CN106094672A - 一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法 - Google Patents

一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农业机械控制技术领域，公开了一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法，测控装置包括：同步器、落籽监测探头、微控制器测控模块、声光报警器和种肥电机，微控制器测控模块包括：ARM微处理器、信号调理电路、键盘和液晶显示器、功率驱动单元、PWM驱动单元和电源模块A，同步器连接信号调理电路，落籽监测探头、信号调理电路、键盘、液晶显示器、功率驱动单元和PWM驱动单元分别与ARM微处理器连接，功率驱动单元连接声光报警器，PWM驱动单元连接种肥电机，电源模块A连接ARM微处理器，电源模块A连接车载电瓶，这种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法，使用方便，自动调节施肥量大小，全面提高免耕机作业质量。

Description

一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法
技术领域
本发明涉及农业机械控制技术领域，特别涉及一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法。
背景技术
播种是农业生产中最重要的环节，播种及施肥质量直接影响着作物的生长质量和产量。
然而目前的免耕机仅凭操作者视听感觉来判断落种情况，无法对排种状态进行监控，然而种箱排空和排种管堵塞均可导致漏播现象发生，排种器工艺性故障可导致漏播或多播现象发生，发生漏或多播播现象，均造成农业生产的严重损失。
另外目前的免耕机无法根据行驶速度来调整施肥量，施肥不够科学也直接影响着农作物的生长质量和产量。
发明内容
本发明提供一种玉米免耕机种肥测控装置及测控方法，使用方便，自动调节施肥量大小，全面提高免耕机作业质量。
本发明提供了一种玉米免耕机种肥测控装置，包括：同步器、落籽监测探头、微控制器测控模块、声光报警器和种肥电机，微控制器测控模块包括：ARM(Acorn RISCMachine)微处理器、信号调理电路、键盘和液晶显示器、功率驱动单元、PWM(Pulse WidthModulation脉冲宽度调制,简称脉宽调制)驱动单元和电源模块A，同步器与免耕机的播种盘同轴连接，同步器连接信号调理电路，落籽监测探头设置在导种管上，落籽监测探头、信号调理电路、键盘、液晶显示器、功率驱动单元和PWM驱动单元分别与ARM微处理器连接，功率驱动单元连接声光报警器，PWM驱动单元连接种肥电机，电源模块A连接ARM微处理器，电源模块A连接车载电瓶。
进一步地，所述落籽监测探头包括激光发射二极管、凸透镜和激光接收部分，激光接收部分由四个激光接收二极管串行连接而成，每两个激光接收二极管距离间隔为3mm，激光发射二极管发射出60度角的散射微功率激光光束，经凸透镜后变成平行光束，被激光接收二极管接收。
进一步地，还包括远程服务器，所述微控制器测控模块还包括GPRS模块和电源模块B，GPRS模块通过串口与ARM微处理器连接，GPRS模块与电源模块B连接，电源模块B连接车载电瓶，GPRS模块与远程服务器通信。
进一步地，所述落籽监测探头为多个。
进一步地，所述同步器、落籽监测探头、声光报警器和种肥电机分别通过铜网铝箔双屏蔽防水信号线与微控制器测控模块连接。
进一步地，所述电源模块A提供+5V电源，电源模块B提供+10V电源。
进一步地，所述同步器为接近开关。
一种玉米免耕机种肥测控装置的测控方法，包括以下步骤：
步骤1：通过电源线将免耕机的车载电瓶与电源模块A相连，车载电瓶提供的+12V直流电压经过电源模块A转换成+5V直流电源，为ARM微处理器供电；
步骤2：同步器的中心孔与免耕机的指夹式播种盘同轴安装，免耕机正常工作时，播种盘每旋转一周，玉米落籽十二个，同时，同步器对应产生十二个基准信号；
