CN107091663A - 一种施肥播种机的实时播量检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种施肥播种机的实时播量检测装置及检测方法，该检测装置能够实时检测施肥播种机物料实时播量和累积播量，便于施肥播种控制系统进行闭环控制，从而实现精量施肥播种，本发明提出了新型的动态称重方式及其信号处理方法，并应用该称重方式构建了闭环式施肥播种流量控制方法，使称重方式直观，而且能够消除外界干扰，称重传感器只承受播撒掉的物料重量，检测精度较高。

Description

一种施肥播种机的实时播量检测装置及检测方法
技术领域
本发明属于农业施肥播种领域，更具体地说，本发明涉及一种施肥播种机的实时播量检测装置及检测方法。
背景技术
目前，农业生产正朝着精准农业方向发展，变量施肥是实现精准农业一个重要环节，推广变量施肥技术能够有效提高肥料利用效率、减少环境污染、提高作物品质。变量施肥是根据农田的肥力以及农作物所需的营养状况来调节施肥量，实现按需施肥。播种施肥机械是变量施肥的主要形式，对播量的控制是实现变量施肥的关键技术。目前主流的播量方法是通过标定播种施肥机械的外槽轮式播种排肥器与播量间的定量关系，依据播种施肥一体机的实际作业速度动态调节播种施肥器主轴转速，实现对播量的控制。但是此种方式本质上属于开环控制，通过标定模型间接推算出实时播量。播量的准确性易受作业状态的影响，如排肥播种器磨损，物料性质变化，肥料受潮后粘连在外槽轮式播种排肥器导致排肥堵塞等因素影响了标定模型所表征的定量关系，进而影响施肥效果。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种施肥播种机的实时播量检测装置及检测方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种施肥播种机的实时播量检测装置，包括箱体、支撑板和测量装置，支撑板设有两个，两个支撑板分别设置在箱体两侧，测量装置设置在箱体和支撑板的连接处；测量装置包括弹簧和称重传感器，弹簧的支撑力大于等于箱体满载状态下的重量，当箱体内物料减少，称重传感器受力为弹簧的支撑力与箱体重量的差。
优选的，所述箱体的端部设有支撑件，支撑件相对于支撑板的内侧滑动。
优选的，所述支撑板顶部竖直向上设有螺栓，螺栓上套接有弹簧，支撑件套在螺栓上，支撑件的外侧壁设有弓形板，所述称重传感器设置在弓形板内，螺栓上套接有与称重传感器上表面相接触的上盖板，螺栓顶端通过螺栓定位。
一种施肥播种机的实时播量检测方法，包括称重式播量检测方法、信号处理组合方法、播量闭环控制三部分，所述称重式播量检测方法是，当播种机处于工作状态时，弹簧始终保证最大压缩量，称重传感器一端固定在基座上，一端连接在箱体上，传感器始终受压力作用，箱体物料满载时，称重传感器受力最小，当箱体物料减少时，弹簧支撑力与箱体的重力之差增大，称重传感器受力亦增大，通过检测称重传感器压力变化，即可求得箱体流出的物料量，所述信息处理组合方法包括三个环节，第一个环节设有低通滤波器，消除规律性振动和工频干扰；第二个环节是对低通滤波后的信号进行高频采集；第三个环节是对均值滤波后的信号采取极点配置自适应补偿，用以改善称重系统的动态响应特性，采用播量闭环控制方法，首先实时采集施肥播种播量，经信号处理后与目标播量值比较，实时控制槽轮电机动作实现播量电机的闭环控制。
优选的，信息处理组合方法高频采集后进行均值滤波，用以消除随机噪声动态信号的影响。
优选的，所述田间作业中，通过实时检测称重传感器的压力变化，计算出物料实时流量。
优选的，所述计算公式为其中：ΔM-采样周期内的播撒物料质量，T-采样周期(s)，A(t)-t时刻的单片机采样值(V)，U-采样电压量程(V)，m-称重传感器量程(kg)。
有益效果：本发明提供了一种施肥播种机的实时播量检测装置及检测方法，该检测装置能够实时检测施肥播种机物料实时播量和累积播量，便于施肥播种控制系统进行闭环控制，从而达到精量施肥播种，本发明提出了新型的动态称重方式及其信号处理方法，并应用该称重方式构建了闭环式施肥播种流量控制方法，使称重方式直观，而且能够消除外界干扰，称重传感器只承受播撒掉的物料重量，检测精度较高。
附图说明
图1为本发明的基于称重传感器的施肥播种机播量检测装置的整体示意图。
图2为本发明的基于称重传感器的施肥播种播量检测装置的结构示意图。
图3为播量检测原理图
图4称重信号处理图
图5播量闭环控制方法图
其中：1-箱体，2-支撑板，3-测量装置，31-弹簧，32-称重传感器，33-螺栓，34-上盖板，35-螺帽，36-弓形底板。
具体实施方式
一种施肥播种机的实时播量检测装置，包括箱体、支撑板和测量装置，支撑板设有两个，两个支撑板分别设置在箱体两侧，测量装置设置在箱体和支撑板的连接处，箱体的底部多间距设有多个播种口；测量装置包括弹簧和称重传感器，弹簧的支撑力等于箱体满载状态下的重量，当箱体内物料减少，称重传感器受拉力为弹簧的支撑力与箱体重量的差。
箱体的端部设有支撑件，支撑件相对于支撑板的内侧滑动；所述支撑板顶部竖直向上设有螺栓，螺栓上套接有弹簧，支撑件套在螺栓上，支撑件的外侧壁设有弓形板，所述称重传感器设置在弓形板内，螺栓上套接有与称重传感器上表面相接触的上盖板，螺栓顶端通过螺栓定位。
