CN107182385A - 一种智能精量玉米播种单体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于智能化的精量玉米播种单体，属于农业机械领域。智能精量玉米播种单体包括机械部分和监测控制部分。人机交互模块将预设株距和播深通过CAN总线模块发送给微处理控制器，微处理控制器根据预设播深、株距和速度传感器的值、导航模块采集的速度值、压力传感器的值，通过直流无刷电机、电动推杆驱动模块，分别对直流无刷电机的转速和电动推杆的伸长量进行控制，实现株距的精确控制和播深的实时控制；微处理控制器通过CAN总线模块将播种单体的实时工况发送给人机交互模块。本发明直接、有效地实现株距的精确控制和播深的实时控制，提高了播种质量和工作效率，降低了播种成本和劳动强度。
Description
技术领域
本发明属于农业机械领域，尤其涉及一种基于智能化的玉米播种单体，主要应用于农业播种作业工程中。
背景技术
播种作为农业生产过程关键环节之一，其对农作物稳产、增产有直接关系。智能精量播种技术不仅能够节省优良种子、减少田间间苗工作量，减轻农民的劳动强度，而且可以保证播种量精确、播深一致、株距均匀，使田间的亩株分配合理，有效地利用土地与阳光资源，从而保证苗齐、苗全和苗壮，达到作物稳产高产和农民增收。然而在精密播种单体实际作业过程中存在播深、株距不稳定和作业过程无法实现实时监控的问题。因此，对智能精量播种单体进行研究不仅能够提高播种机的作业质量，保证作物稳产高产，还能对提高我国农业装备的智能化和实现智能农业发展具有极其重要的意义。
目前精量播种单体有很多类型，但都是机械式播种单体，基于智能化的精量播种单体的研究较少。机械式播种单体为了实现精量播种，主要对排种器进行改进，现在使用较多的有勺轮式排种器、指甲式排种器和气吸式排种器。通过使用精密的排种器对实现精量播种有很大提升，但还是使用地轮的动力作为排种器的动力来源，由于受机械结构的限制，只能通过改变传动比实现几种特定的株距，不能实现株距的无极调节，同时由于地轮存在不可避免的打滑现象，无法从根本上解决株距精确控制的问题。机械式播种单体为了实现播深的一致，基本采用四连杆仿型结构，但是四连杆仿型结构存在不可控因素，无法从根本上解决播深的实时控制。
发明内容
为了实现玉米播种株距和播深的实时精确监测控制，本发明提出一种基于智能化的精量玉米播种单体，采用下述技术方案：
一种智能精量玉米播种单体包括：机械部分和监测控制部分；
所述机械部分包括：机架14、种子箱16、地轮安装架11、地轮10、开沟器4、四连杆机构1、排种器6和碎草辊5；
所述监测控制部分包括：速度传感器23、压力传感器12、A/D转换模块、微处理控制器、人机交互模块、电机驱动模块、电机7、电动推杆一2、电动推杆二13、电动推杆驱动模块、导航模块、电源模块、车载电瓶、CAN总线模块；
所述机架14水平设置，机架14的前端设置四连杆机构1，前下部依次设置碎草辊5和开沟器4，上端设置种子箱16；机架14的正下方设置排种器6；所述机架14后方设有地轮10，所述地轮10通过两侧的地轮安装架11下端与机架14连接；地轮安装架11和机架14之间设有电动推杆二13；
所述速度传感器23设置于地轮的一侧；所述压力传感器12设置于电动推杆二13的下部；所述电机7设置于排种器6的一侧。
在上述技术方案的基础上，所述四连杆机构1内部设有电动推杆一2，四连杆机构1上端设有连杆18。
在上述技术方案的基础上，连接套21为2个，分别位于两地轮安装架11上端的内侧。
在上述技术方案的基础上，所述电动推杆一2上端与连杆18铰接，下端通过螺栓19与四连杆机构1后端下部的横杆铰接；所述碎草辊5上端通过紧定螺钉3固定在开沟器4上；所述开沟器4上端通过螺栓17固定在机架14上；覆土器9通过螺栓8固定在开沟器4的后下部；所述电动推杆二13上部和机架14通过螺栓15铰接；所述地轮10两侧的地轮安装架11的中部通过连接架22连接；轴25穿过地轮10，通过轴承座24固定在地轮安装架11上。
在上述技术方案的基础上，所述车载电瓶通过电源模块给所有电器元件供电；所述压力传感器12用于获取地面对单体产生的压力值，并将获取的压力值通过A/D转换模块发送给所述的微处理控制器；所述速度传感器23用于获取地轮10的速度，并将获取的速度通过A/D转换模块发送给所述的微处理控制器；微处理控制器对获取的地轮10的速度、拖拉机的行驶速度和导航模块获得的导航速度进行卡尔曼滤波算法融合处理得到机具的工作速度，根据所述机具的工作速度和通过人机交互模块获得的预设株距，通过电机驱动模块控制电机7的转速，从而控制排种器6的转速；微处理控制器对获取的压力值进行去极值平均滤波法算法得到实时的播种深度，结合由人机交互模块获得的预设的播深，通过电动推杆驱动模块控制两个电动推杆的伸长量，实现对播深的实时控制；人机交互模块用于获取预设的株距和播深，并将获取的株距和播深通过CAN总线模块发送给微处理控制器，并实时显示播种单体的实时工作状况。
在上述技术方案的基础上，所述电机7为直流无刷电机。
