CN107101842A - 移栽机的移栽性能测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移栽机的移栽性能测试方法和系统，该系统包括控制装置和安装在移栽机上的检测装置，控制装置为数据采集系统，检测装置包括微控制器和传感器，控制装置和微控制器通过无线通讯器通讯连接；传感器的数量为多个，多个传感器用于检测对秧苗进行移栽时的移栽信息；微控制器用于获取传感器检测到的移栽信息，并向控制装置发送移栽信息；控制装置在接收到移栽信息之后，根据移栽信息对移栽机的移栽性能进行分析，得到移栽性能参数，移栽性能参数包括以下至少之一：移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，移栽机移栽的秧苗的株数，移栽机移栽的秧苗的栽植深度。

Description

移栽机的移栽性能测试方法和系统

技术领域

本发明涉及农业机械领域，尤其是涉及一种移栽机的移栽性能测试方法和系统。

背景技术

我国是蔬菜生产大国，大部分蔬菜品种采用的种植方式是育苗移栽，该技术在提高作物品质等方面起着重要作用。传统的移栽方式为手动移栽方式，该移栽方式劳动强度大，作业效率低，无法进行大面积作物移栽，且难以使栽植作物株距和深度保持一致，最终会影响农作物的品质和产量。

吊杯式移栽机可以一次性完成覆膜、施肥、打穴、移栽、覆土镇压等操作，从而提高了作业效率。但是，在我国移栽机的研究尚处于发展阶段，引进和仿制国外产品不太能适应我国农作物的移栽模式，而自主开发的移栽机质量又不稳定，不能达到农业技术要求，不适合在幅员辽阔、地貌特征复杂、作物种类相对比较繁杂的地区使用。

目前针对移栽机的研究工作主要集中在移栽机具、栽植机构和投苗机构的改进与设计等方面。而对于移栽机栽植移栽性能参数的检验与评定，目前我国大多采用人工方法进行测量，测量过程耗时、工作量大、准确率低。缺少较完善的数据采集系统以及相应移栽机栽植移栽性能综合评价标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移栽机的移栽性能测试方法和系统，以解决传统的移栽机移栽性能综合评价方法效率低，且精确率低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种移栽机的移栽性能测试系统，包括：控制装置和安装在移栽机上的检测装置，所述控制装置为数据采集系统，所述检测装置包括微控制器和传感器，其中，所述控制装置和所述微控制器通过无线通讯器通讯连接；所述传感器的数量为多个，多个所述传感器用于检测所述移栽机在对秧苗进行移栽时的移栽信息；所述微控制器用于获取所述传感器检测到的所述移栽信息，并向所述控制装置发送所述移栽信息，所述微控制器的数量至少为一个，且任意一个微控制器与所述传感器中的部分传感器相连接；所述控制装置在接收到所述移栽信息之后，根据所述移栽信息对所述移栽机的移栽性能进行分析，得到移栽性能参数，其中，所述移栽性能参数包括以下至少之一：所述移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，所述移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，所述移栽机移栽的秧苗的株数，所述移栽机移栽的秧苗的栽植深度。

进一步地，所述微控制器包括：第一微控制器和第二微控制器，所述无线通讯器包括：第一XBee模块，第二XBee模块和第三XBee模块，其中，所述第一微控制器与所述第一XBee模块串口通信连接，所述第二微控制器与所述第二XBee模块串口通信连接，所述控制装置与所述第三XBee模块串口通信连接，且所述第一XBee模块和所述第二XBee模块分别与所述第三XBee模块无线通讯连接。

进一步地，所述传感器包括：第一传感器，所述第一传感器分别与所述第一微控制器和所述第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第一移栽信息，所述第一移栽信息用于确定所述移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率；第二传感器，所述第二传感器与所述第一微控制器的数据端口相连接，用于检测第二移栽信息，所述第二移栽信息用于确定所述移栽机地轮所经过地表的地表下陷量；第三传感器，所述第三传感器与所述第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第三移栽信息，所述第三移栽信息用于确定所述移栽机移栽的秧苗的株数；以及，第四传感器，所述第四传感器与所述第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第四移栽信息，所述第四移栽信息用于确定所述移栽机移栽的秧苗的栽植深度。

进一步地，所述第一传感器包括：第一霍尔转速传感器，设置于正对所述移栽机左地轮的齿轮的位置上，用于检测所述左地轮齿轮的转动齿数；第二霍尔转速传感器，设置于正对所述移栽机右地轮的齿轮的位置上，用于检测所述右地轮齿轮的转动齿数；第三霍尔转速传感器，设置于正对所述移栽机移栽盘的齿轮的位置上，用于检测所述移栽盘齿轮的转动齿数；第一激光位移传感器，设置于所述第一激光位移传感器的支架上，且与地面平行设置，用于检测所述移栽机的实际行驶位移。

