CN107278434A - 一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业播种设备领域，公开了一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，包括机架、输送装置、供种装置、匀种装置、检测装置、调控装置和控制器，播种后秧盘经检测装置，触发图像采集模块上触发器，启动摄像头进行图像采集；图像处理分析模块对采集后数据处理分析，得到播种性能数据，并将性能数据传送到调控装置，调控装置对比处理当前播种性能数据与预设播种性能数据；若两者差值超出规定范围，则对供种装置播种轴转速和匀种装置的振动参数进行调整，实现供种量变化，达到较佳的匀种性能，实时保证播种量在恒定范围内，达到智能恒量精密播种的目的。本发明依据“闭环反馈控制”思想设计，该装置同样适用于蔬菜、花卉等作物的秧盘育秧播种。

Description

一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置

技术领域

本发明涉及农业播种设备领域，涉及农业装备的智能控制技术。尤其是指一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置。

背景技术

在工厂化育秧技术领域中，目前国外用于水稻、蔬菜、花卉等作物的秧盘育秧播种流水线已有多种。国外欧美，澳大利亚等国家，有B1ackmore System、Marksman等机型，其作业质量较好，功能全，自动化程度也较高；亚洲的秧盘育秧流水线也较多，像日本的井关、久保田、日清和三菱等株式会社都有自己的育秧播种设备，其工艺精湛、自动化程度高，但价格昂贵；但在智能化方面，如反馈检测、智能恒量播种等核心技术上还有待进一步研发。国内从20世纪80年代开始，对工厂化育秧设备进行研制，国内的育秧播种设备主要多用于大播量的穴播或撒播；目前国内外的播种装置，大都是采用“开环控制”系统，即不能对秧盘中的播种质量进行在线检测并及时反馈到播种控制机构上，无法实现准确调控、恒定播种量。

另外，我国目前杂交稻种植面积占水稻种植面积的50％，约1500万公顷。现有的国内水稻育秧播种设备主要适应常规稻的大播量的穴播或撒播。杂交稻因具有超强的分蘖能力，育秧播种时通常要求低播量、精密育秧，要实时保证2-3粒/穴(格)。但因水稻种子要催芽后才进行播种；播种期间种芽长度、种子含水量和种子尺寸都会发生变化，影响播种性能，上述水稻播种设备不能很好地适用于杂交稻的育秧播种。因此，有必要在播种过程中对每个秧盘中的穴(格)播种量进行精确检测，及时发现播种状态的变化，为后续调控播种量或补种工作提供依据，以保证秧盘上每穴(格)的种子数保持一致，实现水稻智能精密恒量播种作业。

发明内容

本发明的目的在于针对上述的问题，设计一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，实现对播种机的播种质量进行在线检测，并根据检测结果对播种机构进行控制，对播种性能进行优化，达到恒量播种的目的。

本发明的目的可采用以下技术方案来实现：一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，该装置包括机架和安装于机架上的输送装置、供种装置、匀种装置、检测装置、调控装置和控制器，所述输送装置上设有秧盘，所述供种装置和匀种装置设于输送装置的首端，所述检测装置和调控装置设于所述输送装置的尾端，所述秧盘依次通过供种装置、匀种装置、检测装置和调控装置；所述控制器的检测输入端通过调控装置与所述检测装置的输出端连接，所述控制器的输出端与所述供种装置、匀种装置和输送装置的输入端连接；所述调控装置接收检测装置的数据并与预设的数据进行分析比较而发送信号到控制器，控制器控制供种装置和匀种装置的工作状态。工作时，播种后的秧盘经过检测装置，检测装置对秧盘进行图像采集以及处理分析，得到播种性能数据，并将性能数据传送到调控装置，调控装置对比处理当前播种性能数据与预设播种性能数据；若两者的性能数据差值超出规定范围，调控装置将信号输出给控制器，控制器控制供种装置的供种量和匀种装置的播种均匀性。

