CN103605307A - 一种对玉米精量播种作业进行监控的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业工程领域，具体涉及一种对玉米精量播种作业进行监控的装置和方法。装置具体包括：微处理器、面向用户的输入输出设备、红外光电传感器、信号采集电路和报警装置。方法具体包括：用户在设置界面中设定作业参数后，作业监控扫描循环开始，先获取表示播种作业状态的信号，再结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理，得到表示播种作业状态的参量并实时输出显示给用户，然后由得到的作业状态参量判断播种状态是否正常，在判定播种状态异常的情况下向用户报警，最后返回作业监控扫描循环处重复扫描监控过程直到用户终止。本发明实现了对玉米精量播种作业中播种粒数的实时监控，并达到较佳的故障报警灵敏度。

Description

一种对玉米精量播种作业进行监控的装置和方法

技术领域

本发明涉及农业工程领域，具体涉及一种对玉米精量播种作业进行监控的装置和方法。

背景技术

玉米机械精量播种技术是选用优良种子，创造良好种床，使播入土壤的种子行距、株距、播深满足农艺要求，覆土深度一致、达到底肥深施、单粒下种的一种农机化实用技术。玉米精密播种监控技术是现代玉米精密播种机一个重要组成部分，其性能的好坏将直接影响精密播种的质量。由于玉米播种机在播种时种子的流动过程是全封闭的，因此仅凭人的视听是几乎无法直接监视其作业质量，如在播种作业时发生种箱排空、输种管堵塞、排种器故障或排种传动失灵等故障均会造成漏播，尤其是大型宽行耕播机，其作业速度高、播幅宽，如果发生堵塞或者排种故障情况则会造成大面积的漏播，由此将造成农业的减产，因此研制与精密播种机配套的监控装置，能够提高播种的质量和农作物产量，而且大大减轻劳动者强度，提高生产效率，具有重要的经济效益和社会效益。

目前国内使用的监控装置只适用某一种特定型号的播种机通过对下种状态的监测实现相应的故障报警，并达到一定的故障报警灵敏度。例如2BBJ-1型播种机防漏播报警器，其排种口堵塞报警灵敏度和开沟器堵塞报警灵敏度为（4±1）s。

目前国内使用的监控装置的故障报警灵敏度在玉米精量播种作业中仍然达不到要求。玉米种子的下种间隔最快可以达到0.1s，国内使用的监控装置仅仅在故障发生到报警期间就经过了约4s的时间，于是每行的播种作业就会在此期间有40粒种子的漏播。对于一个六行玉米精量播种机而言，就有240粒种子的漏播，相当于48平方米耕地的漏播。况且由于播种机工艺性故障发生在机组行进状态，从报警到停车检查还需要一定的时间，已经发生的漏播几乎无法弥补，这样就给播种作业带来了相当大的损失。因此，目前国内使用的监控装置的故障报警灵敏度在玉米精量播种作业中仍面临更高的要求。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明实现了对玉米精量播种作业中播种粒数的实时监控，并达到较佳的故障报警灵敏度。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种对玉米精量播种作业进行监控的装置，其特征在于该装置包括：

面向用户的输入输出设备，用于向用户提供用户界面，所述用户界面中用于使用户输入作业参数，并用于向用户输出监测作业状态参量；

红外光电传感器，用于根据种子对红外光束的遮挡获取表示种子经过输种管的信号；

信号采集电路，用于调理并采集从所述红外光电传感器传来的信号，并将采集结果发送至微处理器；

微处理器，用于对所述采集结果进行运算处理，生成作业状态参量，并根据所述作业状态参量判断播种状态是否正常；

报警装置，用于在判定播种状态异常的情况下向用户提供报警信息。

优选地，所述红外光电传感器由安装在输种管两侧相对放置的红外发射二极管和红外接收光电三极管构成；所述表示种子经过输种管的信号为，在种子经过传感器遮挡住所述红外发射二极管发射出的红外光束后又离开的过程中，所述红外接收光电三极管发出的低电平脉冲信号；