该装置包括箱体1和支撑板2，箱体1和支撑板2的连接处设有测量装置3，所述的箱体1的两侧设有弓形底板36，所述的支撑板2上设有弹簧31，所述的弹簧31顶端与弓形底板36的搭边的下方相连，在搭边的上方设有螺栓33及其配套的螺帽35，所述的螺帽35和搭边37之间设有上盖板34，在上盖板34和弓形底板36之间设有称重传感器32。所述的螺栓33和配套的螺帽35结构对弹簧31进行限位。所述的支撑板2上设有两个弹簧31。
在箱体1满载物料的情况下，此时弹簧压缩量最大，调整螺帽35使称重传感器32承受预紧力，此时称重传感器信号输出为大于零的设定值；随着物料的排出，箱体1重量变轻，弹簧31产生弹力作用于称重传感器32，此时称重传感器32输出的信号可以转换出物料的实时播量和累积播量，从而实现施肥播种播量的检测。
一种施肥播种机的实时播量检测方法，主要由称重式播量检测方法、信号处理组合方法、播量闭环控制三部分构成。
下面结合附图和实施对本发明作进一步的说明。
(1)施肥播种播量检测具体实施方案
该检测装置主要由弹簧，箱体，称重传感器构成整体，处于工作状态时，弹簧始终保证最大压缩量，称重传感器一端固定在基座上，一端连接在箱体上，传感器始终受压力作用。箱体物料满载时，称重传感器受力最小，当箱体物料减少时，弹簧支撑力与箱体的重力之差增大，称重传感器受力亦增大，通过检测称重传感器压力变化，即可求得箱体流出的物料量。田间作业中，通过实时检测称重传感器的压力变化，可以计算出物料实时流量，公式：其中：ΔM-采样周期内的播撒物料质量，T-采样周期(s)，A(t)-t时刻的单片机采样值(V)，U-采样电压量程(V)，m-称重传感器量程(kg)。
(2)施肥播种播量信号处理方法具体实施方案
田间作业过程，由于振动影响和本身机械机构的动态响应特性影响，为获取平稳的测量数据，本发明提出如图2所示的信息处理组合方法，主要由三个环节组成，第一个环节设计低通滤波器，消除规律性振动(耕作机械振动)和工频干扰；第二个环节对低通滤波后的信号进行高频采集和均值滤波，用以消除随机噪声动态信号的影响；第三个环节是对均值滤波后的信号采取极点配置自适应补偿，用以改善称重系统的动态响应特性。
(3)施肥播种播量闭环控制具体实施方案
本发明提出的播量闭环控制方法如图3所示，首先实时采集施肥播种播量，经信号处理后与目标播量值比较，实时控制槽轮电机动作实现播量电机的闭环控制。
该检测装置能够实时检测施肥播种机物料实时播量和累积播量，便于施肥播种控制系统进行闭环控制，从而达到精量施肥播种，本发明提出了的新型动态称重方式及其信号处理方法，并应用该称重方式构建了闭环式施肥播种流量控制方法，使称重方式直观，而且能够消除外界干扰，称重传感器只承受播撒掉的物料重量，检测精度较高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种施肥播种机的实时播量检测装置，其特征在于，包括箱体、支撑板和测量装置，支撑板设有两个，两个支撑板分别设置在箱体两侧，测量装置设置在箱体和支撑板的连接处；测量装置包括弹簧和称重传感器，弹簧被安装至最大压缩量，弹簧的支撑力大于等于箱体满载状态下的重量，当箱体内物料减少，称重传感器受力为弹簧的支撑力与箱体重量的差。
2.根据权利要求1所述的施肥播种机的实时播量检测装置，其特征在于：所述箱体的端部设有支撑件，支撑件相对于支撑板的内侧滑动。
3.根据权利要求2所述的施肥播种机的实时播量检测装置，其特征在于：所述支撑板顶部竖直向上设有螺栓，螺栓上套接有弹簧，支撑件套在螺栓上，支撑件的外侧壁设有弓形板，所述称重传感器设置在弓形板内，螺栓上套接有与称重传感器上表面相接触的上盖板，螺栓顶端通过螺栓定位。
4.一种施肥播种机的实时播量检测方法，其特征在于，包括称重式播量检测方法、信号处理组合方法、播量闭环控制三部分，所述称重式播量检测方法是，当播种机处于工作状态时，弹簧始终保证最大压缩量，称重传感器一端固定在基座上，一端连接在箱体上，传感器始终受压力作用，箱体物料满载时，称重传感器受力最小，当箱体物料减少时，弹簧支撑力与箱体的重力之差增大，称重传感器受力亦增大，通过检测称重传感器压力变化，即可求得箱体流出的物料量，所述信息处理组合方法包括三个环节，第一个环节设有低通滤波器，消除规律性振动和工频干扰；第二个环节是对低通滤波后的信号进行高频采集；第三个环节是对均值滤波后的信号采取极点配置自适应补偿，用以改善称重系统的动态响应特性，采用播量闭环控制方法，首先实时采集施肥播种播量，经信号处理后与目标播量值比较，实时控制槽轮电机动作实现播量电机的闭环控制。
5.按照权利要求4所述的一种施肥播种机的实时播量检测方法，其特征在于：信息处理组合方法高频采集后进行均值滤波，用以消除随机噪声动态信号的影响。
6.按照权利要求4所述的施肥播种机的实时播量检测方法，其特征在于：所述田间作业中，通过实时检测称重传感器的压力变化，计算出物料实时流量。
7.按照权利要求4所述的施肥播种机的实时播量检测方法，其特征在于：所述计算公式为其中：ΔM-采样周期内的播撒物料质量，T-数据更新周期(s)，A(t)-t时刻的单片机采样值(V)，U-采样电压量程(V)，M-称重传感器量程(kg)。
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