进一步地，所述控制装置还用于：接收所述左地轮齿轮的转动齿数，所述右地轮齿轮的转动齿数，所述移栽盘齿轮的转动齿数和所述移栽机的实际行驶位移，并基于所述左地轮齿轮的转动齿数，所述右地轮齿轮的转动齿数，所述移栽盘齿轮的转动齿数和所述移栽机的实际行驶位移计算所述左地轮的滑移率，所述右地轮的滑移率和所述移栽盘的滑移率。

进一步地，所述第二传感器包括：第二激光位移传感器，设置于所述移栽机右地轮前方的中心位置，用于检测所述右地轮经过前，参考面距离地表的高度数据；第三激光位移传感器，设置于所述移栽机右地轮后方的中心位置，用于检测所述右地轮经过后，所述参考面距离地表的高度数据。

进一步地，所述第三传感器包括：激光对射式光电开关，设置于所述移栽机左侧覆土轮主架竖梁的连接板上，用于检测所述移栽机移栽的秧苗的株数。

进一步地，所述第四传感器包括：第一超声波测距传感器和第二超声波测距传感器，其中，所述第一超声波测距传感器和第二超声波测距传感器安装于所述移栽机左侧移栽防护板垂直于主架竖梁轴的两侧位置上，所述第一超声波测距传感器用于检测所述第一超声波测距传感器与地表面之间的第一距离；所述第二超声波测距传感器用于检测所述第二超声波测距传感器与地表面之间的第二距离。

进一步地，所述控制装置还用于：接收所述第一距离和所述第二距离，并按照公式H＝L-l计算所述移栽机移栽的秧苗的栽植深度，其中，l＝50+0.55h₁+0.45h₂，h₁为所述第一距离，h₂为所述第二距离，H为所述栽植深度，L为所述移栽机的主轴中心与吊杯杯嘴底端之间的距离，l为所述移栽机的主轴中心与地表面之间的距离。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种应用上述所述的移栽机的移栽性能测试系统的移栽机的移栽性能测试方法，包括：获取所述移栽机的移栽性能测试系统中传感器检测到的移栽信息；向所述移栽机的移栽性能测试系统中控制装置发送所述移栽信息，以使所述控制装置根据所述移栽信息对所述移栽机的移栽性能进行分析，得到移栽性能参数，其中，所述移栽性能参数包括以下至少之一：所述移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，所述移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，所述移栽机移栽的秧苗的株数，所述移栽机移栽的秧苗的栽植深度。

在本发明实施例中，采用传感器检测对秧苗进行移栽时的移栽信息；然后，将移栽信息发送至微控制器中，以使微控制器通过无线通讯器将移栽信息转发至控制装置；控制装置在接收到移栽信息之后，根据移栽信息对移栽机的移栽性能进行分析，以得到移栽机的移栽性能参数，其中，移栽性能参数包括以下至少之一：移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，移栽机移栽的秧苗的栽植深度，移栽机移栽的秧苗的株数。通过控制装置对移栽机工作过程中的栽深、植苗数、滑移率等栽植移栽性能参数进行数据采集，达到了自动对移栽机的移栽性能参数进行检测的目的，进而解决了传统的移栽机移栽性能综合评价方法效率低，且精确率低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种移栽机的移栽性能测试系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的霍尔转速传感器1与微控制器之间的连接关系的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的激光位移传感器1与微控制器之间的连接关系的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的激光对射式光电开关与微控制器之间的连接关系的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的超声波测距传感器1与微控制器之间的连接关系的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种可选的上位机LabVIEW前面板界面的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种可选的地段一滑移率曲线的示意图；

图8是根据本发明实施例的一种可选的地段二滑移率曲线的示意图；

图9是根据本发明实施例的一种可选的地段三滑移率曲线的示意图；

图10是根据本发明实施例的一种可选的激光位移传感器1所测地表高度的曲线示意图；

图11是根据本发明实施例的一种可选的激光位移传感器2所测地表高度的曲线示意图；

图12是根据本发明实施例的一种可选的右地轮行走后地表下陷量变化的曲线示意图；

图13是根据本发明实施例的一种可选的移栽钵苗栽植深度计算值的曲线示意图；

图14是根据本发明实施例的一种移栽机的移栽性能测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种移栽机的移栽性能测试系统的实施例。

图1是根据本发明实施例的一种移栽机的移栽性能测试系统的示意图，如图1所示，该移栽机的移栽性能测试系统包括：控制装置10和安装在移栽机上的检测装置20，以及无线通讯器30，其中，控制装置为数据采集系统，检测装置20包括传感器21和微控制器22，其中，控制装置10和微控制器22通过无线通讯器通讯30连接。

传感器21的数量为多个，多个传感器用于检测移栽机在对秧苗进行移栽时的移栽信息；

微控制器22用于获取传感器检测到的移栽信息，并向控制装置10发送移栽信息，微控制器22的数量至少为一个，且任意一个微控制器与传感器中的部分传感器相连接；

控制装置10在接收到移栽信息之后，根据移栽信息对移栽机的移栽性能进行分析，得到移栽性能参数，其中，移栽性能参数包括以下至少之一：移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，移栽机移栽的秧苗的株数，移栽机移栽的秧苗的栽植深度；