优选地，所述装置进一步包括定位传感器，用于获取表示播种机行进速度和播种距离的信号。

优选地，所述装置进一步包括地轮速度传感器，用于获取表示地轮速度的信号。

优选地，所述微处理器进一步包括浮点运算单元。

一种利用所述装置对玉米精量播种作业进行监控的方法，其特征在于，该方法包括：

用户在设置界面中设定作业参数，其中包括阈值上限和阈值下限；

作业监控扫描循环开始，获取表示播种作业状态的信号，其中包括从红外光电传感器处获取表示种子经过输种管的信号；

结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理，得到表示播种作业状态的参量并实时输出显示给用户，其中包括判断表示种子经过输种管的信号中的每一个低电平持续时间是否在阈值上限和阈值下限之间，若存在则判定该低电平脉冲信号表示有一粒种子经过，依此统计得到输种管中播种粒数，并输出显示给用户；

由得到的作业状态参量判断播种状态是否正常，在判定播种状态异常的情况下向用户报警，其中包括对每个输种管判断一定时间内是否有播种粒数增加，若没有则判定播种状态异常并向用户报警；

回到作业监控扫描循环开始处重复这之间的步骤直到用户终止。

优选地，所述表示种子是否经过的信号为，在种子经过传感器，遮挡住所述红外发射二极管发射出的红外光束后又离开的过程中，所述红外接收光电三极管接发出的低电平脉冲信号；

优选地，所述获取表示播种作业状态的信号进一步包括从定位传感器处得到表示播种机行进速度的信号和表示播种距离的信号；所述结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理包括，对表示播种机行进速度的信号和表示播种距离的信号进行运算处理得到播种机行进速度和播种距离；

优选地，所述获取表示播种作业状态的信号进一步包括从地轮速度传感器处得到表示地轮速度的信号；所述结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理包括，结合作业参数对表示地轮速度的信号进行运算处理得到地轮速度；所述由得到的作业状态参量判断播种状态是否正常，在判定播种状态异常的情况下向用户报警包括，判断得到的地轮速度是否为零，若为零则判定播种状态异常，并向用户报警。

优选地，所述用户设定的作业参数进一步包括监测行数；在该方法中，根据所述监测行数来对相应个数的输种管进行监控。

（三）有益效果

本发明至少具有如下的有益效果：

本发明所述的红外光电传感器通过采集光电信号的处理方式，对输种管内的种子传输的数量和播种状态监控有着很高的灵敏度。例如，在使用型号为ARM Cortex-M4的主频为168MHz的微处理器的情况下，实际测量的种管堵塞报警灵敏度和开沟器堵塞报警灵敏度可以达到1.05s（默认的报警间隔为1s），相比较如2BBJ-1型播种机防漏播报警器的（4±1）s的灵敏度有着相当大的提升。

监控界面的设置可以在极短的作业监控扫描循环时间(默认值为25ms)内刷新一次作业状态参量的显示，并实时地显示在用户可以看到的用户输出设备上，作业状态参量信息对用户而言相较于其他监控装置更加直观。用户可以直接在显示的数值上得到实时的播种作业状态参量信息，从而可以更快速地了解当前的播种状态并判断出工作故障。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中用户界面中的设置界面，并带有默认的作业参数值；

图2是本发明一个实施例中对玉米精量播种作业进行监控的方法流程图；

图3是本发明中输种管检测机构的示意图，图中：1-红外发射二极管、2-红外接收光电三极管、3-输种管、4-地轮速度传感器、5-排种轮、6种箱、7-种子；

图4是本发明中用户终端面板的示意图；

图5是本发明中用户界面中的监控界面示意图；

图6是本发明装置系统结构框图；

图7是本发明的一个对玉米精量播种作业进行监控的方法的示意流程图；

图8是本发明一个实施例中对玉米精量播种作业进行监控的装置工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明实施例提出一种对玉米精量播种作业进行监控的方法，参见图2，该方法包括在监控装置中执行如下步骤：

步骤201：启动监控装置并进入用户设置界面，由用户在此界面内设定作业参数，并在用户确认后进入监控界面。

作业参数具体包括：单粒重量、报警间隔、监测行数、阈值上限、阈值下限、播种幅宽、循环间隔、磁铁个数和地轮周长。所有的作业参数都设定有默认值（如图1所示）以保证监控装置的正常运作，当用户设定作业参数后，作业参数由默认值更新为用户设定的设定值。

设定完成后用户界面转入用户监控界面，此时用户界面显示的所有作业状态参量均为默认的“0”，播种状态显示为默认的“异常”。

步骤202：开始作业监控扫描循环，每次循环持续的时间为作业参数中设定的固定值。每个循环中，先由机具状态传感器获取机具位置信息；由定位传感器获取播种机行进速度信息；

