CN104885607A - 一种自动变量播种施肥控制系统及多功能播种机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动变量播种施肥控制系统及多功能播种机，多功能播种机包括动力系统、机架、旋耕开沟系统、播种系统和施肥系统，控制系统包括地轮、旋转编码盘、伺服电机、伺服器、单片机；单片机写入播种机的播量Q与排种轴转速n、机具前进速度v之间的函数关系式f(Q)＝(n，v)的程序；地轮通过在排水沟中滚动实现与整机同步前进，通过旋转编码盘实时测定地轮的前进速度v，并将脉冲信号输送至单片机中，单片机根据播量与机具前进速度计算出排种轴转速，并传输信号至伺服器，伺服器通过传送脉冲信号控制直流伺服电机的输出转速，伺服电机直接驱动排种轴转动。本发明整体结构合理，整个系统形成一个闭环控制系统，达到精量、变量播种、施肥的要求。

Description

一种自动变量播种施肥控制系统及多功能播种机

技术领域

本发明涉及一种控制系统，特别指用于多功能播种机上的自动变量播种施肥控制系统与使用这种控制系统的多功能播种机，属于农电技术领域。

背景技术

油菜是一种重要油料作物，作为我国主要油料作物的油菜，其菜籽油占我国居民食用植物油40％左右，据统计油菜作为我国种植面积最大的油料作物，其种植面积8000千公顷和总产量1200万吨均居世界第一。目前我国食用油自给率还不到40％，需要大力发展油料作物种植来解决国家油料供给安全危机。以冬油菜为例，长江流域是冬油菜主产区，全年种植面积1.2亿亩，目前仍有近8000万亩可用于种植油菜。传统手工劳作无法满足油菜大面积生产需求，而现有种植机械化水平相当低，要提高油菜总产，必须大力发展油菜生产机械化。

传统播种机的排种系统一般有两种驱动方式，一种是使用地轮驱动排种器工作；另一种由主动力驱动排种器工作，为由拖拉机后备输出动力经减速箱改变传动比后由链轮驱动排种器工作。地轮阻力大，容易打滑，水稻收割后翻耕，土壤表面至少有30％的残茬覆盖，秸秆和杂草使地轮的附着力减弱，地轮打滑更加严重，播种均匀性无法得到保证；生产中精密播种机的播量调节也困难，传统的方法是经人工计算得到需要的播量所对应的排种轴转速后，手动调换不同的链轮，比较复杂，费时费力，而且此种调节是有级的，很难达到精密播种的要求；传统的油菜播种方式是使用固定的一个播种量，但由于土壤肥力在不同地块的差异、每块土地的周围环境差异(光照、湿度、通风性等)、播种季节的差异、不同的作物品种等原因造成每块田地所需要的播种量不同，而此时使用传统的播种方式就容易造成种子的浪费并且影响产量。

发明内容

本发明的技术目的在于提供一种多功能播种机自动变量播种施肥控制系统，该系统同步测定播种机前进的速度，不同的播种情况及播种不同的作物种子根据设计的程序，通过伺服电机控制排种、排肥轴的转速，实现精确控制播种、施肥量，提高了作物产量、增加经济效益，最大限度地提高土地利用率。

本发明采用如下技术方案实现以上技术目的：

一种自动变量播种施肥控制系统，用于多功能播种机上，多功能播种机包括动力系统、机架、旋耕开沟系统、播种系统和施肥系统，：控制系统包括地轮、旋转编码盘、伺服电机、伺服器、单片机；旋转编码盘固定安装在地轮一端，旋转编码盘的动力输入轴通过联轴器与地轮的中心旋转轴连接并同步转动；伺服电机的动力输出轴通过联轴器与播种系统的排种轴末端连接，直接驱动排种轴转动；单片机写入播种机的播量Q与排种轴转速n、机具前进速度v之间的函数关系式f(Q)＝(n，v)的程序；地轮通过在排水沟中滚动实现与整机同步前进，排水沟地表平整，且土壤表面的残茬覆盖物很少，故地轮运动阻力小，不易打滑；通过旋转编码盘实时测定地轮的前进速度v，并将脉冲信号输送至单片机中，单片机根据播量与机具前进速度计算出排种轴转速，并传输信号至伺服器，伺服器通过传送脉冲信号控制直流伺服电机的输出转速，伺服电机直接驱动排种轴转动。

优选地，还包括电压转换器，该控制系统选用两节12V的锂电池串联为直流伺服电机供电，同时12v的直流电源经过电压转换器将电压转换为5V后为单片机供电。

优选地，还包括人机交互单元，人机交互单元包括显示器与控制按钮a、控制按钮b，控制按钮a用来选择不同播种模式，既定设计的为油菜、高粱、玉米三种播种模式，控制按钮b用来选择不同的每公顷播量，当控制按钮a、控制按钮b选择不同的播种模式和不同的每公顷播量时，单片机通过执行不同的程序来实现伺服电机的输出转速比例，显示器用来显示播种机的实时每公顷播量。