如图1所示，数据采集系统可以为安装有LabVIEW的PC机，也就是说，上述数据采集系统又可以称为上位机。

在本发明实施例中，采用传感器检测对秧苗进行移栽时的移栽信息；然后，将移栽信息发送至微控制器中，以使微控制器通过无线通讯器将移栽信息转发至控制装置；控制装置在接收到移栽信息之后，根据移栽信息对移栽机的移栽性能进行分析，以得到移栽机的移栽性能参数，其中，移栽性能参数包括以下至少之一：移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，移栽机移栽的秧苗的株数,移栽机移栽的秧苗的栽植深度。通过控制装置对移栽机工作过程中的栽深、植苗数、滑移率等栽植移栽性能参数进行数据采集，达到了自动对移栽机的移栽性能参数进行检测的目的，进而解决了传统的移栽机移栽性能综合评价方法效率低，且精确率低的技术问题。

在一个可选实施方式中，微控制器22包括：第一微控制器和第二微控制器，无线通讯器30包括：第一XBee模块31，第二XBee模块32和第三XBee模块33。

如图1所示，Arduino Uno开发板+I/O扩展板221即为上述第一微控制器，ArduinoUno开发板+I/O扩展板222即为上述第二微控制器。

其中，第一微控制器与第一XBee模块31串口通信连接，第二微控制器与第二XBee模块32串口通信连接，控制装置与串口通信连接，且第一XBee模块31和第二XBee模块32分别与第三XBee模块33无线通讯连接。

如图1所示，Arduino Uno开发板+I/O扩展板221与第一XBee模块31串口通信连接，Arduino Uno开发板+I/O扩展板222与第二XBee模块32串口通信连接，第三XBee模块33与控制装置10串口通信连接。其中，第一XBee模块31与第三XBee模块33无线通讯连接，第二XBee模块32与第三XBee模块33无线通讯连接。

在本发明实施例中，传感器在检测到移栽信息，并将该移栽信息发送给微控制器之后，在向控制装置10传输该移栽信息时，不需要进行多节点组网，而是选用了三个无线XBee数传模块(即，上述第一XBee模块31，第二XBee模块32和第三XBee模块33)，其中，两个(即，第一XBee模块31和第二XBee模块32)与检测装置对应的微控制器Arduino Uno进行串口通信，一个(即，第三XBee模块33)负责与上位机(即，控制装置10)中的LabVIEW串口通信。其中，上述第一XBee模块31和第二XBee模块32分别与第三XBee模块33通过XBee的AT透传模式通信即可，即第三XBee模块33以广播通信的方式发送传感器的采集命令，第一XBee模块31和第二XBee模块32接收信号，然后，对应的微控制器采集程序通过判断是否是该控制器自身I/O的采集命令，若是，则控制传感器对对应的移栽信息进行采集，并将采集到的移栽信息发送出去；若否，丢弃并等待下次上位机采集命令。

在另一个可选实施方式中，传感器21包括：第一传感器211，第二传感器212，第三传感器213和第四传感器214。

其中，第一传感器211分别与第一微控制器和第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第一移栽信息，并向第一微控制器和第二微控制器发送第一移栽信息，其中，第一移栽信息用于确定移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率；

第二传感器212与第一微控制器的数据端口相连接，用于检测第二移栽信息，并向第一微控制器发送第二移栽信息，其中，第二移栽信息用于确定移栽机地轮所经过地表的地表下陷量；

第三传感器213与第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第三移栽信息，并向第二微控制器发送第三移栽信息，其中，第三移栽信息用于确定移栽机移栽的秧苗的株数；

第四传感器214与第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第四移栽信息，并向第二微控制器发送第四移栽信息，其中，第四移栽信息用于确定移栽机移栽的秧苗的栽植深度。

可选地，第一传感器211包括：第一霍尔转速传感器，第二霍尔转速传感器，第三霍尔转速传感器和第一激光位移传感器。其中，第一霍尔转速传感器即为图1中所示的霍尔转速传感器1，第二霍尔转速传感器即为图1中所示的霍尔转速传感器2，第三霍尔转速传感器即为图1中所示的霍尔转速传感器3，第一激光位移传感器即为图1中所示的激光位移传感器1。

具体地，在执行移栽性能测试时，第一霍尔转速传感器设置于正对移栽机左地轮的齿轮的位置上，用于检测左地轮齿轮的转动齿数；

在执行移栽性能测试时，第二霍尔转速传感器设置于正对移栽机右地轮的齿轮的位置上，用于检测右地轮齿轮的转动齿数；

在执行移栽性能测试时，第三霍尔转速传感器设置于正对移栽机移栽盘的齿轮的位置上，用于检测移栽盘齿轮的转动齿数；

在执行移栽性能测试时，第一激光位移传感器设置于第一激光位移传感器(即，激光位移传感器1)的支架上，且与地面平行设置，用于检测移栽机的实际行驶位移。

需要说明的是，上述左地轮齿轮的转动齿数，右地轮齿轮的转动齿数，移栽盘齿轮的转动齿数和移栽机的实际行驶位移即为第一移栽信息。第一微控制器和第二微控制器在接收到第一移栽信息之后，分别通过第一XBee模块31和第二XBee模块32将第一移栽信息发送至控制装置10。控制装置10在接收到上述第一移栽信息之后，会对第一移栽信息进行进一步处理，进而得到用于对移栽机进行移栽性能评价的移栽性能参数(即，上述移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率)。具体的处理过程将在下述实施例中进行进一步的介绍。