步骤3：同步器经由信号调理电路后产生一个基准信号时，落籽监测探头对导种管中的种子进行检测，落籽监测探头中产生一个落籽脉冲信号，则判断为正常落籽；当落籽监测探头中没有落籽脉冲信号，则判断为空穴，记录为空穴故障；当落籽监测探头中产生两个落籽脉冲信号，则判断为双籽，记录为双籽故障；当出现空穴故障或双籽故障时，ARM微处理器通过功率驱动单元驱动声光报警器发出声光报警信号，同时在液晶显示器上显示故障类型；
步骤4：ARM微处理器记录基准信号的数值，用M表示，根据链传动传动比公式计算出每触发一次基准信号时免耕机的行驶距离，用N表示，根据键盘预置的免耕机宽度T，即可计算出播种面积S＝T*M*N，同时在液晶显示器上显示出来；
步骤5：在整个作业过程中，ARM微处理器在单位时间内检测采集到的同步器基准信号的数值，根据基准信号的数值大小判断免耕机的行驶速度，单位时间内，同步器的数值大即免耕机行驶速度快，ARM微处理器输出的PWM数值就大，种肥电机的转速就快；同步器的数值小即免耕机行驶速度慢，ARM微处理器输出的PWM数值就小，种肥电机的转速就慢；实现免耕机的变量施肥功能。
进一步地，上述步骤1中通过电源线将免耕机的车载电瓶与电源模块B相连，车载电瓶提供的+12V直流电压经过电源模块B转换成+10V直流电源，为GPRS模块供电；上述步骤5中ARM微处理器在单位时间内，还通过GPRS模块将播种粒数、故障类型、行驶速度及种肥电机的转速传输给远程服务器。
进一步地，上述单位时间为1秒。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.检测精度高，采用同步器实时同步测量玉米落籽情况，对玉米落籽情况检测更为全面，记录玉米落籽的正常、空穴，双籽状态，检测精度更高。同时测量播种面积，面积统计更为精确。
2.自动施肥量大小调节，在单位时间内根据同步器的数值大小改变种肥电机的转速，继而改变施肥量大小，对于施肥量的大小控制上更为合理。
3.功能更加完善，针对免耕机的正常作业，不仅仅对落籽情况进行统计，而且对施肥加以控制，同时利用GPRS模块将数据传输给远程服务器端，功能更加完善。
4.便于扩展。针对目前多行免耕机而言，只要将落籽监测探头根据实际需要扩展至多个，该装置即可实现多行检测。
附图说明
图1为本发明提供的玉米免耕机种肥测控装置的原理框图。
图2为本发明提供的玉米免耕机种肥测控装置的落籽监测探头的结构示意图。
图3为本发明提供的玉米免耕机种肥测控装置连接的指夹式播种盘的结构示意图。
图4为本发明提供的玉米免耕机种肥测控装置中落籽监测探头对导种管种子的检测示意图。
图5为本发明提供的一种玉米免耕机种肥测控装置的测控方法流程图。
附图标记说明：
1-同步器，2-落籽监测探头，2-1-激光发射二极管，2-2-微功率激光光束，2-3-凸透镜，2-4-平行光束，2-5-种子，2-6-遮挡光束，2-7-激光接收部分，2-8-落籽脉冲信号，3-微控制器测控模块，4-声光报警器，5-种肥电机，6-GPRS模块，7-ARM微处理器，8-信号调理电路，9-键盘，10-液晶显示器，11-功率驱动单元，12-PWM驱动单元，13-电源模块A，14-电源模块B，15-车载电瓶，16-远程服务器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的一种玉米免耕机种肥测控装置，包括同步器1、落籽监测探头2、微控制器测控模块3、声光报警器4和种肥电机5，微控制器测控模块3包括：ARM微处理器7、信号调理电路8、键盘9和液晶显示器10、功率驱动单元11、PWM驱动单元12和电源模块A13，同步器1与免耕机的播种盘同轴连接，同步器1连接信号调理电路8，落籽监测探头2设置在导种管上，落籽监测探头2、信号调理电路8、键盘9、液晶显示器10、功率驱动单元11和PWM驱动单元12分别与ARM微处理器7连接，功率驱动单元11连接声光报警器4，PWM驱动单元12连接种肥电机5，电源模块A13连接ARM微处理器7，电源模块A13连接车载电瓶15。