所述循环持续时间为用户设定的循环间隔的值，每次作业监控扫描循环结束后若此次循环的时间未超过此循环间隔的值，则微处理器会待机直到其时间达到此循环间隔的值。这一处理可以防止循环时间过短对装置造成的不必要的运算负荷过重。

机具是否放下的判断通过安装在机具上的行程开关来实现。该开关可以在机具抬起或放下的位置时分别显示出不同高低电平的信号，从而可以通过判断其信号电平高低来获知机具位置信息。

行进速度直接从亚米级GPS模块处获取，与反映种子传动速度的地轮速度不同，行进速度指播种机的行驶速度。

步骤203：通过判断机具是否放下且行进速度是否不为零来判断播种机是否正在作业，若不是则结束该次作业监控扫描循环进行下一次作业监控扫描循环；

步骤204：若是则开始统计作业时间或继续计时，并在监控界面中更新显示作业时间和行进速度。

在播种机不进行作业时用户不需要监控其他作业状态参量，故在此只需等到播种机在正常作业时再开始对其他作业状态参量的监控，这就是此处进行这一判断的原因。

需要说明的是，现有播种机行进和地轮转动的动力来源相同，故两者的运动具有关联性。从而在播种机停止运行，即行进速度为零的情况下，地轮是不会有动力来转动的，进而不可能有种子落下。另外在播种机行进中但机具没有处于放下的状态，同样说明播种机没有在进行作业。所以在播种机没有运行的情况下可以先不判断排种器或排种传动状态情况或播种机的播种作业是否工作正常。

步骤205：通过地轮速度传感器结合用户设定的作业参数来获取地轮速度的值并在监控界面中相应位置更新显示。

所述地轮速度传感器为安装在播种机地轮的传动齿轮上的开关型霍尔传感器，并安装有配套的若干块钕铁硼磁钢。每当霍尔传感器与钕铁硼磁钢在地轮转动过程相靠近时，由于监测到磁通量的变化，固态磁性传感元件会获得信号，并将这种信号转化成方波脉冲电信号。所设置的钕铁硼磁钢的间隔距离均为固定值，且用户已经设定好了地轮周长和钕铁硼磁钢个数（即用户界面中的磁铁个数，为方便用户理解简化术语），从而可以通过统计一段时间内所述方波脉冲信号的个数来统计此段时间内走过的距离，再除以监控装置记录的此段时间的长短，就得到了地轮速度的值。

步骤206：判断地轮速度值是否为零，若是则启动定时器或继续定时器的计时，定时时间为用户设定的固定值，若定时器超时则在监控界面的播种状态中显示“异常”并报警；若不是则停止并重置定时器。所述定时器的定时时间为用户设定的报警间隔的值。

判断地轮速度值是否为零的步骤是为了检测排种器或排种传动状态是否存在故障，若存在则报警。

结合图2可以看出，地轮转动不正常地故障从发生到报警的最大间隔为从某一次循环的步骤209后，经过报警间隔数值大小的时长后，在之后某一次的步骤210中监测出并报警之间，最大间隔时间为报警间隔数值加上两倍的循环间隔，按照默认作业参数的值来计算可以是1.05s，并且此数值可以由用户具体调整。

步骤207：由亚米级GPS模块获取从播种作业开始到这时的播种距离，并结合用户设定的作业参数中的播种幅宽计算播种面积并在监控界面中相应位置更新显示。

所述播种距离计算方法：在播种作业开始时由亚米级GPS模块获取的播种机的对应位置，经过固定数值的时间后，再次记录由亚米级GPS模块获取的播种机的对应位置，记录这两个位置之间的距离，并累加在总的播种距离上，并在再次经过固定数值的时间后，进行同样操作，以此类推。如此可以获得自播种作业开始时播种机行进的播种距离。

所述播种面积为播种距离乘以用户设定的播种幅宽。

步骤208：根据用户设定的作业参数用红外光电传感器获取对应输种管中的播种粒数。

参见图3，所述红外光电传感器为安装在输种管两侧相对放置的红外发射二极管和红外接收光电三极管，两个二极管共同构成了红外光电传感器。当种子经过传感器时，遮断红外光束，使光电管的发出低电平脉冲信号。监控装置监测低电平的持续时间，若持续时间在用户设定好的阈值上限和阈值下限之间的话，则判定有一粒种子经过，继而监控装置可以依此统计通过各输种管的种子粒数，即播种粒数。

在此根据用户设定的检测行数，比方说5个，只对前5个输种管进行监控。其输种管序号与播种机实际的输种管序号不一一对应，需要用户预先规定好实际输种管序号与显示输种管序号的关系并进行相应的连接。

