CN104488419A - 小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统 - Google Patents

小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104488419A
CN104488419A CN201410810816.0A CN201410810816A CN104488419A CN 104488419 A CN104488419 A CN 104488419A CN 201410810816 A CN201410810816 A CN 201410810816A CN 104488419 A CN104488419 A CN 104488419A
Authority
CN
China
Prior art keywords
seeding
broadcast leakage
coefficient
seed
particle diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410810816.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104488419B (zh
Inventor
丁幼春
王雪玲
廖庆喜
黄海东
张幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong Agricultural University
Original Assignee
Huazhong Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong Agricultural University filed Critical Huazhong Agricultural University
Priority to CN201410810816.0A priority Critical patent/CN104488419B/zh
Publication of CN104488419A publication Critical patent/CN104488419A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104488419B publication Critical patent/CN104488419B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2

Abstract

本发明公开了小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，该系统包括传感器模块、单片机检测系统模块和补种执行模块。该系统采用一种时变滑动窗口的小粒径精量排种器漏播实时检测方法，利用传感器将检测的标准排种脉冲序列与排种种子流序列传送给单片机控制系统进行统计分析获得断条系数、稀疏缺苗系数以及漏播系数，并根据漏播系数阈值和漏播判定规则准确判定漏播状态，进行显示报警，同步驱动补种系统完成漏播补种。本发明能够及时、准确地进行补种，提高小粒径种子诸如油菜精量直播机播种质量与生产效率，逐步提升油菜播种机的机械化与智能化水平。

Description

小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统
技术领域
本发明属于农业机械控制技术领域，具体涉及一种小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统。
背景技术
播种是农业生产的首要环节，而精量联合直播机是实现播种的重要作业机械设备，其播种性能的好坏直接决定播种质量的高低。如今，精播技术是实现精量播种作业的重要技术，具有节省种肥，作业效率高，出苗效果好等优点使其成为提高油菜播种质量、作物生产效益的主流措施。精量排种器是是播种机的核心部件，是保证排种均匀与准确的关键，其排种性能的优劣决定排种质量的高低。目前国内精量排种器主要有机械式和气力式两种，不论采用何种方式排种器，其在工作的过程中处于全封闭状态，播种机驾驶员无法用肉眼观察播种故障引起的漏播现象，如种箱缺种、输种管堵塞、排种盘转速过高、气压偏离有效值、仿行地轮田间滑移等故障均会引起一行或数行发生“断条缺苗”漏播，严重影响精量播种质量及其作物产量。后期种子出苗后，发现漏播才进行人工移栽补苗或补种，不仅增加劳动成本、效率低下，还贻误农时。
小粒径种子是指平均直径小于3mm的种子，主要包括油菜、苜蓿、谷子、芝麻以及部分蔬菜、花卉和林业种子等。不同小粒径的种子几何形状等物理特性不尽相同，例如油菜种子近似为平均直径0.8mm～1.5mm的球状，干燥后的种子表皮有皱纹，具有含油率高，易破碎等特性，破碎后易造成排种器堵塞。根据农艺要求，小粒径种子一般要求一定的播量、播深控制。因此，小粒径种子的精量播种技术长期以来一直是困扰广大农机技术人员的一大难题。
为了保证直播机不减产，一般要求直播机的播量较大。另一方面为了提高直播机作业效率，直播机的作业速度较高。这样，小粒径精量排种器的排种频率较高，一般在10-30Hz范围内。由于小粒径种子个体大小的差异，精量排种器会存在一定的重播；小粒径精量排种器出口受到气力、重力等作用产生一定的初始速度，经导种管多次碰撞后，出口的速度、运动方向发生了变化，使得每颗小粒径种子的运动轨迹具有随机性，导致通过导种管的时间也表现出随机性；另外环境干扰(如尘土、小粒径种子杂质等)也直接影响排种的均匀性。漏播、重播、环境干扰、排种器转速变化以及历经导种管的时间差异等给小粒径精量排种器的漏播检测带来了难度。