进一步地，如图2所示，落籽监测探头2包括激光发射二极管2-1、凸透镜2-3和激光接收部分2-7，激光接收部分2-7由四个激光接收二极管串行连接而成，每两个激光接收二极管距离间隔为3mm，激光发射二极管2-1发射出60度角的散射微功率激光光束2-2，经凸透镜2-3后变成平行光束2-4，被激光接收二极管接收。
进一步地，如图1所示，还包括远程服务器16，所述微控制器测控模块3还包括GPRS模块6和电源模块B14，GPRS模块6通过串口与ARM微处理器7连接，GPRS模块6与电源模块B14连接，电源模块B14连接车载电瓶15，GPRS模块6与远程服务器16通信。
进一步地，所述落籽监测探头2为多个。
进一步地，所述同步器1、落籽监测探头2、声光报警器4和种肥电机5分别通过铜网铝箔双屏蔽防水信号线与微控制器测控模块3连接。
铜网铝箔双屏蔽防水信号线使得装置的稳定性和抗干扰性强。
进一步地，所述电源模块A13提供+5V电源，电源模块B14提供+10V电源。
进一步地，所述同步器1为接近开关。
如图5所示，一种玉米免耕机种肥测控装置的测控方法，包括以下步骤：
步骤1：通过电源线将免耕机的车载电瓶15与电源模块A13相连，车载电瓶15提供的+12V直流电压经过电源模块A13转换成+5V直流电源，为ARM微处理器7供电；
步骤2：同步器1的中心孔与免耕机的指夹式播种盘同轴安装，免耕机正常工作时，播种盘每旋转一周，玉米落籽十二个，同时，同步器1对应产生十二个基准信号；
步骤3：同步器1经由信号调理电路8后产生一个基准信号时，落籽监测探头2对导种管中的种子进行检测，落籽监测探头2中产生一个落籽脉冲信号，则判断为正常落籽；当落籽监测探头2中没有落籽脉冲信号，则判断为空穴，记录为空穴故障；当落籽监测探头2中产生两个落籽脉冲信号，则判断为双籽，记录为双籽故障；当出现空穴故障或双籽故障时，ARM微处理器7通过功率驱动单元11驱动声光报警器4发出声光报警信号，同时在液晶显示器10上显示故障类型；
步骤4：ARM微处理器记录基准信号的数值，用M表示，根据链传动传动比公式计算出每触发一次基准信号时免耕机的行驶距离，用N表示，根据键盘9预置的免耕机宽度T，即可计算出播种面积S＝T*M*N，同时在液晶显示器10上显示出来；
步骤5：在整个作业过程中，ARM微处理器7在单位时间内检测采集到的同步器1基准信号的数值，根据基准信号的数值大小判断免耕机的行驶速度，单位时间内，同步器1的数值大即免耕机行驶速度快，ARM微处理器7输出的PWM数值就大，种肥电机5的转速就快；同步器1的数值小即免耕机行驶速度慢，ARM微处理器7输出的PWM数值就小，种肥电机5的转速就慢；实现免耕机的变量施肥功能。
进一步地，上述步骤1中通过电源线将免耕机的车载电瓶15与电源模块B14相连，车载电瓶15提供的+12V直流电压经过电源模块B14转换成+10V直流电源，为GPRS模块6供电；上述步骤5中ARM微处理器7在单位时间内，还通过GPRS模块6将播种粒数、故障类型、行驶速度及种肥电机5的转速传输给远程服务器16。
进一步地，上述单位时间为1秒。
如图2所示，落籽监测探头2由激光发射二极管2-1、凸透镜2-3和激光接收部分2-7组成，激光接收部分2-7由四个激光接收二极管串行连接而成，每两个激光接收二极管2-1距离间隔为3mm，落籽监测探头2通过电源模块A上电后，激光发射二极管2-1发射出60度角的散射微功率激光光束2-2，经凸透镜2-3后变成平行光束2-4，被激光接收二极管接收。
若没有种子2-5落下，激光接收部分接收到平行光束2-4，且激光接收部分的接收端是高电平；若有种子2-5落下，激光接收部分接收到遮挡光束2-6，激光接收部分2-7的接收端变为低电平并生成落籽脉冲信号2-8。
同步器1的中心孔与免耕机的指夹式播种盘同轴安装，同步器1通过电源模块A上电后，利用同步器1取得基准信号，基准信号通过同步器1经由信号调理电路8后产生，如图3所示，免耕机正常工作时，播种盘每旋转一周，玉米落籽十二个，同时，同步器1产生十二个基准信号t1,t2,t3……t12。