进一步地，所述检测装置为立方体结构，包括箱体和设于箱体内的控制芯片、图像采集触发器、摄像头、图像采集模块、图像处理分析模块和照明装置，所述控制芯片通过图像处理分析模块与所述图像采集模块电连接，所述图像采集触发器受秧盘的触发而发送控制信号触发摄像头工作，所述图像采集模块的输入端与所述摄像头的输出端连接而将摄像头拍摄的秧盘的图像数据传送到图像采集模块上；所述控制芯片的输出端与所述调控装置的输入端连接；所述照明装置照射于秧盘上而为摄像头拍照提供相应的照明需要。

所述照明装置上还增设有用于调节照明均匀性的匀光装置，以及用于调节亮度的电流调节装置，所述匀光装置和电流调节装置控制照明装置而为检测装置提供达到图像采集需求的光线要求。

进一步地，所述输送装置包括输送带、主动滚筒、从动滚筒和第一电机，所述主动滚筒和从动滚筒分别可旋转安装于所述机架的两端，所述第一电机的输出轴与所述主动滚筒固定连接，所述输送带套设于所述主动滚筒和从动滚筒上而在主动滚筒的驱动下旋转运动；所述第一电机与控制器电连接。

进一步地，所述供种装置包括储种箱、播种轴和第二电机，所述第二电机与所述播种轴固定连接，且第二电机与控制器电连接；所述储种箱内储存有种子，且其壁上开有出料口，所述播种轴可旋转安装于出口料上，播种轴与出口料之间具有可供种子流出的间隙，所述种子在播种轴的旋转驱动下通过间隙输出而控制种子流速和数量。

进一步地，所述匀种装置包括振动器，振盘和用于调节振动器振幅的旋钮，所述振盘设于供种装置的出料口下方而承接出料口流出的种子，所述振盘与振动器固定连接，所述振动器与控制器电连接。

进一步地，所述检测装置对秧盘进行图像采集以及处理分析，得到播种性能数据；所述播种性能数据包括当前秧盘的平均种子量、穴(格)的合格率、空穴(格)率、穴(格)的变异系数，以及秧盘两侧穴(格)合格率的对比率和穴(格)的变异系数。检测装置将播种性能数据传送给调控模块，调控模块对比处理当前播种性能数据与预先设定的播种性能数据；若两者差值超出规定范围，调控模块控制播种轴的转速大小，改变供种量，达到供种量适宜和秧盘空穴(格)率小的最佳供种效果；并且调控模块控制振动器及调节旋钮，达到完整秧盘内种子均匀分布的最佳匀种效果。

进一步地，所述摄像头通过滑动机构可滑动安装于箱体上，且所述摄像头通过旋转机构可旋转安装于箱体上；通过滑动机构和旋转机构调节摄像头的高低位置和旋转角度，使摄像头的位置能够满足图像采集的要求。

作为一种优选的方案，所述机架上还设有显示屏和键盘，所述显示屏的输入端与检测装置的输出端连接，所述键盘的输出端与控制器和显示屏的输入端连接。

作为一种优选的方案，所述控制器为嵌入式计算机，在线动态检测连续输送的播种秧盘、形成“闭环反馈控制系统、适用于蔬菜、花卉等的秧盘育秧播种流水线。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明的控制器通过调控装置和检测装置对输送的秧盘的播种情况进行在线动态实时检测，实现对每个秧盘中播种量的精密检测，统计播种性能参数。并且将检测后的数据在调控装置中预设的数据进行分析对比，形成相应的播种量调控反馈信号，然后将对比后的信号发送到控制器上，控制器控制供种装置和匀种装置保持或改变工作状态，控制供种量和匀种量，形成“闭环反馈控制系统”，实现了播种量的精确检测与恒量播种，具有实时检测、闭环反馈调节和调节准确的特点。

2、本发明在工作时，图像采集模块输出控制信号到摄像头，触发摄像头对流过箱体内的秧盘进行拍摄，以获取秧盘内播种后的种子图像。然后将获得的图像发送到图像处理分析模块而得到当前播种的数据，并将此数据传送到调控装置上进行分析对比，从而实时且准确地获得当前秧盘的平均种子量、穴(格)的合格率、空穴(格)率、穴(格)的变异系数，秧盘两侧穴(格)合格率的对比率和穴(格)的变异系数。并将这些性能数据发送到调控装置上并通过与预设的播种数据进行对比分析，若不符合所需的较佳播种数据区间要求，将通过控制器对供种装置的播种速度和/或匀种装置上的振动频率进行有效调控，实时保证播种量和均匀度在恒定要求范围，达到智能恒量播种的目的。