目前，国内许多学者研究设计的精量排种器排种质量监控系统检测对象主要是马铃薯、小麦、大豆、花生、玉米等大中粒径种子，主要研究方法有光电检测法、高速摄影法、排种频率法等。但光电检测法主要应用在大粒径种子检测对象范围；高速摄影法对检测的种子外形规则大小没有严格要求，检测速度快，但处理数据时间长，成本高，作业使用环境条件高；排种频率法对无漏播时检测准确率达100％，但对于重播条件下的漏播却无法准确检测。以上检测方法在排种作业过程中检测到漏播便报警提醒，无法真实检测判断出漏播状态类型；同时通过检测单位时间内的脉冲数实现排种转速的测量，降低检测转速的实时性，漏播检测产生滞后。此外，相关研究者针对玉米、小麦、马铃薯等农作物产生漏播问题，主要采用机械式补种器进行补种，因机械式排种器结构简单，工作时稳定性好，可靠性高。小粒径种子因粒径小、质量轻、易破碎、出油率高等特性，容易造成型孔堵塞，研究一套与小粒径精量排种器配套使用的电子监测系统所需成本较高，国内尚无许多相关小粒径种子漏播检测与补种的报道，影响精量排种器漏播补种作业，制约着精量播种机械化与高智能化的发展。
发明内容
因此，针对以上存在的问题，本发明提出的一种小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，应用基于时变滑动窗口的精量排种器漏播实时检测方法与螺管式补种器，利用小粒径种子的流动性并借助重力自动充种、螺管护种、输种乃至投种进行自动补种，实现小粒径精量排种器“断条”和“稀疏缺苗”漏播状态的实时检测判断，并能够及时、准确地进行补种，提高小粒径种子诸如油菜精量直播机播种质量与生产效率，逐步提升油菜播种机的机械化与智能化水平。
为实现上述目的，本发明提供的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，其特征在于：该系统包括传感器模块、单片机检测系统模块和补种执行模块；
所述传感器模块中包含光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器、霍尔传感器或光电传感器、小粒径精量排种器、与小粒径精量排种器转动轴同轴安装的同步圆盘，所述同步圆盘沿圆周均匀布置有与小粒径精量排种器型孔数量相同的磁钢或光孔；所述光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器用于感应小粒径精量排种器投种口的种子获得排种种子流序列Pi，所述霍尔传感器或光电传感器用于感应同步圆盘的磁钢或光孔获得标准排种脉冲序列Qi；
所述单片机检测系统模块中包含MSP430单片机、与MSP430单片机连接的集成电路板、显示报警器、与集成电路板连接的人机操作界面、检测箱以及为MSP430单片机、集成电路板、补种执行模块提供电源的直流电池；所述检测箱包括箱体，所述MSP430单片机、直流电池、集成电路板位于箱体内；所述显示报警器位于箱体的侧面，所述箱体的侧面还设有电源开关、多个漏播检测信号端、转速信号端、电机驱动信号端，所述多个漏播检测信号输入端、转速信号端、电机驱动信号端均与集成电路板连接；所述其中一个漏播检测信号端还与光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器连接以获取排种种子流序列Pi，所述转速信号端与霍尔传感器或光电传感器连接以获取标准排种脉冲序列Qi；所述MSP430单片机用以对排种种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi进行处理得到漏播信号；
所述补种执行模块中包含电机驱动器、步进电机和补种器；所述电机驱动器的输入端与电机驱动信号端连接，用以根据MSP430单片机发送的补种器动作控制信号来驱动电机驱动器；电机驱动器输出端与步进电机输入端连接，所述步进电机输出端与补种器的转动轴连接以驱动补种器。
作为优选方案，所述电机驱动器型号选用两相混合式步进电机细分驱动器SH-20403，所述步进电机型号选用直流步进电机SYNTRON 28BYG250CK，所述补种器为螺管式补种器。
进一步地，还设有多个光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器，分别与单片机检测系统模块的多个漏播检测信号端连接，以实现多路的小粒径精量排种器漏播检测。
进一步地，所述显示报警器包括LCD液晶显示屏和LED指示灯，所述LCD液晶显示屏和LED指示灯分别与MSP430单片机的I/O端口连接；所述LCD液晶显示屏用以实时显示漏播检测结果参数如稀疏缺苗系数、断条系数以及漏播系数，所述LED指示灯用以对精量排种器发生的漏播状态进行显示报警。
进一步地，所述检测箱还包括电源开关、航空插头；所述显示报警器、人机操作界面、电源开关和航空插头内嵌于箱体的端面，所述电源开关与直流电池连接；所述航空插头分别为多个漏播检测信号输入端、转速信号端、电机驱动信号端所对应的插头。
进一步地，所述集成电路板包括降压电路、信号调理电路和漏播补种驱动电路；所述漏播补种驱动电路获取漏播信号后将漏播信号转化为补种器动作的控制信号传送给电机驱动信号端。
进一步地，利用上述小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，该系统包括时变滑动窗口的漏播实时检测方法，该方法按照以下步骤运行：
1)将小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统初始化；
2)设定漏播系数阈值、同步圆盘标准磁钢数；
3)采集排种种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi：传感器感应得到的排种种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi，经MSP430单片机的外部中断和时间捕捉中断对排种种子流序列Pi、标准排种脉冲序列Qi进行采集、存储；
4)在一个检测时间窗口内，对排种种子流序列Pi、标准排种脉冲序列Qi采取平滑滤波和滑动窗口处理，即先进先出处理，进去一定数量的序列，剔除最先进去对应数量的序列，统计序列数量保持相对固定，在此基础上得到稀疏缺苗系数、断条系数以及漏播系数；
5)根据设定的漏播系数阈值和漏播判定规则进行精量排种器漏播状态实时检测判断，此时相应获得漏播信号：若判断为未出现漏播时，则反馈至MSP430单片机进行采集排种种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi，重复步骤3)和步骤4)；若判断为出现漏播时，则漏播补种驱动电路捕获漏播信号，漏播补种驱动电路驱动电机驱动器，电机驱动器驱动补种器完成补种动作。