可选地，第二传感器212包括：第二激光位移传感器和第三激光位移传感器。其中，第二激光位移传感器即为图1中的激光位移传感器2，第三激光位移传感器即为图1中的激光位移传感器3。

在执行移栽性能测试时，第二激光位移传感器设置于移栽机右地轮前方的中心位置，用于检测右地轮经过前，参考面距离地表的高度数据(即，图1中所示的移栽前到地表距离)；

在执行移栽性能测试时，第三激光位移传感器设置于移栽机右地轮后方的中心位置，用于检测右地轮经过后，参考面距离地表的高度数据(即，图1中所示的移栽后到地表距离)。

需要说明的是，上述右地轮所经过地表的地表下陷量(即，移栽前到地表距离与移栽后到地表距离之间的差值)为第二移栽信息。第二传感器212在检测到该第二移栽信息之后，将第二移栽信息发送至第一微控制器，接下来，第一微控制器通过第一XBee模块31将第二移栽信息发送至控制装置10中进行分析处理。控制装置10在接收到第二移栽信息之后，对第二移栽信息进行进一步处理，作为对移栽机的移栽性能进行评价的另一个移栽性能参数。

可选地，第三传感器213包括：激光对射式光电开关，在执行移栽性能测试时，激光对射式光电开关设置于移栽机左侧覆土轮主架竖梁的连接板上，用于检测移栽机移栽的秧苗的株数，其中，该株数即为上述第三移栽信息。激光对射式光电开关在检测到秧苗的株数信息之后，将秧苗的株数信息发送至第二微控制器(即，Arduino Uno开发板+I/O扩展板222)，然后，第二微控制器通过第二XBee模块32和第三XBee模块33之间的无线通讯连接，将第三移栽信息(即，秧苗的株数信息)发送至控制装置10中进行分析处理。

需要说明的是，控制装置10在接收到该秧苗的株数信息之后，不会对秧苗的株数进行进一步处理，而是将该秧苗的株数作为对移栽机的移栽性能进行评价的一个移栽性能参数。

可选地，第四传感器214包括：第一超声波测距传感器和第二超声波测距传感器。其中，第一超声波测距传感器即为图1中所示的超声波测距传感器1，第二超声波测距传感器即为图1中所示的超声波测距传感器2。

在执行移栽性能测试时，第一超声波测距传感器和第二超声波测距传感器安装于移栽机左侧移栽防护板垂直于主架竖梁轴的两侧位置上，第一超声波测距传感器用于检测第一超声波测距传感器与地表面之间的第一距离；第二超声波测距传感器用于检测第二超声波测距传感器与地表面之间的第二距离。

需要说明的是，上述第一距离和第二距离即为第四移栽信息。第四传感器214在检测到该第四移栽信息之后，将第四移栽信息发送至第二微控制器；接下来，第二微控制器通过第二XBee模块32将第四移栽信息发送至控制装置10中进行分析处理。控制装置10在接收到第四移栽信息之后，会对第四移栽信息进行进一步处理，进而得到用于对移栽机进行移栽性能评价的移栽性能参数(即，上述移栽机的栽植深度)。具体的处理过程将在下述实施例中进行进一步的介绍。

下面将结合图2至图5对本发明实施例中传感器与微控制器的连接关系进行具体介绍。

具体地，可以将超声波测距传感器和激光位移传感器接入至微控制器的模拟引脚A0-A5(也即，上述数据端口)，还可以将霍尔转速传感器和激光对射式光电开关接入至微控制器的中断口。

例如，将霍尔转速传感器1的脉冲信号输出接到Arduino Uno开发板+I/O扩展板221的中断INT0口(如图2所示)，也即数据端口D2引脚，并在Arduino IDE中编写下降沿触发计数程序。同理，将霍尔转速传感器2的脉冲信号输出接入到Arduino Uno开发板+I/O扩展板221的中断INT1口，即数据端口D3引脚，同样为下降沿计数。然后，将霍尔转速传感器3和激光对射式光电开关M18输出的数字脉冲信号接到Arduino Uno开发板+I/O扩展板222的中断INT0和INT1口(即，数据端口D2和D3)，并利用2号Uno板的两个中断口进行脉冲计数，如图4所示。对于输出模拟电压信号的超声波测距传感器与激光位移传感器，只需将信号输出接入到相应的微控制器的模拟引脚(A0-A5)即可。例如，如图3所示，将激光位移传感器1的输出接入到Arduino Uno开发板+I/O扩展板221的A3引脚，将激光位移传感器2与激光位移传感器3分别接入到Arduino Uno开发板+I/O扩展板221模拟引脚A4和模拟引脚A5。同样将超声波测距传感器1和超声波测距传感器2的模拟信号输出引脚接入到Arduino Uno开发板+I/O扩展板222的A0引脚和A1引脚。