步骤209：判断每个被监控的输种管是否有播种粒数增加的情况，若有则启动定时器或继续定时器的计时，定时时间为用户设定的固定值，并判断定时器是否超时。

所述定时器的定时时间为用户设定的报警间隔的值。

步骤210：若定时器超时则在监控界面的播种状态中显示“异常”并报警。

步骤211：若各输种管内均有播种粒数的增加或定时器没有超时则在监控界面中的播种状态中显示“正常”。

结合图2可以看出，地轮转动正常而没有种子播下的故障从发生到报警的最大间隔为从某一次循环的步骤209后，经过报警间隔数值大小的时长后，在之后某一次的步骤210中监测出并报警之间，最大间隔时间为报警间隔数值加上两倍的循环间隔，按照默认作业参数的值来计算可以是1.05s，并且此数值可以由用户具体调整。

步骤212：将本次循环中每行播种粒数累加到各自的总的播种粒数中，并将总的播种粒数在监控界面各自对应的“播种粒数”一项中更新显示。

步骤213：将本次循环中每行总的播种粒数累加，得到本次循环中的播种的粒数总和，再累加到总的粒数总和中，并将总的粒数总和在监控界面中“粒数总和”中更新显示；结合作业参数与总的粒数总和计算播种重量，并在监控界面中相应位置更新显示。

播种重量等于总的粒数总和乘以用户设定的单粒重量。

步骤214：在每次播种距离达到或超过整百米的数值时，将该次整百米内播种的粒数总和——百米粒数在监控界面中相应位置更新显示并将百米粒数的数值置零；若播种距离未达到或超过整百米，则将该次循环中播种的粒数总和累加在百米粒数中。

步骤215：在每次总的粒数总和达到或超过整千粒的数值时，将总的粒数总和除以播种面积计算出播种密度，并监控界面中相应位置更新显示。

关于某数值整百或整千的判断需要引入一个变量，该变量在每次循环时累加该次循环中该数值的增加量，并判断变量是否大于等于一百或一千，若不是则继续进行下一个循环；若是则说明该数值达到或超过了整百或整千的数值，在执行对应指令后，将该变量自减一百或一千以进行下一个整百或整千的判断。

步骤216：达到用户在作业参数中设定循环间隔的时间后结束本次作业监控扫描循环，开始下一次作业监控扫描循环，直到用户发出停止指令为止。

参见图7，总的来说，用户在设置界面中设定作业参数后，作业监控扫描循环开始，先获取表示播种作业状态的信号，再结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理，得到表示播种作业状态的参量并实时输出显示给用户，然后由得到的作业状态参量判断播种状态是否正常，在判定播种状态异常的情况下向用户报警，最后回到作业监控扫描循环开始处重复这之间的步骤直到用户终止。

本发明实施例至少具有前文有益效果中所述的有益效果，可以实现对玉米精量播种作业中的播种粒数、地轮速度、百米粒数、粒数总和、播种密度、播种面积、播种重量、行进速度和作业时间等多项作业状态参量的实时监控，并达到较佳的故障报警灵敏度。同时还至少具有以下的有益效果：

1、本发明实施例通过微处理器获取作业时间，通过定位传感器获取播种距离和行进速度，通过地轮速度传感器获取地轮速度，通过红外光电传感器获取对应输种管中的播种粒数；

用户在设置界面中设定的作业参数包括：单粒重量、播种幅宽、报警间隔、监测行数、阈值上限、阈值下限、循环间隔、磁铁个数和地轮周长。

由播种距离乘以作业参数中的播种幅宽计算出播种面积，由每个输种管内的播种粒数结合定时装置判断得到对应的播种状态，由每个输种管内的播种粒数累加和得到总的播种粒数，将每行总的播种粒数累加和得到总的粒数总和，并将总的粒数总和乘以作业参数中的单粒重量得到播种重量，将总的粒数总和除以播种面积计算出播种密度，结合播种距离的判断统计播种粒数得到百米粒数，结合粒数总和的判断将总的粒数总和除以播种面积计算出播种密度；

加上在作业监控扫描循环每隔一段时间更新显示数据的情况下，就实现了对玉米精量播种作业中的播种粒数、地轮速度、百米粒数、粒数总和、播种密度、播种面积、播种重量、行进速度和作业时间等多项作业状态参量的实时监控。相比较单一的故障报警机制，本发明实施例提供的播种作业状态信息更快速、全面、详细。