更进一步地，所述步骤4)中时间窗口是排种盘转动1周或N周所需时间为一个检测周期；所述稀疏缺苗系数是在一个检测时间窗口内，1减去排种频率与标准排种频率之比所得的差；所述断条系数是在一个时间窗口内，排种盘2个及以上连续型孔发生漏播区段的未排种时间之和与一个时间窗口之比。
更进一步地，所述步骤5)中稀疏缺苗系数、断条系数与漏播状态的关系为：
设精量排种器有k个型孔，2个及以上连续型孔区段共有x个堵塞(即不排种)，分布在j个区段，其余的型孔均正常排种，不考虑排种器发生重播情形根据定义可得稀疏缺苗系数S＝x/k，断条系数D＝(x+j)/k＝S+j/k，且S、D∈[0,1]；当断条系数D为一定值，精量排种器所有正常型孔发生重播且多播1粒种子，此时最小稀疏缺苗系数Smin＝[x-(k-x)]/k，根据断条系数的定义D＝(x+j)/k，得到D与Smin之间关系的上边界渐近线A，即D＝Smin/2+1/2+j/k；
若排种器一半型孔连续发生堵塞，另一半正常排种型孔每个多播1粒，则Smin＝0，D＝0.5，即A线与D轴的交点；若精量排种器所有正常连续排种型孔间隙发生了漏播且不造成“断条漏播”区段，此时有最大稀疏缺苗系数Smax＝[x+(k-x)/2]/k，同理可以得到D与Smax之间关系的下边界渐近线C，即D＝2Smax-1+j/k；当精量排种器一半型孔间隙性堵塞，另一半正常排种型孔没有重播，此时D＝0，Smax＝0.5，也就是C线与S轴的交点。
更进一步地，所述步骤5)中出现漏播包括“稀疏缺苗”漏播和“断条”漏播：所述“稀疏缺苗”漏播是排种器多个型孔发生间隙堵塞，周期性导致部分排种粒距增大；所述“断条”漏播是排种器连续多个型孔发生堵塞，周期性导致一段距离内没有排种；所述漏播判定规则为：X为漏播系数，X＝SQRT(D^2+S^2)，Rt为漏播系数阈值，当X∈[0,Rt1)，属于正常播种；当X∈[Rt1,Rt2)，属于一般漏播，当X≥Rt2，属于严重漏播；在“一般漏播”与“严重漏播”中，若稀疏缺苗系数S＞断条系数D，是以稀疏缺苗为主的漏播类型；若稀疏缺苗系数S＜断条系数D，是以断条为主的漏播类型。
本发明的系统基于时变的滑动窗口漏播实时检测方法运行，采用排种盘转速与排种脉冲同步检测、排种频率与排种时间间隔双重阈值约束检测，单片机检测程序用C语言编程。传感器感应得到的排种种子流序列和标准排种脉冲序列，经MSP430单片机的外部中断和时间捕捉中断对种子流序列、标准排种脉冲序列进行采集、存储，在一个检测时间窗口内，对排种时间间隔序列、标准脉冲序列采取平滑滤波和滑动窗口处理，即先进先出处理，进去一定数量的序列，剔除最先进去对应数量的序列，统计序列数量保持相对固定，在此基础上计算得到稀疏缺苗系数、断条系数以及漏播系数；根据设定的漏播系数阈值和漏播判定规则进行精量排种器漏播状态实时检测判断，此时相应获得漏播信号；此方法根据排种速度变化而自行调整检测时变窗口，即转速变快，时间窗口变小，同时采用滑动窗口进行检测，提高检测的实时性，减小了检测的滞后距离，提高了补种准确性；在精量排种器的漏播实时检测方法(专利号：201410191540.2，专利公开号：CN103988615A)专利的基础上，本发明进一步对稀疏缺苗系数、断条系数两系数与漏播状态关系进行了明确的定义与分析，同时为了进一步减少补种距离，提出了一种时变滑动窗口进行的漏播检测方法。
上述基于时变滑动窗口的漏播实时检测方法中提到的滑动性主要用于减少漏播检测滞后距离，以增加补种的准确性；在上述基于时变窗口的基础上，对时间间隔序列、标准脉冲序列采取先进先出处理，即进去一定数量的序列，剔除最先进去对应数量的序列，统计序列数量保持相对固定，在此基础上计算得到稀疏缺苗系数、断条系数以及漏播系数；这种滑动窗口方式改变了以前每个时间窗口结束后得到检测结果，而是在有新的时间间隔序列或者标准脉冲序列时给出稀疏缺苗系数、断条系数以及漏播系数，这无疑提高了检测的实时性，减少漏播检测滞后距离，同时又确保了检测的准确性。
上述时变滑动窗口的漏播实时检测方法具有如下几个特点：(1)能够随着排种速度变化而自行调整检测时变窗口，若速度增加，则时间窗口变小；(2)采用滑动窗口进行检测，提高检测的实时性，减少了检测的滞后距离，提高了补种准确性；(3)对重播条件下的漏播和对播量不足产生的漏播可有效检测；(4)充分考虑了播种过程中的随机干扰以及数据采集过程中的截断误差，采用平滑滤波的方式提高了检测结果的稳定性；(5)有效地实现了“稀疏缺苗”和“断条”两种漏播状态与类型的判定；(6)可以根据对漏播的容忍程度设定漏播系数阈值，给出科学的漏播判定。
本发明中电机驱动器型号选用两相混合式步进电机细分驱动器SH-20403，步进电机型号选用直流步进电机SYNTRON28BYG250CK；补种器为螺管式补种器，螺管式补种器具体结构、各部件连接方式、工作原理详见油菜籽螺管式步进补种系统(专利号：201410683072.0)，充分利用小粒径种子的流动性并借助重力自动充种、螺管护种、输种乃至投种进行自动补种。
本发明的系统以解决小粒径机精量直播机工作过程中精量排种器产生的漏播问题，对“断条”和“稀疏缺苗”漏播状态进行实时检测，并根据漏播信号驱动补种装置自动完成补种作业，从根本上消除漏播，提高作业生产效率与播种质量，实现小粒径种子精量直播机的机械化与智能化发展。本发明的具体优点如下：
(1)本发明通过排种盘转速与排种脉冲同步检测、排种频率与排种时间间隔双重阈值约束检测，实现小粒径精量排种器漏播实时检测，对“稀疏缺苗”和“断条”漏播状态判断准确率达100％，检测滞后距离短。
(2)本发明能够随着播种速度变化而自动调节检测时间窗口，通过对排种时间间隔序列、标准脉冲序列进行滑动窗口处理，不仅提高检测的实时性，减少了检测的滞后距离，提高了补种准确性。
(3)本发明的系统检测到小粒径精量排种器发生漏播后，经补种系统驱动螺管式补种器自动完成补种作业，响应时间快，补种滞后距离短，从根本上消除漏播。
(4)本发明的系统通过选用不同类型传感器，或扩展3-6个检测通道，可适用于油菜、苜蓿、小麦、玉米、土豆等大中小粒径种子的漏播实时检测及自动补种，能够实现多路检测，大大地提高精量播种机的播种质量与效率，实现精量播种机械化与智能化发展。
附图说明