检测示意图如图4所示，同步器1产生一个基准信号时，落籽监测探头2对导种管中落下的种子进行检测，同步器1产生一个基准信号t1时，观察落籽监测探头2的个数。若落籽监测探头2为一个，且产生一个落籽脉冲信号，则判断为正常落籽；若落籽监测探头2中没有落籽脉冲信号，则判断为空穴；若落籽监测探头2中产生两个落籽脉冲信号，则判断为双籽；两个落籽监测探头2的检测方法同一个落籽监测探头2的方法相同。当适用于多行免耕机时，其余落籽监测探头2的检测方法与一个落籽监测探头2的检测方法相同。
针对两行玉米免耕机而言，微控制器测控模块3实时对外部中断引脚进行检测，在基准信号产生时，若第一个落籽监测探头2检测到一个落籽脉冲信号L1和第二个落籽监测探头2检测到一个落籽脉冲信号L2，则判定种子正常落下；若第一个落籽监测探头2没有检测到落籽脉冲信号L1或者第二个落籽监测探头2没有检测到落籽脉冲信号L2，则判定没有种子落下，即为漏播，记录为空穴故障；若第一个落籽监测探头2检测到两个落籽脉冲信号L1或者第二个落籽监测探头2检测到两个落籽脉冲信号L2，即为双粒，记录为双籽故障；无论哪种故障，微控制器测控模块3通过功率驱动单元11驱动声光报警器4发出声光报警信号，同时在液晶显示器10上显示故障类型，人们根据报警信号和故障类型进行故障检查，排除故障。
在免耕机正常作业时，微控制器测控模块3记录基准信号数值，并用M表示；根据免耕机链传动变比公式可以计算出，每触发一次基准信号时免耕机的行驶距离，并用N表示；根据键盘9预置的免耕机宽度T，即可计算出播种面积S＝T*M*N，同时在液晶显示器10上显示出来。
链传动传动比为ⅰ＝Z2/Z1，其中，Z1、Z2是主、从动轮的齿数，主动轮的齿数为19，从动轮的齿数为6，每触发一次基准信号时免耕机的行驶距离N＝D*ⅰ/12，其中D为免耕机地轮直径。
在整个作业过程中，ARM微处理器7在定时一秒的时间内检测采集到的同步器1的数值，根据数值的大小判断免耕机行驶速度。通过PWM驱动单元12调节种肥电机5的转速，从而调节施肥量大小，单位时间内，同步器1的数值大即免耕机行驶速度快，ARM微处理器7输出的PWM数值就大，PWM驱动单元12驱动种肥电机5，种肥电机5的转速就快；同步器1的数值小即免耕机行驶速度慢，ARM微处理器7输出的PWM数值就小，种肥电机5的转速就慢；此方法可以实现免耕机的变量施肥功能。同时，ARM微处理器7在定时一秒的时间内，还通过GPRS模块6将播种粒数、故障类型、行驶速度及口肥电机转速等数值传输给远程服务器16。
综上所述，免耕机在正常作业过程中，种肥监控装置实现对播种状况(正常、空穴、双籽)自动检测，具有故障报警、施肥变量自动调节、自动统计播种面积S及远程数据传输的功能。
本装置采用微计算机智能控制与光电检测技术相结合的方法，设计一种新型玉米免耕机种肥测控系统。该系统主要应用在玉米播种领域，重点围绕精密播种和变量施肥环节，结合智能控制、光电检测和GPRS无线传输技术，实时监控玉米的播种和施肥情况，同时该装置还具有面积自动统计、故障报警、开机自检等功能。具有效率高、速度快、操作方便等优点，广泛应用于农业生产中，是目前农业现代化、机械化发展的必然趋势。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种玉米免耕机种肥测控装置，其特征在于，包括：同步器(1)、落籽监测探头(2)、微控制器测控模块(3)、声光报警器(4)和种肥电机(5)，微控制器测控模块(3)包括：ARM微处理器(7)、信号调理电路(8)、键盘(9)和液晶显示器(10)、功率驱动单元(11)、PWM驱动单元(12)和电源模块A(13)，同步器(1)与免耕机的播种盘同轴连接，同步器(1)连接信号调理电路(8)，落籽监测探头(2)设置在导种管上，落籽监测探头(2)、信号调理电路(8)、键盘(9)、液晶显示器(10)、功率驱动单元(11)和PWM驱动单元(12)分别与ARM微处理器(7)连接，功率驱动单元(11)连接声光报警器(4)，PWM驱动单元(12)连接种肥电机(5)，电源模块A(13)连接ARM微处理器(7)，电源模块A(13)连接车载电瓶(15)。