在上述技术方案的基础上，所述导航模块为GPS或北斗。
在上述技术方案的基础上，所述人机交互模块为触摸屏。
在上述技术方案的基础上，所述人机交互模块包括ARM处理器。
在上述技术方案的基础上，所述微处理控制器包括单片机、DSP、
FPGA等嵌入式控制器。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
微处理控制器对获取的三个速度进行卡尔曼滤波算法融合处理得到机具的工作速度，根据所述机具的工作速度和通过人机交互模块获得的预设株距，通过直流无刷电机驱动模块控制直流无刷电机的转速，从而控制排种器的转速，克服以往机械式玉米播种单体由地轮作为动力源驱动排种器带来的地轮打滑，带来的株距不可控的问题，克服以往机械式玉米播种单体由传动链限制无法实现株距无极调节的问题，同时也克服传动故障的问题。该单体采用智能化的方式实现对播深的实时控制，通过采集压力传感器的值得到实时的压力值，微处理控制器根据去极值平均滤波法算法得到实时的播种深度和由人机交互模块获得的预设的播深，通过电动推杆驱动模块控制两个电动推杆的伸长量实现对播深的实时控制。该单体通过人机交互模块获得株距和播深，改变以往机械式播种单体需要人工调整传动比和深度调节装置的方式从而使获得的预设播深和株距不精确的问题。
本发明排种器的动力来源为直流无刷电机，改变了机械式播种单体采用地轮传动的方式，从而彻底地消除了由于地轮打滑导致株距不均匀的问题，同时，克服了机械式播种单体因机械机构限制不能实现株距无极调节的问题，实现了株距的无极调节；同时本发明实现了播深的实时控制，用户可以根据自己的需要设定播种深度，作业过程中可以实时监测播种深度，并且实现了对播种深度的实时控制，从而保证播种深度的一致性和准确性。本发明保证了播种质量、提高了生产效率，并且是独立的播种单体，方便安装于播种机具上。
附图说明
本发明有如下附图：
图1智能精量玉米播种单体监测控制系统原理示意图。
图2智能精量玉米播种单体立体示意图。
图3智能精量玉米播种单体主视图。
图4智能精量玉米播种单体俯视图。
图5智能精量玉米播种单体控制方案流程图。
附图标记：1四连杆机构，2电动推杆一，3紧定螺钉，4开沟器，5碎草辊，6排种器，7电机，8螺栓，9覆土器，10地轮，11地轮安装架，12压力传感器，13电动推杆二，14机架，15螺栓，16种子箱，17螺栓，18连杆，19螺栓，21连接套，22连接架，23速度传感器，24轴承座，25轴。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1-4所示，一种智能精量玉米播种单体，包括：机械部分和监测控制部分；
如图2-4所示，机械部分包括：机架14、种子箱16、地轮安装架11、地轮10、开沟器4、四连杆机构1、排种器6和碎草辊5；
如图1所示，监测控制部分包括：速度传感器23、压力传感器12、A/D转换模块、微处理控制器、人机交互模块、电机驱动模块、电机7、电动推杆一2、电动推杆二13、电动推杆驱动模块、导航模块、电源模块、车载电瓶、CAN总线模块；
如图2-4所示，机架14水平设置，机架14的前端设置四连杆机构1，前下部依次设置碎草辊5和开沟器4，上端设置种子箱16；机架14的正下方设置排种器6；机架14后方设有地轮10，地轮10通过两侧的地轮安装架11下端与机架14连接；地轮安装架11和机架14之间设有电动推杆二13；
速度传感器23设置于地轮的一侧；压力传感器12设置于电动推杆二13的下部；电机7设置于排种器6的一侧。
四连杆机构1内部设有电动推杆一2，四连杆机构1上端设有连杆18；连接套21为2个，分别位于两地轮安装架11上端的内侧。
电动推杆一2上端与连杆18铰接，下端通过螺栓19与四连杆机构1后端下部的横杆铰接；碎草辊5上端通过紧定螺钉3固定在开沟器4上；开沟器4上端通过螺栓17固定在机架14上；覆土器9通过螺栓8固定在开沟器4的后下部；电动推杆二13上部和机架14通过螺栓15铰接；地轮10两侧的地轮安装架11的中部通过连接架22连接；轴25穿过地轮10，通过轴承座24固定在地轮安装架11上。
如图1和图5所示，车载电瓶通过电源模块给所有电器元件供电；压力传感器12用于获取地面对单体产生的压力值，并将获取的压力值通过A/D转换模块发送给微处理控制器；速度传感器23用于获取地轮10的速度，并将获取的速度通过A/D转换模块发送给微处理控制器；微处理控制器对获取的地轮10的速度、拖拉机的行驶速度和导航模块获得的导航速度进行卡尔曼滤波算法融合处理得到机具的工作速度，根据机具的工作速度和通过人机交互模块获得的预设株距，通过电机驱动模块控制电机7的转速，从而控制排种器6的转速；微处理控制器对获取的压力值进行去极值平均滤波法算法得到实时的播种深度，结合由人机交互模块获得的预设的播深，通过电动推杆驱动模块控制两个电动推杆的伸长量，实现对播深的实时控制；人机交互模块用于获取预设的株距和播深，并将获取的株距和播深通过CAN总线模块发送给微处理控制器，并实时显示播种单体的实时工作状况。
电机7为直流无刷电机。
导航模块为GPS或北斗。