图1是本发明的整体结构框图。
图2是本发明的箱体内各部件及相互连接关系结构框图。
图3是本发明的硬件系统结构示意图。
图4是本发明的漏播实时检测与补种方法的工作流程图。
图5是本发明的稀疏缺苗系数、断条系数与漏播状态的关系图。
图中：100.传感器模块，110.光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器，120.霍尔传感器或光电传感器，130.油菜精量排种器，140.同步圆盘，131.投种口，141.磁钢或光孔，200.单片机检测系统模块，210.MSP430单片机，220.直流电池，230.集成电路板，240.显示报警器，250.人机操作界面，260.检测箱，270.基于时变的滑动窗口漏播实时检测方法，231.压降电路，232.信号调理电路，233.补种驱动电路，241.LCD液晶显示屏，242.LED指示灯，261.箱体，262.电源开关，263.航空插头，271.漏播信号，263-1.263-2.263-3.漏播检测信号端，263-4.转速信号端，263-5.电机驱动信号端，300.补种执行模块，310.电机驱动器，320.步进电机，330.补种器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例一：
本发明的小粒径精量排种器130选用正负气压组合式的油菜精量排种器(专利号：200620172781.3，专利公开号：CN201001269)，本实施例在精量排种器试验台上进行。
本实施例中油菜精量排种器130选用20型孔的排种盘，同步圆盘140上均匀分布20个磁钢141。将基于时变滑动窗口的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统的软件程序经程序下载端口烧写进MSP430单片机，通过人机操作界面250设定漏播系数阈值Rt1＝0.15、Rt2＝0.35和同步圆盘标准磁钢数G＝20。油菜精量排种器的正负气压调为最佳工作状态，正气压为500Pa，负气压为-900Pa，调节排种盘转速为15r/min，同步圆盘140转动1周为一个时间窗口wi＝4s，理论标准排种时间间隔为t0＝0.2s，启动漏播实时检测系统开始检测。
光纤传感器110感应油菜精量排种器130投种口131的种子获得种子流序列Pi，当前时间窗口wi获得的种子流脉冲数作为实际排种频率fi，霍尔传感器120感应同步圆盘140上的磁钢131获得标准排种脉冲序列Qi，同步圆盘140转动1周所获得排种脉冲总数作为标准排种频率Fi＝20，经MSP430单片机210的外部中断和时间扑捉中断对种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi进行采集、存储。在一个检测时间窗口内，将时间间隔序列、标准脉冲序列采取平滑滤波和滑动窗口处理，如检测到1个磁钢的序列，剔除最先检测到的1个磁钢的序列，相对保持20个磁钢数量的序列。在滑动窗口处理后的基础上，当前时间窗口wi的标准排种时间间隔pi＝wi/Fi＝0.2s，在种子流时间间隔序列t1、t2……tn中搜索大于或者等于3倍标准排种时间间隔的序列进行加和运算得到tmaxi，则在当前时间窗口的断条系数Di＝tmaxi/wi。当前时间窗口wi的实际排种频率fi除以当前时间窗口的标准排种频率Fi得到一个排种频率比例系数gi＝fi/Fi，则稀疏缺苗系数Si＝1-gi。由分析统计得到断条系数D和稀疏缺苗系数S得漏播系数X＝SQRT(D^2+S^2)，根据漏播判定规则和设定的漏播系数阈值Rt1、Rt2，对油菜精量排种器的排种情况是否发生漏播判断为“正常排种”、“一般漏播”、“严重漏播”。
此时排种器若检测发生了漏播，将漏播信号271发送给补种驱动电路233，电机驱动器310驱动步进电机320转动，进而带动螺管式补种器330转动与漏播信号脉冲数相对应的角度进行漏播补种。
漏播系数阈值Rt可以根据精量排种器型孔数量及对排种器发生漏播的容忍程度来确定，排种器型孔数量越大，对发生漏播的容忍程度越小，漏播系数阈值设定值越小；排种器型孔数量越小，对发生漏播的容忍程度越大，漏播系数阈值设定值越大。
本实施例台架试验结果表明：本发明的基于时变滑动窗口的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统对于排种器不同漏播状态可以准确检测出稀疏缺苗系数和断条系数，并根据人为设定的不同漏播系数阈值和漏播判定规则，实现“稀疏缺苗”和“断条”2种不同的漏播状态的准确判定，准确率达到100％；漏播检测滞后距离断，补种系统响应速度快，补种及时准确。
实施例二：
本发明选用2BFQ-6型油菜精量联合直播机(专利号：201010153384.2，专利公开号：CN101836526A)，东方红-LX954拖拉机为2BFQ-6型油菜精量联合直播机提供动力，直播机中选用正负气压组合式的油菜精量排种器，本实施例在田间进行试验。
本实施例中油菜精量排种器130选用40型孔的排种盘，同步圆盘140上均匀分布40个磁钢141。通过人机操作界面250设定漏播系数阈值Rt1＝0.15、Rt2＝0.35和同步圆盘140标准磁钢数G＝40，启动漏播实时检测系统开始检测。直播机前进速度V设定为2.17km/h(慢I档)或3.36km/h(慢II档，)仿行地轮旋转半径R＝250mm，传动比Z＝0.667，由直播机前进速度V、传动比Z、仿行地轮旋转半径R计算排种器转速为15.4r/min或23r/min，则时间窗口。同步圆盘140转动1周为一个时间窗口wi＝3.9s或2.61s，理论标准排种时间间隔为t0＝0.0975s或0.065s。
光纤传感器110感应油菜精量排种器130投种口131的种子获得种子流序列Pi，当前时间窗口wi获得的种子流脉冲数作为实际排种频率fi，霍尔传感器120感应同步圆盘140上的磁钢131获得标准排种脉冲序列Qi，同步圆盘140转动1周所获得排种脉冲总数作为标准排种频率Fi＝40，经MSP430单片机210的外部中断和时间扑捉中断对种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi进行采集、存储。在一个检测时间窗口内，将时间间隔序列、标准脉冲序列采取平滑滤波和滑动窗口处理，如检测到1个磁钢的序列，剔除最先检测到的1个磁钢的序列，相对保持40个磁钢数量的序列，在此基础上计算得到稀疏缺苗系数S、断条系数D以及漏播系数X。根据漏播判定规则和设定的漏播系数阈值Rt1、Rt2，对油菜精量联合直播机的播种情况是否发生漏播判断为“正常排种”、“一般漏播”、“严重漏播”。此时播种机若检测发生了漏播，将漏播信号271发送给补种驱动电路233，电机驱动器310驱动步进电机320转动，驱动补种器330进行补种。
