CN106370145A - 一种深松机耕地深度监测装置及方法 - Google Patents

一种深松机耕地深度监测装置及方法 Download PDF

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朱红梅
张昕
刘丹
韩永林
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Abstract

本发明公开了一种深松机耕地深度监测装置及方法，涉及农业机械控制技术领域，用以解决现有技术中存在深松机深度检测装置的检测准确度低的问题。该装置包括：高度测量传感器设置在深松机的机架自由端面上；角度传感器设置在深松机的地轮支架上；高度测量传感器，用于获取机架自由端面底边与地面之间的高度值，并且将高度值发送给微处理器；角度测量传感器，用于获取地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的角度值，并且将角度值发送给微处理器；微处理器，用于根据高度值、角度值和预先存储在微处理器中的预设耕地深度值，控制声光报警器发出声光报警信号。本发明还公开了一种深松机耕地深度监测方法。

Description

一种深松机耕地深度监测装置及方法
技术领域
本发明涉及农业机械控制技术领域，更具体的涉及一种深松机耕地深度监测装置及方法。
背景技术
深松机通过大马力拖拉机牵引工作，其目的是疏松土壤，打破犁底层，增强雨水入渗速度与数量，减少径流，减少水分蒸发损失，有利于改善土壤通透性，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。
深松机作业时，需要深松机架通过前后、左右水平调整，保证深松铲入土深度一致，并且需要深松深度达到农业要求。但是，由于深松机作业现场环境的特殊性及地表环境的复杂性，现有深松机深度检测装置的检测准确度较低。
综上所述，现有技术中的深松机深度检测装置，存在检测准确度低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种深松机耕地深度监测装置及方法，用以解决现有技术中存在深松机深度检测装置的检测准确度低的问题。
本发明实施例提供一种深松机耕地深度监测装置，包括：高度测量传感器、角度测量传感器、微处理器和声光报警器；
所述高度测量传感器设置在深松机的机架自由端面上；所述角度传感器设置在深松机的地轮支架上；
所述高度测量传感器，用于获取机架自由端面底边与地面之间的高度值，并且将所述高度值发送给所述微处理器；
所述角度测量传感器，用于获取地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的角度值，并且将所述角度值发送给所述微处理器；
所述微处理器，用于根据所述高度值和所述角度值，通过去极值平均滤波法，确定耕地深度值；并且用于根据所述耕地深度值和预先存储在所述微处理器中的预设耕地深度值，控制所述声光报警器发出声光报警信号。
较佳地，所述深松机包括：机架、地轮支架、深松铲、整地轮、上悬挂杆和上悬挂支杆；
所述机架水平设置；所述机架的底部设置有所述深松铲；所述机架的顶部设置有所述上悬挂杆和所述上悬挂支杆，并且所述上悬挂支杆的顶端与所述上悬挂杆的中部连接；
所述地轮支架的上端与所述机架连接端面连接，并且所述地轮支架的下端与所述整地轮连接。
较佳地，所述深松机耕地深度监测装置还包括显示器，所述显示器与所述微处理器电连接。
较佳地，所述高度测量传感器和所述角度测量传感器均通过信号调理电路与所述微处理器电连接；所述声光报警器通过功率驱动单元与所述微处理器电连接；所述显示器通过显示驱动单元与所述微处理器电连接；车载电瓶通过电源模块与所述微处理器电连接。
较佳地，所述深松机耕地深度监测装置还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块与所述微处理器电连接。
本发明实施例提供的一种深松机耕地深度监测方法，包括：
获取深松机的机架自由端面底边与地面之间的高度值；其中，所述高度值包括：深松机停止在地面时机架自由端面底边与地面之间的第一高度值，以及深松机作业时机架自由端面底边与地面之间的第二高度值；
获取深松机的地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的角度值；其中，所述角度值包括：深松机停止在地面时地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的第一角度值，以及深松机作业时地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的第二角度值；