3、本装置采用嵌入式计算机，在线动态检测连续输送的播种秧盘，实现对每个秧盘中播种量的精密检测，适用于蔬菜和花卉等的秧盘育秧播种流水线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置的结构示意图；

图2是本发明水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置的供种装置和匀种装置的内部结构示意图；

图3是本发明水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置的闭环控制的回路示意图；

图4是本发明水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置的控制流程框图。

1-机架，2-输送装置，3-供种装置，4-匀种装置，5-检测装置，6-调控装置，10-秧盘，31-储种箱，32-播种轴，33-第二电机，311-出口料，41-振动器，42-振盘，43-旋钮，51-箱体，52-摄像头。

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。

实施例

参照图1至图3，本实施例涉及水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，该装置包括机架1和安装于机架1上的输送装置2、供种装置3、匀种装置4、检测装置5、调控装置6和控制器，所述输送装置2上设有秧盘10，所述供种装置3和匀种装置4设于输送装置2的首端，所述检测装置5和调控装置6设于所述输送装置2的尾端，所述秧盘10依次通过供种装置3、匀种装置4、检测装置5和调控装置6；所述控制器的检测输入端通过调控装置6与所述检测装置5的输出端连接，所述控制器的输出端与所述供种装置3、匀种装置4和输送装置2的输入端连接；所述调控装置6接收检测装置5的数据并与预设的数据进行分析比较后发送信号到控制器，控制器控制供种装置3和匀种装置4的工作状态。如图1、图3和图4所示，工作时，播种后的秧盘10经过检测装置5，检测装置5对秧盘10进行图像采集以及处理分析，得到播种性能数据，并将性能数据传送到调控装置6，调控装置6对比处理当前播种性能数据与预设播种性能数据；若两者的性能数据差值超出规定范围，调控装置6将信号输出给控制器，控制器控制供种装置3的供种量和匀种装置4的播种均匀性。(具体实施例子中应该重点阐明：具体是对供种机构中播种轴的转速进行调整，实现供种量变化，达到最佳供种性能，同时调整匀种机构上振动器及调节旋钮实现振动参数变化，达到最佳匀种性能。

所述检测装置5包括箱体51和设于箱体51上的控制芯片、图像采集触发器、摄像头52、图像采集模块、图像处理分析模块和照明装置，所述控制芯片通过图像处理分析模块与所述图像采集模块电连接，所述图像采集触发器受秧盘的触发而发送控制信号启动摄像头52工作，所述图像采集模块的输入端与所述摄像头52的输出端连接而将摄像头52拍摄的秧盘10的图像数据传送到图像采集模块上；所述控制芯片的输出端与所述调控装置6的输入端连接；所述照明装置照射于秧盘10上而为摄像头52拍照提供相应的亮度。更佳的，所述照明装置上还增设有用于调节照明均匀性的匀光装置，以及用于调节时时亮度的电流调节装置，所述匀光装置和电流调节装置控制照明装置而为检测装置内提供达到图像采集需求的光线要求。

照明装置为摄像头52拍摄提供合适的光照亮度，使得摄像头52能清晰地当前秧盘10内播种后的种子图像。

控制器通过调控装置6和检测装置5对输送的秧盘10的播种情况进行在线动态实时检测，实现对每个秧盘10中播种量的精密检测，统计播种性能参数。并且将检测后的数据在调控装置6中预设的数据进行分析对比，形成相应的播种量调控反馈信号，然后将对比后的信号发送到控制器上，控制器控制供种装置3和匀种装置4保持或改变工作状态，控制播种量，形成“闭环反馈控制系统”，实现了播种量的精确检测与恒量播种。