本实施例田间试验结果表明：该检测方法能够在油菜精量联合直播机不同工作速度下自行调整检测时间窗口实现精量排种器漏播的实时检测，对排种时间间隔序列、标准脉冲序列进行滑动窗口处理，提高检测的实时性，减少了检测的滞后距离，提高了补种准确性。

Claims (10)

1.一种小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，其特征在于：该系统包括传感器模块(100)、单片机检测系统模块(200)和补种执行模块(300)；
所述传感器模块(100)中包含光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器(110)、霍尔传感器或光电传感器(120)、小粒径精量排种器(130)、与小粒径精量排种器(130)转动轴同轴安装的同步圆盘(140)，所述同步圆盘(140)沿圆周均匀布置有与小粒径精量排种器(130)型孔数量相同的磁钢或光孔(141)；所述光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器(110)用于感应小粒径精量排种器(130)投种口(131)的种子获得排种种子流序列Pi，所述霍尔传感器或光电传感器(120)用于感应同步圆盘(140)的磁钢或光孔(141)获得标准排种脉冲序列Qi；
所述单片机检测系统模块(200)中包含MSP430单片机(210)、与MSP430单片机(210)连接的集成电路板(230)、显示报警器(240)、与集成电路板(230)连接的人机操作界面(250)、检测箱(260)以及为MSP430单片机(210)、集成电路板(230)、补种执行模块(300)提供电源的直流电池(220)；所述检测箱(260)包括箱体(261)，所述MSP430单片机(210)、直流电池(220)、集成电路板(230)位于箱体(261)内；所述显示报警器(240)位于箱体(261)的侧面，所述箱体(261)的侧面还设有电源开关(262)、多个漏播检测信号端、转速信号端(263-4)、电机驱动信号端(263-5)，所述多个漏播检测信号输入端、转速信号端(263-4)、电机驱动信号端(263-5)均与集成电路板(230)连接；所述其中一个漏播检测信号端还与光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器(110)连接以获取排种种子流序列Pi，所述转速信号端263-4与霍尔传感器或光电传感器(120)连接以获取标准排种脉冲序列Qi；所述MSP430单片机(210)用以对排种种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi进行处理得到漏播信号(271)；
所述补种执行模块(300)中包含电机驱动器(310)、步进电机(320)和补种器(330)；所述电机驱动器(310)的输入端与电机驱动信号端(263-5)连接，用以根据MSP430单片机(210)发送的补种器动作控制信号来驱动电机驱动器(310)；电机驱动器(310)输出端与步进电机(320)输入端连接，所述步进电机(320)输出端与补种器(330)的转动轴连接以驱动补种器(330)。
2.根据权利要求1所述的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，其特征在于：所述电机驱动器(310)型号选用两相混合式步进电机细分驱动器SH-20403，所述步进电机(320)型号选用直流步进电机SYNTRON 28BYG250CK，所述补种器(330)为螺管式补种器。
3.根据权利要求1或2所述的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，其特征在于：还设有多个光纤传感器或专用小粒径颗粒传感器(110)，分别与单片机检测系统模块(200)的多个漏播检测信号端连接，以实现多路的小粒径精量排种器(130)漏播检测。
4.根据权利要求1或2所述的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，其特征在于：所述显示报警器(240)包括LCD液晶显示屏(241)和LED指示灯(242)，所述LCD液晶显示屏(241)和LED指示灯(242)分别与MSP430单片机(210)的I/O端口连接；所述LCD液晶显示屏(241)用以实时显示漏播检测结果参数如稀疏缺苗系数、断条系数以及漏播系数，所述LED指示灯242用以对油菜精量排种器发生的漏播状态进行显示报警。
5.根据权利要求1或2所述的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，其特征在于：所述检测箱(260)还包括电源开关(262)、航空插头(263)；所述显示报警器(240)、人机操作界面(250)、电源开关(262)和航空插头(263)内嵌于箱体(261)的端面，所述电源开关(262)与直流电池(220)连接；所述航空插头(263)分别为多个漏播检测信号输入端、转速信号端(263-4)、电机驱动信号端(263-5)所对应的插头。
6.根据权利要求1或2所述的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，其特征在于：所述集成电路板(230)包括降压电路(231)、信号调理电路(232)和漏播补种驱动电路(233)；所述漏播补种驱动电路(233)获取漏播信号(271)后将漏播信号(271)转化为补种器动作的控制信号传送给电机驱动信号端(263-5)。