2、在作业参数中，监测行数可以由用户设定，从而对于不同行数的机型，本发明实施例都可以同样适用，在更换播种机具时只需稍作调整而不需要更换监控设备，本发明实施例的通用性更强；况且对于监控装置的其他作业参数用户都可以先行设定，作业的监控方式更加灵活。

3、而且本发明实施例的监控方法在播种时对于两粒种子同时下落产生的重播现象的判断精度可以达到非常高的水平。在阈值上限3150微秒和阈值下限17500微秒的最佳设定值下，避免了播种作业过程中灰尘和碎屑对粒数测量精确率的干扰，在实际的播种检测中对于包含重播现象的情况下，玉米种子的粒数测量精确率可以达到98%。

4、本发明实施例使用亚米级GPS模块监测行进速度和播种距离。经实际测量，使用2s作为最佳采样时间间隔的条件下，测量的播种距离与实际值相比可以达到99%的精确率。

实施例2：

本发明实施例提出一种对玉米精量播种作业进行监控的装置，所述装置包括：

一块七寸液晶触摸屏和一套按键，用于对用户输出作业状态参量，同时也可以用于用户输入作业参数，用户界面参见图1、图4和图5。

六路红外光电传感器，用于获取六行输种管的播种粒数的信息。

六路输入捕获电路，用于处理收集来自播种监测传感表示六行输种管的播种粒数的信号，并将其输出至微处理器中。

一路地轮速度传感器，用于获取表示地轮速度的信息。

一路外部中断电路，用于处理收集来自地轮速度传感器表示地轮速度的信号，并将其输出至微处理器中。

一个行程开关，用于获取播种机机具的位置信息。

一个亚米级GPS模块，用于获取关于播种机播种距离和行进速度的信息。

一个外部Flash存储器（闪存），用于存储作业参数的信息。

一个蜂鸣器，用于报警。

一套CAN总线及若干串口，用于为所有设备提供连接框架和连接方式及协议。

一个型号为ARM Cortex-M4的微处理器，用于完成A01至A17步骤的所有控制计算工作。

参见图6，所有设备都通过串口连接在CAN总线的架构上，同时所有其他设备都与微处理器相连。工作时，由机载12V直流电源为装置供电。

所述装置用于实现如下的监控工作流程：

步骤801：给系统供电后，微处理器对各其寄存器进行初始化操作，然后对装置中所有其他部件进行初始化操作，使装置所有部件进入正常工作状态。

步骤802：微处理器从Flash存储器中读取作业参数的默认值或上一次的设定值。

在装置第一次启动前Flash存储器中存储了作业参数的默认值。对应A04步骤中的操作，在之后每次用户设定好作业参数后，微处理器都会将此套作业参数存储在外部的Flash存储器中。在每次初始化操作之后，微处理器都会将此套作业参数从Flash存储器中读取，作为本次作业时使用的作业参数。

这一步骤的目的是保证每一次的作业的作业参数设定都有默认值，从而可以使监控装置正常工作。

步骤803：微处理器控制下使液晶触摸屏的界面进入用户设置界面，界面中的作业参数均为从Flash存储器中读取的作业参数。

步骤804：用户通过按键或液晶触摸屏设定各项作业参数并确认。

步骤805：微处理器在收到确认指令后判断所设定的所有作业参数是否经过修改，若是则将其保存至Flash存储器中。

步骤806：微处理器将从用户设置界面转入用户监控界面，此时用户界面显示的所有作业状态参量均为默认的“0”，播种状态显示为默认的“异常”，并在此开始进入作业监控扫描循环，每次循环持续的时间为作业参数中设定的固定值。

所述循环持续时间为用户设定的循环间隔的值，每次作业监控扫描循环结束后若此次循环的时间未超过此循环间隔的值，则微处理器会待机直到其时间达到此循环间隔的值。这一处理可以防止循环时间过短对装置造成的不必要的运算负荷过重。