如图1和图3所示，在工作时，图像采集模块输出控制信号到摄像头52，触发摄像头52对流过箱体51内的秧盘10进行拍摄，以获取秧盘10内播种后的种子图像。然后将获得的图像发送到图像处理分析模块而得到当前播种的数据，并将此数据传送到调控装置6上进行分析对比，从而实时且准确地获得当前秧盘10的平均种子量、穴(格)的合格率、空穴(格)率、穴(格)的变异系数，秧盘10两侧穴(格)合格率的对比率和穴(格)的变异系数。并将这些数据发送到调控装置6上并通过与预设的播种数据进行对比分析，若不符合所需的播种数据区间要求，将通过控制器对供种装置3的播种速度和/或匀种装置4上的振动频率进行有效调控，实时保证播种量和均匀度在恒定要求范围，达到智能恒量播种的目的。

所述输送装置2包括输送带、主动滚筒、从动滚筒和第一电机，所述主动滚筒和从动滚筒分别可旋转安装于所述机架1的两端，所述第一电机的输出轴与所述主动滚筒固定连接，所述输送带套设于所述主动滚筒和从动滚筒上而在主动滚筒的驱动下旋转运动；所述第一电机与控制器电连接。输送带在主动滚筒和从动滚筒的张紧作用下，第一电机驱动主动滚筒转动而使得主动滚筒驱动输送带旋转，进而带动从动滚筒转动。在输送带的连续运输下，实现流水线式、连续且大批量地对秧盘10进行播种的目的，提高秧盘10播种的效率。

如图2所示，所述供种装置3包括储种箱31、播种轴32和第二电机33，所述第二电机33与所述播种轴32固定连接，且第二电机33与控制器电连接；所述储种箱31内储存有种子，且其壁上开有出料口311，所述播种轴32可旋转安装于出口料311上，播种轴32与出口料311之间具有可供种子流出的间隙，所述种子在播种轴32的旋转驱动下通过间隙输出而控制种子流出的速度和数量。储种箱31内的种子在流到间隙处时受播种轴32的限制，种子无法顺畅地流出间隙，通过调节播种轴32的转动速度可以调节种子的流速和流量。控制器在接收到调控装置6的信号后通过控制播种轴32的转速可以调节播种的数量。

所述匀种装置4包括振动器41，振盘42和用于调节振动器41振幅的旋钮43，所述振盘42设于供种装置3的出料口311下方而承接出料口311流出的种子，所述振盘42与振动器41固定连接，所述振动器41与控制器电连接。从间隙流出的种子掉落到振盘42上，通过振盘42的振动作下而流到秧盘10上，因此，根据需要通过旋钮43可调节振动器41的工作状态可以调节振盘42的振动幅度和频率，使得种子能均匀地洒落到秧盘10上。

所述检测装置5对秧盘10进行图像采集以及处理分析，得到播种性能数据；所述播种性能数据包括当前秧盘的平均种子量、穴(格)的合格率、空穴(格)率、穴(格)的变异系数，以及秧盘两侧穴(格)合格率的对比率和穴(格)的变异系数。检测装置5将播种性能数据传送给调控模块6，调控模块6对比处理当前播种性能数据与预先设定的播种性能数据；若两者差值超出规定范围，调控模块6控制播种轴32的转速大小，改变供种量，达到供种量适宜和秧盘10空穴(格)率小的最佳供种效果；并且调控模块6控制振动器41及调节旋钮43，达到完整秧盘10内种子均匀分布的最佳匀种效果。

所述摄像头52通过滑动机构可滑动安装于箱体51上，且所述摄像头52通过旋转机构可旋转安装于箱体51上。通过滑动机构可以调节摄像头52在箱体51上的高度，而通过旋转机构可以调节摄像头52的角度，从而摄像头52能以合适的高度和角度照射到秧盘10上，进而使得摄像头52能清晰地当前秧盘10内播种后的种子图像。