7.利用如权利要求1或2所述的小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统，该系统包括时变滑动窗口的漏播实时检测方法，该方法按照以下步骤运行：
1)将小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统初始化；
2)设定漏播系数阈值、同步圆盘标准磁钢数；
3)采集排种种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi：传感器感应得到的排种种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi，经MSP430单片机(210)的外部中断和时间捕捉中断对排种种子流序列Pi、标准排种脉冲序列Qi进行采集、存储；
4)在一个检测时间窗口内，对排种种子流序列Pi、标准排种脉冲序列Qi采取平滑滤波和滑动窗口处理，即先进先出处理，进去一定数量的序列，剔除最先进去对应数量的序列，统计序列数量保持相对固定，在此基础上计算得到稀疏缺苗系数、断条系数以及漏播系数；
5)根据设定的漏播系数阈值和漏播判定规则进行精量排种器漏播状态实时检测判断，此时相应获得漏播信号(271)：若判断为未出现漏播时，则反馈至MSP430单片机(210)进行采集排种种子流序列Pi和标准排种脉冲序列Qi，重复步骤3)和步骤4)；若判断为出现漏播时，则漏播补种驱动电路(233)捕获漏播信号(271)，漏播补种驱动电路(233)驱动电机驱动器(310)，电机驱动器(310)驱动补种器(330)完成补种动作。
8.根据权利要求7所述的小粒径精量排种器时变滑动窗口的漏播实时检测方法，其特征在于：所述步骤4)中时间窗口是排种盘转动1周或N周所需时间为一个检测周期；所述稀疏缺苗系数是在一个检测时间窗口内，1减去排种频率与标准排种频率之比所得的差；所述断条系数是在一个时间窗口内，排种盘2个及以上连续型孔发生漏播区段的未排种时间之和与一个时间窗口之比。
9.根据权利要求7所述的小粒径精量排种器时变滑动窗口的漏播实时检测方法，其特征在于：所述步骤5)中稀疏缺苗系数、断条系数与漏播状态的关系为：
设精量排种器有k个型孔，2个及以上连续型孔区段共有x个堵塞(即不排种)，分布在j个区段，其余的型孔均正常排种，不考虑排种器发生重播情形根据定义可得稀疏缺苗系数S＝x/k，断条系数D＝(x+j)/k＝S+j/k，且S、D∈[0,1]；当断条系数D为一定值，精量排种器所有正常型孔发生重播且多播1粒种子，此时最小稀疏缺苗系数Smin＝[x-(k-x)]/k，根据断条系数的定义D＝(x+j)/k，得到D与Smin之间关系的上边界渐近线A，即D＝Smin/2+1/2+j/k；
若排种器一半型孔连续发生堵塞，另一半正常排种型孔每个多播1粒，则Smin＝0，D＝0.5，即A线与D轴的交点；若精量排种器所有正常连续排种型孔间隙发生了漏播且不造成“断条漏播”区段，此时有最大稀疏缺苗系数Smax＝[x+(k-x)/2]/k，同理可以得到D与Smax之间关系的下边界渐近线C，即D＝2Smax-1+j/k；当精量排种器一半型孔间隙性堵塞，另一半正常排种型孔没有重播，此时D＝0，Smax＝0.5，也就是C线与S轴的交点。
10.根据权利要求7所述的小粒径精量排种器时变滑动窗口的漏播实时检测方法，其特征在于：所述步骤5)中的出现漏播包括“稀疏缺苗”漏播和“断条”漏播：所述“稀疏缺苗”漏播是排种器多个型孔发生间隙堵塞，周期性导致部分排种粒距增大；所述“断条”漏播是排种器连续多个型孔发生堵塞，周期性导致一段距离内没有排种；所述漏播判定规则为：X为漏播系数，X＝SQRT(D^2+S^2)，Rt为漏播系数阈值，当X∈[0,Rt1)，属于正常播种；当X∈[Rt1,Rt2)，属于一般漏播，当X≥Rt2，属于严重漏播；在“一般漏播”与“严重漏播”中，若稀疏缺苗系数S＞断条系数D，是以稀疏缺苗为主的漏播类型；若稀疏缺苗系数S＜断条系数D，是以断条为主的漏播类型。
CN201410810816.0A 2014-12-23 2014-12-23 小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统 Active CN104488419B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410810816.0A CN104488419B (zh) 2014-12-23 2014-12-23 小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410810816.0A CN104488419B (zh) 2014-12-23 2014-12-23 小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104488419A true CN104488419A (zh) 2015-04-08
CN104488419B CN104488419B (zh) 2016-09-07

Family

ID=52929955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410810816.0A Active CN104488419B (zh) 2014-12-23 2014-12-23 小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104488419B (zh)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105580539A (zh) * 2016-01-26 2016-05-18 李钦源 一种智能化精密播种机
CN106092636A (zh) * 2016-08-26 2016-11-09 华中农业大学 小粒径种子流序列传感装置
CN106094672A (zh) * 2016-08-29 2016-11-09 长春理工大学 一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法