由于激光位移传感器与超声波测距传感器工作电压均为DC24V，因此，在选择供电电源时，选择独立的24V电瓶进行供电，而上述微控制器的工作电压为DC 5-12V，故选则由电源逆变器通过降压模块得到的DC 9V供电；而霍尔转速传感器与激光对射式光电开关的接收器工作电压范围为DC 4V-24V，为了简化电路连接，选择DC 9V通过由微控制器的I/O扩展板输出的5V供电。此外，对于无线XBee模块的DC 3.3V可由与其相连的微控制器通过XBee扩展板得到。

在另一个可选实施方式中，控制装置10又可以称为上位机，检测装置20又可以称为下位机。下面将具体介绍该上位机和下位机的通信原理。

该上位机和下位机采用仪器控制类型的串口通信方式，由上位机中的LabVIEW软件发送一个通信握手信号；然后，下位机做出回应，如果握手成功，随后下位机再发送上位机需要采集的数据指令，上位机读取出来，完成一次通信。移栽机的移栽性能测试系统的上位机发送握手采集命令定义为三个字节，前两个字节为0x55FF，后一个字节为采集命令，根据传感器不同采集命令字节不同的原则，上述第一传感器至第四传感器中的9个传感器的采集命令字节分别分配为0x10-0x90。

整个下位机的工作流程是：移栽机的移栽性能测试系统上电启动，微控制器首先初始化内部寄存器和内部电路，定义变量、传感器信号引脚、数组，完成串口初始化等操作。然后，进入主循环程序，不断检测串口是否收到上位机发送来的采集命令。若收到，控制传感器采集数据，由于霍尔转速传感器与激光对射式光电开关都是输出数字脉冲方波信号，因此，采集程序利用输出信号引脚的下降沿有效，触发中断计数的原理进行编写，而输出模拟信号的超声波测距与激光位移传感器的采集程序则利用定时读取微控制器模拟I/O口进行编程。

上位机利用Labview中的VISA模块进行编程开发，工作流程、程序面板界面及串口通信配置参见图6。上位机的数据采集模块包括对串口发送采集命令以及进行读等操作。串口读操作要注意串口读字节数，为避免遗漏下位机发送来的数据，要通过串口VISA资源线创建串口字节数的属性节点来控制读取的串口实际字节数。由于要针对多传感器进行数据采集，为保证数据传输的正确性，采用握手(应答)模式进行数据采集。

具体地，控制各个传感器数据采集的命令如下：

霍尔转速传感器1—0x55FF10；霍尔转速传感器2—0x55FF20；激光位移传感器1—0x55FF30；激光位移传感器2—0x55FF40；激光位移传感器3—0x55FF50；激光对射式光电开关—0x55FF60；霍尔转速传感器3—x55FF70；超声波测距传感器1—0x55FF80；超声波测距传感器2—0x55FF90。

上位机的采集数据处理部分通过读取串口缓冲区的数据，通过分数/指数字符串至数值转化函数将下位机传输来的字符串数据转化为相应数值，再利用公式节点与局部变量方式以及传感器标定得到的拟合关系式换算为相应的被测物理量。

本发明实施例所提供的移栽机的移栽性能测试系统借助LABVIEW强大的数据显示功能，通过波形图表的形式显示测试数据和分析数据的结果，以直观地显示被测对象的工作状态和变化趋势。优选地，移栽机的移栽性能测试系统主要是利用波形图表和数值输出控件对采集、处理的数据进行显示。

下面将具体介绍控制装置10(也即，上位机)根据移栽信息对移栽机的移栽性能进行分析，得到移栽性能参数。

移栽性能参数一、移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率

移栽机在执行移栽作业时，为保证栽植质量，常常要求其地轮发生的滑移最小，即地轮理论行驶距离与实际行驶距离最接近。因此，为了得到左、右地轮与移栽盘的瞬时滑移率ε，需进行移栽机实际行驶位移的测量。上位机的位移模块编程原理是通过串口将激光位移传感器1的输出信号值读取出来，根据传感器标定得到的拟合关系式以及移栽机开始行走时激光位移传感器1已有位移量得到移栽机实际行走时位移量(即，实际行驶位移)。

利用霍尔转速传感器1至霍尔转速传感器3对所述左、右地轮与移栽盘上齿轮的齿数进行计数，得到左地轮的齿轮的转动齿数，右地轮的齿轮的转动齿数和移栽盘的齿轮的转动齿数。

上位机在获取到左地轮的齿轮的转动齿数，右地轮的齿轮的转动齿数和移栽盘的齿轮的转动齿数之后，就可以根据上述转动齿数和激光位移传感器1所测位移量确定移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率。具体地，确定左地轮和右地轮，以及确定移栽盘的滑移率的过程相同，下面以确定左地轮的滑移率为例进行说明。