步骤807：微处理器先从行程开关处获取表示机具是否放下的信号，并从亚米级GPS模块处获取播种机的行进速度。

所述行程开关可以在机具抬起或放下的位置时分别显示出不同高低电平的信号，从而可以通过判断其信号电平高低来获知机具是否放下的信息。

所述行进速度直接从亚米级GPS模块处获取，与反映种子传动速度的地轮速度不同，行进速度指播种机的行驶速度。

步骤808：判断机具是否放下且行进速度不为零，若不是则结束该次作业监控扫描循环进行下一次作业监控扫描循环；

步骤809：若是则微处理器开始统计作业时间或继续计时，并在监控面板中更新显示作业时间和行进速度。

在播种机不作业时用户不需要监控其他作业状态参量，故在此只需等到播种机在正常作业时再开始对其他作业状态参量的监控，这就是此处进行这一判断的原因。

需要说明的是，现有播种机行进和地轮转动的动力来源相同，故两者的运动具有关联性。从而在播种机停止运行，即行进速度为零的情况下，地轮是不会有动力来转动的，进而不可能有种子落下。另外在播种机行进中但机具没有处于放下的状态，同样说明播种机没有在进行作业。所以在播种机没有运行的情况下可以先不判断排种器或排种传动状态情况或播种机的播种作业是否工作正常。

步骤810：微处理器通过一路外部中断电路从地轮速度传感器中获取用于表示地轮速度值的信号，计算处理得到地轮速度的值并显示。

所述地轮速度传感器为安装在播种机地轮的传动齿轮上的开关型霍尔传感器，并安装有配套的若干块钕铁硼磁钢。每当霍尔传感器与钕铁硼磁钢在地轮转动过程相靠近时，由于监测到磁通量的变化，固态磁性传感元件会获得信号，并将这种信号转化成方波脉冲电信号。所设置的钕铁硼磁钢的间隔距离均为固定值，且用户已经设定好了地轮周长和钕铁硼磁钢个数（即用户界面中的磁铁个数，为方便用户理解而简化的术语），从而可以通过统计一段时间内所述方波脉冲信号的个数来统计此段时间内地轮运动的距离，再除以监控装置记录的此段时间的长短，就得到了地轮速度的值。

所述一路外部中断电路先将收到的方波脉冲电信号进行加工处理，再统计原方波脉冲信号的个数，每次作业监控扫描循环内会向微处理器返回此数值，并由微处理器进行运算和处理，并将结果显示在监控界面的相应位置。

步骤811：判断地轮速度值是否为零，若是则启动定时器或继续定时器的计时，定时时间为用户设定的固定值；若不是则停止并重置定时器。所述定时器的定时时间为用户设定的报警间隔的值。若定时器超时则在监控界面的播种状态中显示“异常”并报警。判断地轮速度值是否为零的步骤是为了检测排种器或排种传动状态是否存在故障，若存在则使用蜂鸣器报警。

结合图8可以看出，地轮转动不正常地故障从发生到报警的最大间隔为从某一次循环的步骤811后，经过报警间隔数值大小的时长后，在之后某一次的步骤811中监测出并报警之间，最大间隔时间为报警间隔数值加上两倍的循环间隔，按照默认作业参数的值来计算可以是1.05s，并且此数值可以由用户具体调整。

步骤812：微处理器结合用户设定的作业参数和微处理器记录的作业时间计算播种距离和播种面积并在监控界面中相应位置更新显示。

所述播种距离计算方法：在播种作业开始时由亚米级GPS模块获取的播种机的对应位置，经过固定数值的时间后，再次记录由亚米级GPS模块获取的播种机的对应位置，记录这两个位置之间的距离，并累加在总的播种距离上，并在再次经过固定数值的时间后，进行同样操作，以此类推。如此可以获得自播种作业开始时播种机行进的播种距离。

所述播种面积为播种距离乘以用户设定的播种幅宽。

步骤813：微处理器通过六路输入捕获电路从红外光电传感器中获取用于表示种子经过输种管的信号，并经过计算处理得到每行播种粒数的值。

参见图3，所述红外光电传感器为安装在输种管两侧相对放置的红外发射二极管和红外接收光电三极管，两个二极管共同构成了红外光电传感器。当种子经过传感器时，遮断红外光束，使光电管的发出低电平脉冲信号。监控装置测量低电平的持续时间，若持续时间在用户设定好的阈值上限和阈值下限之间的话，则判定输种管中有种子经过，继而监控装置可以依此统计通过各输种管的种子粒数，即播种粒数。

所述六路输入捕获电路先将收到的信号进行加工处理，再依次测量其各个低电平的持续时间并返回至微处理器中。微处理器判断每个持续时间是否在用户设定好的阈值上限和阈值下限之间，若是则判定此低电平脉冲信号表示有一粒种子经过传感器，如此统计出本次作业监控扫描循环内每行播种粒数的值。