CN106124239A (zh) * 2016-08-31 2016-11-16 中国农业大学 玉米指夹式排种器排种质量检测台及排种质量检测方法
CN106165580A (zh) * 2016-08-26 2016-11-30 华中农业大学 油菜精量直播机漏播与播量无线监测系统
CN106342455A (zh) * 2016-10-26 2017-01-25 河南农业大学 补偿式种子漏播检测装置
CN106817990A (zh) * 2017-01-05 2017-06-13 福建农林大学 巨菌草排种器用补种装置
CN106961892A (zh) * 2017-05-18 2017-07-21 山东理工大学 一种智能花生播种增播装置
CN107278434A (zh) * 2017-07-06 2017-10-24 华南农业大学 一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置
CN107703831A (zh) * 2017-11-13 2018-02-16 青岛农业大学 漏播检测‑补种系统、马铃薯漏播检测‑补种一体化控制系统及其方法
CN107996079A (zh) * 2017-11-28 2018-05-08 江苏大学 一种播种机排种流量监测系统和方法
CN108293372A (zh) * 2017-01-11 2018-07-20 四川农业大学 一种气吸式单粒排种器
CN108918904A (zh) * 2018-07-13 2018-11-30 华中农业大学 一种中小粒径种子精量播种监测装置及方法
CN112930794A (zh) * 2021-03-16 2021-06-11 北京农业智能装备技术研究中心 一种精密播种机播量分布监测系统及方法
CN113196915A (zh) * 2021-05-08 2021-08-03 中国农业机械化科学研究院 一种小粒种子动态跟踪补种方法及装置
CN113608476A (zh) * 2021-08-06 2021-11-05 青岛农业大学 气吸式花生播种机漏播检测及补偿系统
US11570945B2 (en) 2019-07-09 2023-02-07 Cnh Industrial America Llc Methods and related systems for automatically calibrating seed meters
US11602096B2 (en) 2019-07-09 2023-03-14 Cnh Industrial America Llc Methods and related systems for automatically calibrating seed meters
CN116097960A (zh) * 2022-12-30 2023-05-12 中电科卫星导航运营服务有限公司 一种播种机排种的控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201541461U (zh) * 2009-12-10 2010-08-11 天津工程师范学院 播种机精密监控系统
CN102771232A (zh) * 2012-07-28 2012-11-14 西安远景智能控制有限公司 一种用于播种机的气吸式排种器
CN103262694A (zh) * 2013-05-27 2013-08-28 安徽农业大学 一种带排种监测系统的一器多行环槽推送式排种器
CN103988615A (zh) * 2014-05-08 2014-08-20 华中农业大学 精量排种器的漏播实时检测方法
CN203851452U (zh) * 2014-05-31 2014-10-01 北京市农林科学院 一种油菜单粒播种器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201541461U (zh) * 2009-12-10 2010-08-11 天津工程师范学院 播种机精密监控系统
CN102771232A (zh) * 2012-07-28 2012-11-14 西安远景智能控制有限公司 一种用于播种机的气吸式排种器
CN103262694A (zh) * 2013-05-27 2013-08-28 安徽农业大学 一种带排种监测系统的一器多行环槽推送式排种器
CN103988615A (zh) * 2014-05-08 2014-08-20 华中农业大学 精量排种器的漏播实时检测方法
CN203851452U (zh) * 2014-05-31 2014-10-01 北京市农林科学院 一种油菜单粒播种器

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105580539A (zh) * 2016-01-26 2016-05-18 李钦源 一种智能化精密播种机
CN106092636A (zh) * 2016-08-26 2016-11-09 华中农业大学 小粒径种子流序列传感装置
CN106165580B (zh) * 2016-08-26 2018-10-23 华中农业大学 油菜精量直播机漏播与播量无线监测系统
CN106165580A (zh) * 2016-08-26 2016-11-30 华中农业大学 油菜精量直播机漏播与播量无线监测系统
CN106092636B (zh) * 2016-08-26 2018-07-31 华中农业大学 小粒径种子流序列传感装置
CN106094672A (zh) * 2016-08-29 2016-11-09 长春理工大学 一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法
CN106094672B (zh) * 2016-08-29 2019-03-26 长春理工大学 一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法
CN106124239A (zh) * 2016-08-31 2016-11-16 中国农业大学 玉米指夹式排种器排种质量检测台及排种质量检测方法