通过数学关系N_转＝N_齿/齿轮齿数确定左地轮的转动圈数，其中，N_转为左地轮的转动圈数；N_齿为安装于左地轮轴上齿轮的转动齿数。

接下来通过公式S_左＝2πR_左×N_转确定左地轮的实际行驶距离，式中，S_左为左地轮的实际行驶距离；R_左为左地轮的半径。

在相等运动时间的前提条件下，利用滑移率的计算公式计算左地轮的滑移率：其中，S_实栽机实际行驶位移，ε_左为左地轮的瞬时滑移率。

移栽性能参数二、移栽机地轮所经过地表的地表下陷量

将两个量程为1000mm激光位移传感器(即，激光位移传感器2和激光位移传感器3)安装于右地轮前后的中心位置，当移栽机工作时，进行右地轮经过前后地表下陷量的测量。其中，激光位移传感器2测量右地轮经过前参考面据地表的高度数据，激光位移传感器3测量右地轮行走过后参考面据地表的高度数据。

在测量得到两个高度数据之后，就可以将两个高度数据发送至控制装置10(即，上位机)中进行分析处理，进而，得到移栽机右地轮所经过地表的地表下陷量。

移栽性能参数三、移栽机移栽的秧苗的株数

秧苗的株数是指移栽过程中成功移栽的秧苗株数，是利用激光对射式光电开关遇到障碍物阻挡发射器发射出光束时，接收器会输出一个脉冲信号的原理来实现对移栽钵苗计数的功能。

移栽性能参数四、移栽机移栽的秧苗的栽植深度

秧苗的栽植深度是指从秧苗与覆土表面交点到秧苗根部的垂直距离。移栽机的移栽性能测试系统的栽植深度是利用两个安装于移栽主轴的相对位置的超声波测距传感器(即，超声波测距传感器1和超声波测距传感器2)间接测量得到的。

其中，常量的定义如下：β为移栽机执行作业时，移栽机横梁的倾斜角度；h₁为超声波测距传感器1所测地表距离(即，第一距离)；h₂为超声波测距传感器2所测地表距离(即，第二距离)；l₁为超声波测距传感器1的支架顶端中心距主轴中心的长度值，l₂为超声波测距传感器2的支架顶端中心距主轴中心的长度值，其中，l₁和l₂的取值为常量，分别为：l₁＝380mm，l₂＝460mm；x₁为超声波测距传感器1支架顶端距主轴中心的垂直距离值；x₂为超声波测距传感器2支架顶端距主轴中心的垂直距离值；h为移栽机执行作业时，移栽机的主轴中心至地表面的距离；L为移栽机的主轴中心与吊杯杯嘴底端之间的距离，其中，L＝425mm；H为栽植深度。

其中，上述常量满足下述公式：x₁＝h₁-h+50和公式x₂＝h-h₂-50。进一步地，由以上公式可以得到公式：h＝50+0.55h₁+0.45h₂。

其中，栽植深度H＝L-h，故根据超声波测距传感器1和超声波测距传感器2所测地表距离可计算得到栽植深度H。

需要说明的是，上述栽植深度计算部分是通过串口读取超声波测距传感器1和超声波测距传感器2距地表距离值，然后，利用移栽秧苗计数值的改变来触发栽植深度子程序的运行，这样可避免在没有栽苗的情况下，系统程序仍然计算栽植深度的问题。

基于本发明实施例提供的移栽机的移栽性能测试系统，发明人对其进行了实验验证，验证过程描述如下：

为验证本发明提供的移栽机的移栽性能测试系统的技术效果，进行了吊杯式移栽机田间试验验证，试验选取五个长度为20m地段进行系统验证。在布置好传感器和数据采集系统后，调节移栽机栽植深度部件，使栽深范围为60-80mm。

霍尔转速传感器1至霍尔转速传感器3用于移栽左右地轮、移栽盘主轴转数测量，分别安装在正对移栽机左右地轮以及移栽盘轴上齿轮的位置。

激光位移传感器1用于测移栽机的实际行走位移，安装于激光对射式光电开关支架上且平行于地面位置处。

激光位移传感器2安装于右地轮前方中心位置，激光位移传感器3安装于右地轮后方中心位置。

激光对射式光电开关用于对移栽秧苗株数检测，安装于移栽机左侧覆土轮主架竖梁连接板位置。

超声波测距传感器1和超声波测距传感器2用于进行秧苗栽植深度的间接测量，分别安装在移栽机左侧移栽防护板垂直于主架竖梁轴的两侧位置。

输出24V、6A直流电源与采集传输系统试验台布置在移栽机主架横梁上。

GPS速度测试仪布置于座椅上，并加有相应的防震措施，并设置行走位移值为20m。这样可进行对比GPS测量移栽机行走位移值与激光位移传感器1测量的位移值。

接有XBee无线通讯模块(即，上述第三XBee无线通讯模块)的上位机部分置于远离移栽机作业且地势相对平坦的地方，方便现场人员操作。所有系统硬件布置好后，进行系统调试，直至整个采集系统调试成功，开始田间移栽试验。