在此根据用户设定的检测行数，比方说5个，装置只对前5个输种管进行监控，也就是说只使用6路输入捕获中的前5路。其输种管序号与播种机实际的输种管序号不一一对应，需要用户预先规定好实际输种管序号与显示输种管序号的关系并进行相应的连接。

步骤814：微处理器判断每个被监控的输种管是否有播种粒数的增加的情况，若没有则启动定时器或继续定时器的计时，定时时间为用户设定的固定值，并在定时器溢出时在监控界面的播种状态中显示“异常”并通过蜂鸣器报警。

结合图2可以看出，地轮转动正常而没有种子播下的故障从发生到报警的最大间隔为从某一次循环的步骤814后，经过报警间隔数值大小的时长后，在之后某一次的步骤814中监测出并报警之间，最大间隔时间为报警间隔数值加上两倍的循环间隔，按照默认作业参数的值来计算可以是1.05s，并且此数值可以由用户具体调整。

步骤815：若各输种管内的播种数均有增加，或定时器没有超时则微处理器控制监控界面中的播种状态中显示为“正常”。

步骤816：微处理器将本次循环中每行播种粒数累加到各自的总的播种粒数中，并将总的播种粒数在监控界面各自对应的“播种粒数”一项中更新显示。

步骤817：微处理器将每行总的播种粒数累加，得到本次循环中的播种的粒数总和，再累加到总的粒数总和中，并将总的粒数总和在监控界面中“粒数总和”中更新显示；结合作业参数与总的粒数总和计算播种重量，并在监控界面中相应位置更新显示。

播种重量等于总的粒数总和乘以用户设定的单粒重量。

步骤818：微处理器在每次播种距离达到或超过整百米的数值时，将该次整百米内的播种的粒数总和——百米粒数在监控界面中相应位置更新显示并将百米粒数的数值置零；若播种距离未达到或超过整百米，则将该次循环中的播种的粒数总和累加在百米粒数中。

步骤819：微处理器在每次总的粒数总和达到或超过整千粒的数值时，将总的粒数总和除以播种面积计算出播种密度，并监控界面中相应位置更新显示。

关于某数值整百或整千的判断需要引入一个变量，该变量在每次循环时累加该次循环中该数值的增加量，并判断变量是否大于等于一百或一千，若不是则继续进行下一个循环；若是则说明该数值达到或超过了整百或整千的数值，在执行对应指令后，将该变量自减一百或一千以进行下一个整百或整千的判断。

步骤820：微处理器结束本次作业监控扫描循环，开始下一次作业监控扫描循环，直到用户发出停止指令为止。

参见图7，总的来说，用户在设置界面中设定作业参数后，作业监控扫描循环开始，先获取表示播种作业状态的信号，再结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理，得到表示播种作业状态的参量并实时输出显示给用户，然后由得到的作业状态参量判断播种状态是否正常，在判定播种状态异常的情况下向用户报警，最后回到作业监控扫描循环开始处重复这之间的步骤直到用户终止。

本发明实施例至少具有前文有益效果中所述的有益效果，可以实现对玉米精量播种作业中的播种粒数、地轮速度、百米粒数、粒数总和、播种密度、播种面积、播种重量、行进速度和作业时间等多项作业状态参量的实时监控，并达到较佳的故障报警灵敏度。同时还至少具有以下的有益效果：

1、本发明实施例通过微处理器获取作业时间，通过定位传感器获取播种距离和行进速度，通过地轮速度传感器获取地轮速度，通过红外光电传感器获取对应输种管中的播种粒数；

用户在设置界面中设定的作业参数包括：单粒重量、播种幅宽、报警间隔、监测行数、阈值上限、阈值下限、循环间隔、磁铁个数和地轮周长。

由播种距离乘以作业参数中的播种幅宽计算出播种面积，由每个输种管内的播种粒数结合定时装置判断得到对应的播种状态，由每个输种管内的播种粒数累加和得到总的播种粒数，将每行总的播种粒数累加和得到总的粒数总和，并将总的粒数总和乘以作业参数中的单粒重量得到播种重量，将总的粒数总和除以播种面积计算出播种密度，结合播种距离的判断统计播种粒数得到百米粒数，结合粒数总和的判断将总的粒数总和除以播种面积计算出播种密度；