根据所述第一角度值、地轮支架长度和整地轮半径，通过公式(1)，确定深松机停止在地面时机架连接端面底边与地面之间的第三高度值；
根据所述第二角度值、地轮支架长度和整地轮半径，通过公式(2)，确定深松机作业时机架连接端面底边与地面之间的第四高度值；
根据所述第一高度值、所述第二高度值、所述第三高度值和所述第四高度值，通过公式(3)，确定耕地深度值；
根据所述耕地深度值和预设的耕地深度值，确定报警信号；
公式(1)如下所示：
h3＝M cosβ1+D
公式(2)如下所示：
h4＝M cosβ2+D
公式(3)如下所示：
h＝(h1+h3)/2-(h2+h4)/2
其中，h为耕地深度值；h1为第一高度值；h2为第二高度值；h3为第三高度值；h4为第四高度值；M为地轮支架长度；D为整地轮半径；β1为第一角度值；β2为第二角度值。
本发明实施例中，提供一种深松机耕地深度监测装置及方法，该发明通过高度测量传感器和角度测量传感器实时监测高度值和角度值，通过监测的高度值和角度值获得实时耕地深度值，将实时耕地深度值与预设的耕地深度值相比较，当耕地深度值达不到预设的耕地深度值时，自动启动声光报警器，从而方便快捷的实现了对深松机耕地深度的监测，即通过智能监测技术，提高了监测准确度，增强了深松机耕地深度监测稳定性，全面提高了深松机作业质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种深松机耕地深度监测装置原理图；
图2为本发明实施例提供的深松机水平停止在地面时的模型图；
图3为本发明实施例提供的深松机作业时的模型图；
图4为本发明实施例提供的一种深松机耕地深度监测方法流程图；
图5为本发明实施例提供的角度测量传感器测量模型图。
附图标记说明：
101-高度测量传感器，102-角度测量传感器，103-微处理器，104-声光报警器，105-显示器，106-GPS定位模块，107-信号调理电路，108-功率驱动单元，109-显示驱动单元，110-车载电瓶，111-电源模块，201-机架，201-1-机架自由端面，201-2-机架连接端面，202-地轮支架，203-深松铲，204-整地轮，205-上悬挂杆，206-上悬挂支杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。
图1为本发明实施例提供的一种深松机耕地深度监测装置原理图；图2为本发明实施例提供的深松机水平停止在地面时的模型图；图3为本发明实施例提供的深松机作业时的模型图，如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的一种深松机耕地深度监测装置，包括：高度测量传感器101、角度测量传感器102、微处理器103和声光报警器104。
需要说明的是，本发明中的高度测量传感器101包括：激光传感器、红外传感器、超声波传感器及其它通过时间和速度参数测量高度的传感器。优选地，本发明中采用激光传感器测量高度值。
需要说明的是，本发明中的角度测量传感器102采用倾角传感器。
需要说明的是，微处理器103包括单片机、DSP、ARM、FPGA等嵌入式控制器。优选地，本发明采用ARM处理器。
需要说明的是，激光传感器和倾角传感器为两个或多个。
具体地，高度测量传感器101设置在深松机的机架自由端面201-1上；角度传感器102设置在深松机的地轮支架2上。
需要说明的是，深松机包括：机架201、地轮支架202、深松铲203、整地轮204、上悬挂杆205和上悬挂支杆206；机架201水平设置；机架201的底部设置有深松铲203；机架201的顶部设置有倾斜的上悬挂杆205和倾斜的上悬挂支杆206，并且上悬挂支杆206的顶端与上悬挂杆205的侧壁连接；地轮支架202倾斜设置；地轮支架202的上端与机架连接端面201-2连接，并且地轮支架202的下端与整地轮204连接。
需要说明的是，机架201水平方向上的一端面与地轮支架202的顶端连接，机架201与地轮支架202连接的端面为机架连接端面201-2。与机架连接端面201-2相对的机架201水平方向上的另一端面为机架自由端面201-1。
需要说明的是，机架201和倾斜的地轮支架202之间的下方夹角为钝角；倾斜的地轮支架202与机架连接端面201-2连接的端为地轮支架202的顶端，地轮支架202与整地轮204连接的端为地轮支架202的底端，地轮支架202的倾斜面为轮支架202的侧面。