2.如权利要求1所述的玉米免耕机种肥测控装置，其特征在于，所述落籽监测探头(2)包括激光发射二极管(2-1)、凸透镜(2-3)和激光接收部分(2-7)，激光接收部分(2-7)由四个激光接收二极管串行连接而成，每两个激光接收二极管距离间隔为3mm，激光发射二极管(2-1)发射出60度角的散射微功率激光光束(2-2)，经凸透镜(2-3)后变成平行光束(2-4)，被激光接收二极管接收。
3.如权利要求1所述的玉米免耕机种肥测控装置，其特征在于，还包括远程服务器(16)，所述微控制器测控模块(3)还包括GPRS模块(6)和电源模块B(14)，GPRS模块(6)通过串口与ARM微处理器(7)连接，GPRS模块(6)与电源模块B(14)连接，电源模块B(14)连接车载电瓶(15)，GPRS模块(6)与远程服务器(16)通信。
4.如权利要求1所述的玉米免耕机种肥测控装置，其特征在于，所述落籽监测探头(2)为多个。
5.如权利要求1所述的玉米免耕机种肥测控装置，其特征在于，所述同步器(1)、落籽监测探头(2)、声光报警器(4)和种肥电机(5)分别通过铜网铝箔双屏蔽防水信号线与微控制器测控模块(3)连接。
6.如权利要求3所述的玉米免耕机种肥测控装置，其特征在于，所述电源模块A(13)提供+5V电源，电源模块B(14)提供+10V电源。
7.如权利要求1所述的玉米免耕机种肥测控装置，其特征在于，所述同步器(1)为接近开关。
8.如权利要求1～7任一权利要求所述的玉米免耕机种肥测控装置的测控方法，包括以下步骤：
步骤1：通过电源线将免耕机的车载电瓶(15)与电源模块A(13)相连，车载电瓶(15)提供的+12V直流电压经过电源模块A(13)转换成+5V直流电源，为ARM微处理器(7)供电；
步骤2：同步器(1)的中心孔与免耕机的指夹式播种盘同轴安装，免耕机正常工作时，播种盘每旋转一周，玉米落籽十二个，同时，同步器(1)对应产生十二个基准信号；
步骤3：同步器(1)经由信号调理电路(8)后产生一个基准信号时，落籽监测探头(2)对导种管中的种子进行检测，落籽监测探头(2)中产生一个落籽脉冲信号，则判断为正常落籽；当落籽监测探头(2)中没有落籽脉冲信号，则判断为空穴，记录为空穴故障；当落籽监测探头(2)中产生两个落籽脉冲信号，则判断为双籽，记录为双籽故障；当出现空穴故障或双籽故障时，ARM微处理器(7)通过功率驱动单元(11)驱动声光报警器(4)发出声光报警信号，同时在液晶显示器(10)上显示故障类型；
步骤4：ARM微处理器(7)记录基准信号的数值，用M表示，根据链传动传动比公式计算出每触发一次基准信号时免耕机的行驶距离，用N表示，根据键盘(9)预置的免耕机宽度T，即可计算出播种面积S＝T*M*N，同时在液晶显示器(10)上显示出来；
步骤5：在整个作业过程中，ARM微处理器(7)在单位时间内检测采集到的同步器(1)基准信号的数值，根据基准信号的数值大小判断免耕机的行驶速度，单位时间内，同步器(1)的数值大即免耕机行驶速度快，ARM微处理器(7)输出的PWM数值就大，种肥电机(5)的转速就快；同步器(1)的数值小即免耕机行驶速度慢，ARM微处理器(7)输出的PWM数值就小，种肥电机(5)的转速就慢；实现免耕机的变量施肥功能。
9.如权利要求8所述的玉米免耕机种肥测控装置的测控方法，其特征在于，所述步骤1中通过电源线将免耕机的车载电瓶(15)与电源模块B(14)相连，车载电瓶(15)提供的+12V直流电压经过电源模块B(14)转换成+10V直流电源，为GPRS模块(6)供电；所述步骤5中ARM微处理器(7)在单位时间内，还通过GPRS模块(6)将播种粒数、故障类型、行驶速度及种肥电机(5)的转速传输给远程服务器(16)。
10.如权利要求8或9所述的玉米免耕机种肥测控装置的测控方法，其特征在于，所述单位时间为1秒。
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