一种采用上述自动变量播种施肥控制系统的多功能播种机，还包括动力系统、机架、旋耕开沟系统、播种系统和施肥系统，所述播种系统采用窝眼轮式排种器，所述窝眼轮式排种器上每一圈的型孔大小不同，通过调节排种器上排种挡板，使得排种器上不同大小的型孔进行排种工作，不同作物种子的播种量通过控制按钮调节控制系统中伺服电机的输出转速比来控制。

优选地，所述施肥系统采用外槽轮排肥器，排种轴转动的同时通过链轮带动排肥轴、搅肥轴同步转动，实现同步排肥。

优选地，所述施肥系统的肥料箱的下端设有排肥调节轮，可通过手动调节排肥调节轮控制施肥量。

优选地，播种机机架上装设有集电盒，伺服器与单片机安装于集电盒中。

优选地，伺服电机固定在播种机机架底板上。

本发明采用上述技术方案具有如下优点：

1、本发明整体结构合理，整个系统形成一个闭环控制系统，从而可以达到精量、变量播种、施肥的要求；播量、施肥量的调节比较方便简单；有较好的排种、排肥特性。

2、播种施肥系统由伺服电机控制，将地轮设计在地面平整的排水沟中行走，地轮不易打滑且运动平稳，伺服电机的输出转速与地轮的转速同步，精确控制播种量与施肥量，有效的保障播种、施肥的均匀性，同时可以根据需要准确、有效、快速地调节作物的播种、施肥量。

3、播种系统中排种器选用的是多功能窝眼轮式排种器，可通过调节排种器上排种挡板，实现排种器上不同大小的型孔进行排种工作，而不同作物种子的播种量可通过调节控制系统伺服电机的输出转速比实现控制，并不需要更换动力传递系统等来改变传动比，该播种机一机多用，可播种外形尺寸大小不一的种子，如油菜、高粱和玉米等。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为本发明多功能播种机自动变量播种施肥控制系统的整机结构示意图。

图2为本发明多功能播种机自动变量播种施肥控制系统的原理示意图。

图3为本发明多功能播种机自动变量播种施肥控制系统的左视结构示意图。

图4为本发明多功能播种机自动变量播种施肥控制系统的主视结构示意图。

图中标号：1-动力系统，2-控制系统，3-播种系统，4-施肥系统，5-旋耕开沟系统，21-地轮，22-旋转编码盘，23-集电盒，24-伺服电机，25-伺服器，26-单片机，27-电压转换器，28-人机交互单元，29-直流电源，210-电源开关，31-排种轴，32-排种器，41-搅肥轴，42-三角链轮，43-排肥轴，44-排肥器，45-排肥调节轮，46-肥料箱，51-开沟铲。

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详细说明。

如图1至图4所示，本发明多功能播种机自动变量播种施肥控制系统所安装的播种机，主要包括动力系统1、控制系统2、播种系统3、施肥系统4和旋耕开沟系统5。控制系统2为本发明多功能播种机自动变量播种施肥控制系统，主要包括地轮21、旋转编码盘22、集电盒23、伺服电机24、伺服器25、单片机26、电压转换器27、人机交互单元28、直流电源29和电源开关210，其中伺服器25、单片机26、电压转换器27、人机交互单元28、直流电源29和电源开关210安装在集电盒23中。

本实施例中，集电盒23安装在播种机机架上，伺服电机24固定在播种机机架底板上，其动力输出轴通过联轴器与排种轴31的末端连接，直接驱动排种轴31转动；地轮21通过螺栓居中安装在开沟铲51的正后方，旋转编码盘22固定安装在地轮21一端，旋转编码盘22的动力输入轴通过联轴器与地轮21的中心旋转轴连接并同步转动。

本实施例中，首先分析计算播种机的播量Q与排种轴转速n、机具前进速度v之间的函数关系式f(Q)＝(n，v)，编写相关程序输入到单片机26中。地轮21通过在排水沟中滚动实现与整机同步前进，通过旋转编码盘22实时测定地轮的前进速度v，并将脉冲信号输送至单片机26中，单片机26传输信号至伺服器25，伺服器25通过传送脉冲信号控制直流伺服电机24的输出转速，伺服电机24直接驱动排种轴31转动。选用两节12V直流电源29串联为直流伺服电机24供电，同时12V的直流电源29经过电压转换器27将电压转换为5V后为单片机供电，设计的电源开关210为电源开关和电路开关。人机交互单元28主要包括显示器、控制按钮a、控制按钮b，控制按钮a用来选择不同播种模式，既定设计的为油菜、高粱、玉米三种播种模式，控制按钮b用来选择不同的每公顷播量，当控制按钮a、控制按钮b选择不同的播种模式和不同的每公顷播量时，通过单片机26执行不同的程序来实现伺服电机24的输出转速比例，显示器显示播种机的实时每公顷播量。