具体地，高度测量传感器101，用于获取机架自由端面201-1底边与地面之间的高度值，并且将高度值发送给微处理器103；角度测量传感器102，用于获取地轮支架202侧面与垂直于地面的垂直线之间的角度值，并且将角度值发送给微处理器103；微处理器103，用于根据高度值和角度值，通过去极值平均滤波法，确定耕地深度值；并且用于根据耕地深度值和预先存储在微处理器103中的预设耕地深度值，控制声光报警器104发出声光报警信号。
较佳地，深松机耕地深度监测装置还包括显示器105，显示器105与微处理器103电连接。
需要说明的是，显示器105包括LED数码管显示器、LCD液晶显示器、TFT显示屏等。优选地，本发明采用LCD液晶显示器。
需要说明的是，显示器105用于实时显示深松机耕地深度及面积的数值。
较佳地，高度测量传感器101和角度测量传感器102均通过信号调理电路107与微处理器103电连接；声光报警器104通过功率驱动单元108与微处理器103电连接；显示器105通过显示驱动单元109与微处理器103电连接；车载电瓶110通过电源模块111与微处理器103电连接。
较佳地，深松机耕地深度监测装置还包括GPS定位模块106，GPS定位模块106与微处理器103电连接。
需要说明的是，GPS定位模块106，用于提供经纬度数据，与已知的耕地宽度结合，可以计算耕地面积。
需要说明的是，本发明采用的激光传感器具有微功率，低功耗，高能量等特点，在深松环境恶劣的条件下，对地面高度的测试受灰尘干扰较小，测试数值精度高，同时，结合倾角传感器的测量数值，利用微处理器103的去极值平均滤波法，进一步提高检测精确度。
需要说明的是，本发明的装置便于安装，因为整个装置有定位孔，通过定位孔固定后可保持精准的同轴度。
需要说明的是，本发明的扩展性强，因为整个装置具有很强的可扩展性，适应于目前市场上大部分的深松机。
需要说明的是，本发明的装置除了具有深松深度监测功能外，还具有深松面积统计功能。
图4为本发明实施例提供的一种深松机耕地深度监测方法流程图；图5为本发明实施例提供的角度测量传感器测量模型图，如图4和如5所示，并结合图1、图2和图3，本发明实施例提供了一种深松机耕地深度监测方法，包括：
步骤S301：获取深松机的机架自由端面底边与地面之间的高度值；其中，所述高度值包括：深松机停止在地面时机架自由端面底边与地面之间的第一高度值，以及深松机作业时机架自由端面底边与地面之间的第二高度值。
步骤S302：获取深松机的地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的角度值；其中，所述角度值包括：深松机停止在地面时地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的第一角度值，以及深松机作业时地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的第二角度值。
步骤S303：根据第一角度值、地轮支架长度和整地轮半径，通过公式(1)，确定深松机停止在地面时机架连接端面底边与地面之间的第三高度值。
步骤S304：根据第二角度值、地轮支架长度和整地轮半径，通过公式(2)，确定深松机作业时机架连接端面底边与地面之间的第四高度值。
步骤S305：根据第一高度值、第二高度值、第三高度值和所述第四高度值，通过公式(3)，确定耕地深度值。
步骤S306：根据所述耕地深度值和预设的耕地深度值，确定报警信号。
公式(1)如下所示：
h3＝M cosβ1+D
公式(2)如下所示：
h4＝M cosβ2+D
公式(3)如下所示：
h＝(h1+h3)/2-(h2+h4)/2
其中，h为耕地深度值；h1为第一高度值；h2为第二高度值；h3为第三高度值；h4为第四高度值；M为地轮支架长度；D为整地轮半径；β1为第一角度值；β2为第二角度值。
需要说明的是，地轮支架长度M和为整地轮半径D的数值由深松机的机械结构决定。
基于以上装置和方法，本发明实施例提供了一个具体的应用实例：
1)车载电瓶110提供的+12V直流电压经电源模块9转换成+5V直流电源，为本装置供电。
2)让深松机水平停止在地表面上，其工作模型如图2所示。启动深松机耕地深度监测装置，激光传感器垂直向地面发射激光信号，并且接收经由地面反射回的激光信号，通过测定其发射及接收时间，结合激光传输速率，测试出此时激光传感器距离地面高度h1。倾角传感器2安装在地轮支架上，通过倾角传感器2测试的数据确定地轮支架与垂直线的倾角角度β1。
3)深松机正常作业时，即深松机耕地时，其工作模型如图3所示，激光传感器测试其距离地面的高度为h2，倾角传感器测试出地轮支架与垂直线的倾角角度为β2。