表1

表2

转数/r	地段一	地段二	地段三	地段四	地段五
						人工测量	9	9	10	10	9
系统测量	8.89	9.21	10.18	10.09	9.28

(1)转数与滑移率数据分析

参见表1、表2，以某一地段为例，采用本发明提供的移栽机的移栽性能测试系统测量左右地轮、移栽盘齿轮的转动齿数及其滑移率比人工测量方式精度更高。即本发明实施例提供的移栽机的移栽性能测试系统测量值可精确到百分位，而人工测量只能近似取其整数值。表1为地段一右地轮人工测量转数与本发明提供的移栽机的移栽性能测试系统测量转数对比结果。表2为五个地段右地轮人工测量转数与本发明实施例提供的移栽机的移栽性能测试系统测量转数对比结果。

通过对左右地轮、移栽盘齿轮的转动齿数进行处理，可顺利得到左右地轮、移栽盘的平均滑移率，其中，地段一的滑移率曲线如图7所示，地段二的滑移率曲线如图8所示，地段三的滑移率曲线如图9所示。通过观测栽植地表，发现此三地段左地轮行走地表土壤较松软，从而引起其平均滑移较右地轮与移栽盘的大。

(2)地表下陷量分析

本发明实施例提供的移栽机的移栽性能测试系统中，由激光位移传感器2、激光位移传感器3测得地表高低变化数据，进而绘制地表高低变化曲线，如图10和图11所示。由于激光位移传感器安装于移栽机右地轮前后中心位置，其中，激光位移传感器2测得右地轮行走前的地表高度值，激光位移传感器3测得行走过后土壤被右地轮压实后的地表高度值。故激光位移传感器2与激光位移传感器3所测地表高度曲线的变化趋势相仿，符合实际移栽前后地表高度变化情况。此外，通过对激光位移传感器所采集数据进行适当运算，也可得到右地轮行走过后的地表下陷量值，下陷量变化曲线参见图12。

(3)秧苗计数与栽植深度数据分析

根据超声波测距传感器所测数据，某一地段移栽秧苗对应栽植深度参见图13，成功采集到的20株秧苗平均栽植深度为77.85mm，介于60mm-80mm之间。

综上，在本发明实施例提供的移栽机的移栽性能测试系统中，包括多种传感器、微控制器、XBee无线通讯模块以及上位机，通过该系统能够成功地完成移栽机栽植特性参数的确定，例如：左、右地轮与移栽盘主轴转数、地表下陷量值、栽植秧苗数量等的实时采集、传输、显示与存储。在发明实施例中，借助了无线通讯模块实现移栽机在工作过程中数据的采集与传输，其方法可行、无需布线，相对于传统人工测量的方式，不仅省时、省力，而且节约了成本。

实施例二

本发明实施例还提供了一种移栽机的移栽性能测试方法，该移栽机的移栽性能测试方法应用上述实施例一中描述的移栽机的移栽性能测试系统，以下对本发明实施例提供的移栽机的移栽性能测试方法做具体介绍。

图14是根据本发明实施例的一种移栽机的移栽性能测试方法的流程图，如图14所示，该移栽机的移栽性能测试方法包括如下步骤：

步骤S1402，获取移栽机的移栽性能测试系统中传感器检测到的移栽信息；

具体地，移栽信息包括第一移栽信息，第二移栽信息，第三移栽信息和第四移栽信息，其中，分别由第一传感器，第二传感器，第三传感器和第四传感器测量得到。

步骤S1404，向移栽机的移栽性能测试系统中控制装置发送移栽信息，以使控制装置根据移栽信息对移栽机的移栽性能进行分析，得到移栽性能参数，其中，移栽性能参数包括以下至少之一：移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，移栽机移栽的秧苗的株数，移栽机移栽的秧苗的栽植深度。

控制装置10可以为安装有LabVIEW的PC机，也就是说，上述控制装置10又可以称为上位机。

具体地，上位机根据第一移栽信息，第二移栽信息，第三移栽信息和第四移栽信息确定移栽性能参数的过程已在上述实施例一中进行描述，对此不再具体赘述。

在本发明实施例中，采用传感器检测对秧苗进行移栽时的移栽信息；然后，将移栽信息发送至微控制器中，以使微控制器通过无线通讯器将移栽信息转发至控制装置；控制装置在接收到移栽信息之后，根据移栽信息对移栽机的移栽性能进行分析，以得到移栽机的移栽性能参数，其中，移栽性能参数包括以下至少之一：移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，移栽机移栽的秧苗的株数，移栽机移栽的秧苗的栽植深度。通过控制装置对移栽机工作过程中的栽深、植苗数、滑移率等栽植移栽性能参数进行数据采集，达到了自动对移栽机的移栽性能参数进行检测的目的，进而解决了传统的移栽机移栽性能综合评价方法效率低，且精确率低的技术问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种移栽机的移栽性能测试系统，其特征在于，包括：控制装置和安装在移栽机上的检测装置，所述控制装置为数据采集系统，所述检测装置包括微控制器和传感器，其中，所述控制装置和所述微控制器通过无线通讯器通讯连接；