本实施例中，窝眼轮式排种器32上每一圈的型孔大小不同，通过调节排种器32上排种挡板，实现排种器32上不同大小的型孔进行排种工作，而不同作物种子和不同播种量可通过调节控制系统2的伺服电机24的输出转速比实现控制，该调节仅仅只需通过控制系统2的人机交互单元28中的控制按钮a、控制按钮b来实现程序的转换，该播种机一机多用，可播种外形尺寸大小不一的种子，如油菜、高粱和玉米等。

本实施例中，随着排种轴31的转动，通过三角链轮42带动搅肥轴41和排肥轴43同步转动，外槽轮式排肥器44进行排肥；于肥料箱46的下端设有排肥调节轮45，可通过手动旋转排肥调节轮45控制肥料箱46底部出肥口的大小，从而控制排肥量的大小。

本实施例整机的工作原理如下：

动力系统1带动播种机在田间行进，地轮21与播种机同步行进，旋转编码盘22通过地轮测定机具前进速度，并输出信号经过控制系统2的信号转化控制伺服电机24的输出转速，伺服电机24直接带动排种轴31转动，不同播种模式和不同的每公顷播量可通过控制系统2中的人机交互单元28的控制按钮来选择；随着排种轴31的转动，通过三角链轮42带动排肥轴43与搅肥轴41转动，实现排肥和肥料箱46中肥料的搅动，可通过调节排肥调节轮45来控制不同的排肥量。

本发明在研究中首先深入分析影响播量的各种因素，播量的影响因素主要是排种轴的转速和机具的前进速度。对窝眼轮式排种器进行转速标定试验，分析排种器转速对排量的影响，并在每个转速下对排种均匀性和各行排量一致性性进行试验，找出排种特性稳定、符合排种要求的排种转速n与排种量q之间的线性关系式，然后与机具的前进速度进行综合运算得到排种器的转速、每公顷播量、机具前进速度三者之间的函数关系式f(Q)＝(n,v)，编写代码输入至单片机中。采用安装于地轮上的旋转编码盘实时测定机具的前进速度，转化成信号输入给单片机，单片机经过软件处理输出控制转速的脉冲信号至电机驱动器，电机驱动器输出信号到步进电机，步进电机驱动排种器的排种轴进行排种。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动变量播种施肥控制系统，用于多功能播种机上，多功能播种机包括动力系统、机架、旋耕开沟系统、播种系统和施肥系统，其特征在于：控制系统包括地轮、旋转编码盘、伺服电机、伺服器、单片机；旋转编码盘固定安装在地轮一端，旋转编码盘的动力输入轴通过联轴器与地轮的中心旋转轴连接并同步转动；伺服电机的动力输出轴通过联轴器与播种系统的排种轴末端连接，直接驱动排种轴转动；单片机写入播种机的播量Q与排种轴转速n、机具前进速度v之间的函数关系式f(Q)＝(n，v)的程序；地轮通过在排水沟中滚动实现与整机同步前进，通过旋转编码盘实时测定地轮的前进速度，并将脉冲信号输送至单片机中，单片机根据播量与机具前进速度计算出排种轴转速，并传输信号至伺服器，伺服器通过传送脉冲信号给伺服电机自带编码盘来控制直流伺服电机的输出转速，伺服电机直接驱动排种轴转动。

2.如权利要求1所述的自动变量播种施肥控制系统，其特征在于，还包括电压转换器，该控制系统选用两节12v锂电池串联起来为直流伺服电机供电，同时12V的直流电源经过电压转换器将电压转换为5V后为单片机供电。

3.如权利要求1所述的自动变量播种施肥控制系统，其特征在于，还包括人机交互单元，人机交互单元包括显示器与控制按钮a、控制按钮b，控制按钮a用来选择不同播种模式，既定设计的为油菜、高粱、玉米三种播种模式，控制按钮b用来选择不同的亩播种量，当控制按钮a、控制按钮b选择不同的亩播种量时，单片机执行不同的程序来实现伺服电机的输出转速比例，显示器用来显示播种机的实时亩播种量。

4.一种采用上述权利要求1至3中任一所述自动变量播种施肥控制系统的多功能播种机，其特征在于：还包括动力系统、机架、旋耕开沟系统、播种系统和施肥系统，所述播种系统采用窝眼轮式排种器，所述窝眼轮式排种器上每一圈的型孔大小不同，通过调节排种器上排种挡板，使得排种器上不同大小的型孔进行排种工作，不同作物种子的播种量通过控制按钮调节控制系统中伺服电机的输出转速比来控制。

5.如权利要求4所述的多功能播种机，其特征在于：所述施肥系统采用外槽轮排肥器，排种轴转动的同时通过链轮带动排肥轴、搅肥轴同步转动，实现同步排肥。

6.如权利要求5所述的多功能播种机，其特征在于：所述施肥系统的肥料箱的下端设有排肥调节轮，可通过手动调节排肥调节轮控制施肥量。

7.如权利要求4所述的多功能播种机，其特征在于：播种机机架上装设有集电盒，伺服器与单片机安装于集电盒中。

8.如权利要求4所述的多功能播种机，其特征在于：伺服电机固定在播种机机架底板上。