CN106124239B (zh) * 2016-08-31 2018-11-23 中国农业大学 玉米指夹式排种器排种质量检测台及排种质量检测方法
CN106342455A (zh) * 2016-10-26 2017-01-25 河南农业大学 补偿式种子漏播检测装置
CN106817990A (zh) * 2017-01-05 2017-06-13 福建农林大学 巨菌草排种器用补种装置
CN108293372B (zh) * 2017-01-11 2020-05-26 四川农业大学 一种气吸式单粒排种器
CN108293372A (zh) * 2017-01-11 2018-07-20 四川农业大学 一种气吸式单粒排种器
CN106961892A (zh) * 2017-05-18 2017-07-21 山东理工大学 一种智能花生播种增播装置
CN107278434A (zh) * 2017-07-06 2017-10-24 华南农业大学 一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置
CN107703831A (zh) * 2017-11-13 2018-02-16 青岛农业大学 漏播检测‑补种系统、马铃薯漏播检测‑补种一体化控制系统及其方法
CN107703831B (zh) * 2017-11-13 2024-03-19 青岛农业大学 漏播检测-补种系统、马铃薯漏播检测-补种一体化控制系统及其方法
CN107996079A (zh) * 2017-11-28 2018-05-08 江苏大学 一种播种机排种流量监测系统和方法
CN108918904A (zh) * 2018-07-13 2018-11-30 华中农业大学 一种中小粒径种子精量播种监测装置及方法
CN108918904B (zh) * 2018-07-13 2019-11-12 华中农业大学 一种中小粒径种子精量播种监测装置及方法
US11570945B2 (en) 2019-07-09 2023-02-07 Cnh Industrial America Llc Methods and related systems for automatically calibrating seed meters
US11602096B2 (en) 2019-07-09 2023-03-14 Cnh Industrial America Llc Methods and related systems for automatically calibrating seed meters
CN112930794B (zh) * 2021-03-16 2023-01-31 北京农业智能装备技术研究中心 一种精密播种机播量分布监测系统及方法
CN112930794A (zh) * 2021-03-16 2021-06-11 北京农业智能装备技术研究中心 一种精密播种机播量分布监测系统及方法
CN113196915A (zh) * 2021-05-08 2021-08-03 中国农业机械化科学研究院 一种小粒种子动态跟踪补种方法及装置
CN113608476A (zh) * 2021-08-06 2021-11-05 青岛农业大学 气吸式花生播种机漏播检测及补偿系统
CN116097960A (zh) * 2022-12-30 2023-05-12 中电科卫星导航运营服务有限公司 一种播种机排种的控制方法
CN116097960B (zh) * 2022-12-30 2024-03-22 中电科卫星导航运营服务有限公司 一种播种机排种的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104488419B (zh) 2016-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104488419A (zh) 小粒径精量排种器的漏播实时检测与自动补种系统
CN102084746B (zh) 精量播种机漏播自动补种装置
CN106165580B (zh) 油菜精量直播机漏播与播量无线监测系统
CN106124239B (zh) 玉米指夹式排种器排种质量检测台及排种质量检测方法
CN201984353U (zh) 一种玉米精确种植自动化监控系统
CN103120057B (zh) 一种用于玉米精播机的漏播检测装置及方法
CN104704953B (zh) 补种式马铃薯播种机
CN208590238U (zh) 一种播种机电控系统
CN102968079B (zh) 玉米精播机排种监控系统
CN103994787A (zh) 一种小麦播种机工况监测系统及方法
CN101441455A (zh) 水稻直播机排种器排种状态的监测系统
CN101887246A (zh) 一种农用多功能变量控制器
CN204482244U (zh) 新型马铃薯播种机
Xie et al. Precision seeding parameter monitoring system based on laser sensor and wireless serial port communication
CN103988615B (zh) 精量排种器的漏播实时检测方法
CN111083968B (zh) 一种面向播量补偿的精密播种装置及其方法
CN102645907A (zh) 一种对播种机播种状态及排种故障进行检测及控制的系统
CN206005158U (zh) 油菜精量直播机漏播与播量无线监测系统
CN102612903A (zh) 一种甘蔗种植机漏播监测系统
CN103424272A (zh) 一种多路精量排种器排种性能检测系统
CN103808366A (zh) 一种基于小麦播种机的播种监测方法、装置及系统
CN112082789B (zh) 气力滚筒式穴盘播种机作业精度在线检测方法与装置
CN106105513A (zh) 一种种子填充装置
CN203040162U (zh) 一种用于玉米精播机的漏播检测装置
CN109548442A (zh) 一种马铃薯播种的自适应智能测控系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant