至计算机系统(600)；

计算机系统(600)根据接收到的时间间隔数据以及传动轴转速信息，转换成排种距离信息，然后依据预设的排种指标进行统计计算，得到准确的合格指数、重播指数以及漏播指数，同时采用直方图形式以及不同颜色字体显示检测结果；

所述的计算机系统(600)在接收数据过程中，或在接收数据完成后，或在统计计算完成后，对原始数据包含的时间间隔数据、转速数据进行保存，保存方式为bmp格式和xml格式，文件名根据指定的保存路径自动取名保存，以防覆盖先前保存的数据。