4)在整个深松机作业过程中，微处理器103采用去极值平均滤波方法对h1、h2、β1及β2进行处理，测试出深松机耕地深度h。若耕地深度h小于预先设定的耕地深度时，微处理器103启动声光报警器104发出声光报警信号。
需要说明的是，深松作业过程中，通过预先设定的深度机宽度，结合装置上的GPS定位模块106，自动测试其作业面积。
需要说明的是，在作业过程中，深松机耕地深度监测装置实现对耕地深度的实时监测，并将耕地深度及面积数值通过显示器105显示出来。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种深松机耕地深度监测装置，其特征在于，包括：高度测量传感器(101)、角度测量传感器(102)、微处理器(103)和声光报警器(104)；
所述高度测量传感器(101)设置在深松机的机架自由端面(201-1)上；所述角度传感器(102)设置在深松机的地轮支架(202)上；
所述高度测量传感器(101)，用于获取机架自由端面(201-1)底边与地面之间的高度值，并且将所述高度值发送给所述微处理器(103)；
所述角度测量传感器(102)，用于获取地轮支架(202)侧面与垂直于地面的垂直线之间的角度值，并且将所述角度值发送给所述微处理器(103)；
所述微处理器(103)，用于根据所述高度值和所述角度值，通过去极值平均滤波法，确定耕地深度值；并且用于根据所述耕地深度值和预先存储在所述微处理器(103)中的预设耕地深度值，控制所述声光报警器(104)发出声光报警信号。
2.如权利要求1所述的深松机耕地深度监测装置，其特征在于，所述深松机包括：机架(201)、地轮支架(202)、深松铲(203)、整地轮(204)、上悬挂杆(205)和上悬挂支杆(206)；
所述机架(201)水平设置；所述机架(201)的底部设置有所述深松铲(203)；所述机架(201)的顶部设置有所述上悬挂杆(205)和所述上悬挂支杆(206)，并且所述上悬挂支杆(206)的顶端与所述上悬挂杆(205)的中部连接；
所述地轮支架(202)的上端与所述机架连接端面(201-2)连接，并且所述地轮支架(202)的下端与所述整地轮(204)连接。
3.如权利要求2所述的深松机耕地深度监测装置，其特征在于，所述深松机耕地深度监测装置还包括显示器(105)，所述显示器(105)与所述微处理器(103)电连接。
4.如权利要求3所述的深松机耕地深度监测装置，其特征在于，所述高度测量传感器(101)和所述角度测量传感器(102)均通过信号调理电路(107)与所述微处理器(103)电连接；所述声光报警器(104)通过功率驱动单元(108)与所述微处理器(103)电连接；所述显示器(105)通过显示驱动单元(109)与所述微处理器(103)电连接；车载电瓶(110)通过电源模块(111)与所述微处理器(103)电连接。
5.如权利要求1或4所述的深松机耕地深度监测装置，其特征在于，所述深松机耕地深度监测装置还包括GPS定位模块(106)，所述GPS定位模块(106)与所述微处理器(103)电连接。
6.一种深松机耕地深度监测方法，其特征在于，包括：
获取深松机的机架自由端面底边与地面之间的高度值；其中，所述高度值包括：深松机停止在地面时机架自由端面底边与地面之间的第一高度值，以及深松机作业时机架自由端面底边与地面之间的第二高度值；
获取深松机的地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的角度值；其中，所述角度值包括：深松机停止在地面时地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的第一角度值，以及深松机作业时地轮支架侧面与垂直于地面的垂直线之间的第二角度值；
根据所述第一角度值、地轮支架长度和整地轮半径，通过公式(1)，确定深松机停止在地面时机架连接端面底边与地面之间的第三高度值；
根据所述第二角度值、地轮支架长度和整地轮半径，通过公式(2)，确定深松机作业时机架连接端面底边与地面之间的第四高度值；
根据所述第一高度值、所述第二高度值、所述第三高度值和所述第四高度值，通过公式(3)，确定耕地深度值；
根据所述耕地深度值和预设的耕地深度值，确定报警信号；
公式(1)如下所示：
h3＝M cosβ1+D
公式(2)如下所示：
h4＝M cosβ2+D
公式(3)如下所示：
h＝(h1+h3)/2-(h2+h4)/2
其中，h为耕地深度值；h1为第一高度值；h2为第二高度值；h3为第三高度值；h4为第四高度值；M为地轮支架长度；D为整地轮半径；β1为第一角度值；β2为第二角度值。
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