所述传感器的数量为多个，多个所述传感器用于检测所述移栽机在对秧苗进行移栽时的移栽信息；

所述微控制器用于获取所述传感器检测到的所述移栽信息，并向所述控制装置发送所述移栽信息，所述微控制器的数量至少为一个，且任意一个微控制器与所述传感器中的部分传感器相连接；

所述控制装置在接收到所述移栽信息之后，根据所述移栽信息对所述移栽机的移栽性能进行分析，得到移栽性能参数，其中，所述移栽性能参数包括以下至少之一：所述移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，所述移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，所述移栽机移栽的秧苗的株数，所述移栽机移栽的秧苗的栽植深度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器包括：第一微控制器和第二微控制器，所述无线通讯器包括：第一XBee模块，第二XBee模块和第三XBee模块，

其中，所述第一微控制器与所述第一XBee模块串口通信连接，所述第二微控制器与所述第二XBee模块串口通信连接，所述控制装置与所述第三XBee模块串口通信连接，且所述第一XBee模块和所述第二XBee模块分别与所述第三XBee模块无线通讯连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感器包括：

第一传感器，所述第一传感器分别与所述第一微控制器和所述第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第一移栽信息，所述第一移栽信息用于确定所述移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率；

第二传感器，所述第二传感器与所述第一微控制器的数据端口相连接，用于检测第二移栽信息，所述第二移栽信息用于确定所述移栽机地轮所经过地表的地表下陷量；

第三传感器，所述第三传感器与所述第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第三移栽信息，所述第三移栽信息用于确定所述移栽机移栽的秧苗的株数；

第四传感器，所述第四传感器与所述第二微控制器的数据端口相连接，用于检测第四移栽信息，所述第四移栽信息用于确定所述移栽机移栽的秧苗的栽植深度。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一传感器包括：

第一霍尔转速传感器，设置于正对所述移栽机左地轮的齿轮的位置上，用于检测所述左地轮齿轮的转动齿数；

第二霍尔转速传感器，设置于正对所述移栽机右地轮的齿轮的位置上，用于检测所述右地轮齿轮的转动齿数；

第三霍尔转速传感器，设置于正对所述移栽机移栽盘的齿轮的位置上，用于检测所述移栽盘齿轮的转动齿数；

第一激光位移传感器，设置于所述第一激光位移传感器的支架上，且与地面平行设置，用于检测所述移栽机的实际行驶位移。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制装置还用于：

接收所述左地轮齿轮的转动齿数，所述右地轮齿轮的转动齿数，所述移栽盘齿轮的转动齿数和所述移栽机的实际行驶位移，并基于所述左地轮齿轮的转动齿数，所述右地轮齿轮的转动齿数，所述移栽盘齿轮的转动齿数和所述移栽机的实际行驶位移计算所述左地轮的滑移率，所述右地轮的滑移率和所述移栽盘的滑移率。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二传感器包括：

第二激光位移传感器，设置于所述移栽机右地轮前方的中心位置，用于检测所述右地轮经过前，参考面距离地表的高度数据；

第三激光位移传感器，设置于所述移栽机右地轮后方的中心位置，用于检测所述右地轮经过后，所述参考面距离地表的高度数据。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第三传感器包括：

激光对射式光电开关，设置于所述移栽机左侧覆土轮主架竖梁的连接板上，用于检测所述移栽机移栽的秧苗的株数。

8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第四传感器包括：

第一超声波测距传感器和第二超声波测距传感器，其中，所述第一超声波测距传感器和第二超声波测距传感器安装于所述移栽机左侧移栽防护板垂直于主架竖梁轴的两侧位置上，

所述第一超声波测距传感器用于检测所述第一超声波测距传感器与地表面之间的第一距离；

所述第二超声波测距传感器用于检测所述第二超声波测距传感器与地表面之间的第二距离。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制装置还用于：

接收所述第一距离和所述第二距离，并按照公式H＝L-l计算所述移栽机移栽的秧苗的栽植深度，其中，l＝50+0.55h₁+0.45h₂，h₁为所述第一距离，h₂为所述第二距离，H为所述栽植深度，L为所述移栽机的主轴中心与吊杯杯嘴底端之间的距离，l为所述移栽机的主轴中心与地表面之间的距离。

10.一种应用上述权利要求1至9中任一项所述的移栽机的移栽性能测试系统的移栽机的移栽性能测试方法，其特征在于，包括：

获取所述移栽机的移栽性能测试系统中传感器检测到的移栽信息；

向所述移栽机的移栽性能测试系统中控制装置发送所述移栽信息，以使所述控制装置根据所述移栽信息对所述移栽机的移栽性能进行分析，得到移栽性能参数，其中，所述移栽性能参数包括以下至少之一：所述移栽机地轮和移栽机移栽盘的滑移率，所述移栽机地轮所经过地表的地表下陷量，所述移栽机移栽的秧苗的株数，所述移栽机移栽的秧苗的栽植深度。