人机交互模块为触摸屏。
人机交互模块包括ARM处理器。
微处理控制器包括单片机、DSP、FPGA等嵌入式控制器。
需要说明的是本发明中速度传感器为多个，整机作业过程中每一个单体安装一个，拖拉机各个轮子上都安装有速度传感器，微处理控制器对多传感器速度进行融合处理，从而得到机具的作业速度。克服单一速度源速度不稳定的问题；
需要说明的是本发明的导航模块也可以获取经度纬度数据，结合已知的播种宽度可以计算播种的面积。
显然，本发明的上述实施例的原理阐述仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里没有对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种智能精量玉米播种单体，其特征在于，包括：机械部分和监测控制部分；
所述机械部分包括：机架(14)、种子箱(16)、地轮安装架(11)、地轮(10)、开沟器(4)、四连杆机构(1)、排种器(6)和碎草辊(5)；
所述监测控制部分包括：速度传感器(23)、压力传感器(12)、A/D转换模块、微处理控制器、人机交互模块、电机驱动模块、电机(7)、电动推杆一(2)、电动推杆二(13)、电动推杆驱动模块、导航模块、电源模块、车载电瓶、CAN总线模块；
所述机架(14)水平设置，机架(14)的前端设置四连杆机构(1)，前下部依次设置碎草辊(5)和开沟器(4)，上端设置种子箱(16)；机架(14)的正下方设置排种器(6)；所述机架(14)后方设有地轮(10)，所述地轮(10)通过两侧的地轮安装架(11)下端与机架(14)连接；地轮安装架(11)和机架(14)之间设有电动推杆二(13)；
所述速度传感器(23)设置于地轮的一侧；所述压力传感器(12)设置于电动推杆二(13)的下部；所述电机(7)设置于排种器(6)的一侧。
2.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于：所述四连杆机构(1)内部设有电动推杆一(2)，四连杆机构(1)上端设有连杆(18)；所述电动推杆一(2)上端与连杆(18)铰接，下端通过螺栓(19)与四连杆机构(1)后端下部的横杆铰接。
3.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于，连接套(21)为2个，分别位于两地轮安装架(11)上端的内侧。
4.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于：所述碎草辊(5)上端通过紧定螺钉(3)固定在开沟器(4)上；所述开沟器(4)上端通过螺栓(17)固定在机架(14)上；覆土器(9)通过螺栓(8)固定在开沟器(4)的后下部；所述电动推杆二(13)上部和机架(14)通过螺栓(15)铰接；所述地轮(10)两侧的地轮安装架(11)的中部通过连接架(22)连接；轴(25)穿过地轮(10)，通过轴承座(24)固定在地轮安装架(11)上。
5.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于：所述车载电瓶通过电源模块给所有电器元件供电；所述压力传感器(12)用于获取地面对单体产生的压力值，并将获取的压力值通过A/D转换模块发送给所述的微处理控制器；所述速度传感器(23)用于获取地轮(10)的速度，并将获取的速度通过A/D转换模块发送给所述的微处理控制器；微处理控制器对获取的地轮(10)的速度、拖拉机的行驶速度和导航模块获得的导航速度进行卡尔曼滤波算法融合处理得到机具的工作速度，根据所述机具的工作速度和通过人机交互模块获得的预设株距，通过电机驱动模块控制电机(7)的转速，从而控制排种器(6)的转速；微处理控制器对获取的压力值进行去极值平均滤波法算法得到实时的播种深度，结合由人机交互模块获得的预设的播深，通过电动推杆驱动模块控制两个电动推杆的伸长量，实现对播深的实时控制；人机交互模块用于获取预设的株距和播深，并将获取的株距和播深通过CAN总线模块发送给微处理控制器，并实时显示播种单体的实时工作状况。
6.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于：所述电机(7)为直流无刷电机。
7.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于：所述导航模块为GPS或北斗。
8.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于：所述人机交互模块为触摸屏。
9.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于：所述人机交互模块包括ARM处理器。
10.如权利要求1所述的智能精量玉米播种单体，其特征在于：所述微处理控制器包括单片机、DSP、FPGA嵌入式控制器。
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