加上在作业监控扫描循环每隔一段时间更新显示数据的情况下，就实现了对玉米精量播种作业中的播种粒数、地轮速度、百米粒数、粒数总和、播种密度、播种面积、播种重量、行进速度和作业时间等多项作业状态参量的实时监控。相比较单一的故障报警机制，本发明实施例提供的播种作业状态信息更快速、全面、详细。

2、在作业参数中，监测行数可以由用户设定，从而对于不同行数的机型，本发明实施例都可以同样适用，在更换播种机具时只需稍作调整而不需要更换监控设备，本发明实施例的通用性更强；况且对于监控装置的其他作业参数用户都可以先行设定，作业的监控方式更加灵活。

3、本发明实施例使用微处理器的浮点运算单元，可以提升控制算法的执行速度，提高代码的执行效率，从而可以提高监控系统的运算速度和监控装置的灵敏度。

3、而且本发明实施例的监控装置在播种时对于两粒种子同时下落产生的重播现象的判断精度可以达到非常高的水平。在阈值上限3150微秒和阈值下限17500微秒的最佳设定值下，避免了播种作业过程中灰尘和碎屑对粒数测量精确率的干扰，在实际的播种检测中对于包含重播现象的情况下，玉米种子的粒数测量精确率可以达到98%。

4、本发明实施例使用亚米级GPS模块监测行进速度和播种距离。经实际测量，使用2s作为最佳采样时间间隔的条件下，测量的播种距离与实际值相比可以达到99%的精确率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种对玉米精量播种作业进行监控的装置，其特征在于，该装置包括：

面向用户的输入输出设备，用于向用户提供用户界面，所述用户界面中用于使用户输入作业参数，并用于向用户输出监测作业状态参量；

红外光电传感器，用于根据种子对红外光束的遮挡获取表示种子经过输种管的信号；

信号采集电路，用于调理并采集从所述红外光电传感器传来的信号，并将采集结果发送至微处理器；

微处理器，用于对所述采集结果进行运算处理，生成作业状态参量，并根据所述作业状态参量判断播种状态是否正常；

报警装置，用于在判定播种状态异常的情况下向用户提供报警信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述红外光电传感器由安装在输种管两侧相对放置的红外发射二极管和红外接收光电三极管构成；

所述表示种子经过输种管的信号为，在种子经过传感器遮挡住所述红外发射二极管发射出的红外光束后又离开的过程中，所述红外接收光电三极管发出的低电平脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括定位传感器，用于获取表示播种机行进速度和播种距离的信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括地轮速度传感器，用于获取表示地轮速度的信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述微处理器进一步包括浮点运算单元。

6.一种利用所述权利要求1中的装置对玉米精量播种作业进行监控的方法，其特征在于，该方法包括：

用户在设置界面中设定作业参数，其中包括阈值上限和阈值下限；

作业监控扫描循环开始，获取表示播种作业状态的信号，其中包括从红外光电传感器处获取表示种子经过输种管的信号；

结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理，得到表示播种作业状态的参量并实时输出显示给用户，其中包括判断表示种子经过输种管的信号中的每一个低电平持续时间是否在阈值上限和阈值下限之间，若存在则判定该低电平脉冲信号表示有一粒种子经过，依此统计得到输种管中播种粒数，并输出显示给用户；

由得到的作业状态参量判断播种状态是否正常，在判定播种状态异常的情况下向用户报警，其中包括对每个输种管判断一定时间内是否有播种粒数增加，若没有则判定播种状态异常并向用户报警；

回到作业监控扫描循环开始处重复这之间的步骤直到用户终止。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表示种子是否经过的信号为，在种子经过传感器，遮挡住所述红外发射二极管发射出的红外光束后又离开的过程中，所述红外接收光电三极管接发出的低电平脉冲信号。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取表示播种作业状态的信号进一步包括从定位传感器处得到表示播种机行进速度的信号和表示播种距离的信号；

所述结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理包括，对表示播种机行进速度的信号和表示播种距离的信号进行运算处理得到播种机行进速度和播种距离。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取表示播种作业状态的信号进一步包括从地轮速度传感器处得到表示地轮速度的信号；

所述结合作业参数对表示播种作业状态的信号进行运算处理包括，结合作业参数对表示地轮速度的信号进行运算处理得到地轮速度；

所述由得到的作业状态参量判断播种状态是否正常，在判定播种状态异常的情况下向用户报警包括，判断得到的地轮速度是否为零，若为零则判定播种状态异常，并向用户报警。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述用户设定的作业参数进一步包括监测行数；在该方法中，根据所述监测行数来对相应个数的输种管进行监控。

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