所述机架1上还设有显示屏和键盘，所述显示屏的输入端与检测装置5的输出端连接，所述键盘的输出端与控制器和显示屏的输入端连接。通过显示屏可以实时反映播种作业时，当前秧盘10的平均种子量、穴(格)的合格率、空穴(格)率、穴(格)的变异系数，以及秧盘10两侧穴(格)合格率的对比率和穴(格)的变异系数等。通过键盘可以设置恒量播种时每个秧盘10要求的播种情况并通过显示屏进行显示。本装置采用嵌入式计算机，在线动态检测连续输送的播种秧盘，实现对每个秧盘中播种量的精密检测。检测成像后，系统可统计播种性能参数，根据检测出的播种性能的变化和具体信息，形成相应的播种量调控反馈信号，控制播种量，形成“闭环反馈控制系统”，实现了播种量的精确检测与恒量播种，适用于蔬菜、花卉等的秧盘育秧播种流水线。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：该装置包括机架和安装于机架上的输送装置、供种装置、匀种装置、检测装置、调控装置和控制器，所述输送装置上设有秧盘，所述供种装置和匀种装置设于输送装置的首端，所述检测装置和调控装置设于所述输送装置的尾端，所述秧盘依次通过供种装置、匀种装置、检测装置和调控装置；所述控制器的检测输入端通过调控装置与所述检测装置的输出端连接，所述控制器的输出端与所述供种装置、匀种装置和输送装置的输入端连接；所述调控装置接收检测装置的数据并与预设的数据进行分析比较而发送信号到控制器，控制器控制供种装置和匀种装置的工作状态。工作时，播种后的秧盘经过检测装置，检测装置对秧盘进行图像采集以及处理分析，得到播种性能数据，并将性能数据传送到调控装置，调控装置对比处理当前播种性能数据与预设播种性能数据；若两者的性能数据差值超出规定范围，调控装置将信号输出给控制器，控制器控制供种装置的供种量和匀种装置的播种均匀性。

2.根据权利要求1所述的一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：所述检测装置为立方体结构，包括箱体和设于箱体内的控制芯片、图像采集触发器、摄像头、图像采集模块、图像处理分析模块和照明装置，所述控制芯片通过图像处理分析模块与所述图像采集模块电连接，所述图像采集触发器受秧盘的触发而发送控制信号启动摄像头工作，所述图像采集模块的输入端与所述摄像头的输出端连接而将摄像头拍摄的秧盘的图像数据传送到图像采集模块上；所述控制芯片的输出端与所述调控装置的输入端连接；所述照明装置照射于秧盘上而为摄像头拍照提供相应的照明需要。；

所述照明装置上还增设有用于调节照明均匀性的匀光装置，以及用于调节亮度的电流调节装置，所述匀光装置和电流调节装置控制照明装置而为检测装置提供达到图像采集需求的光线要求。

3.根据权利要求1所述的一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：所述输送装置包括输送带、主动滚筒、从动滚筒和第一电机，所述主动滚筒和从动滚筒分别可旋转安装于所述机架的两端，所述第一电机的输出轴与所述主动滚筒固定连接，所述输送带套设于所述主动滚筒和从动滚筒上而在主动滚筒的驱动下旋转运动；所述第一电机与控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：所述供种装置包括储种箱、播种轴和第二电机，所述第二电机与所述播种轴固定连接，且第二电机与控制器电连接；所述储种箱内储存有种子，且其壁上开有出料口，所述播种轴可旋转安装于出口料上，播种轴与出口料之间具有可供种子流出的间隙，所述种子在播种轴的旋转驱动下通过间隙输出而控制种子流速和数量。

5.根据权利要求4所述的一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：所述匀种装置包括振动器，振盘和用于调节振动器振幅的旋钮，所述振盘设于供种装置的出料口下方而承接出料口流出的种子，所述振盘与振动器固定连接，所述振动器与控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：所述检测装置对秧盘进行图像采集以及处理分析，得到播种性能数据；所述播种性能数据包括当前秧盘的平均种子量、穴(格)的合格率、空穴(格)率、穴(格)的变异系数，以及秧盘两侧穴(格)合格率的对比率和穴(格)的变异系数。检测装置将播种性能数据传送给调控模块，调控模块对比处理当前播种性能数据与预先设定的播种性能数据；若两者差值超出规定范围，调控模块控制播种轴的转速大小，改变供种量，达到供种量适宜和秧盘空穴(格)率小的最佳供种效果；并且调控模块控制振动器及调节旋钮，达到完整秧盘内种子均匀分布的最佳匀种效果。

7.根据权利要求2所述的一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：所述摄像头通过滑动机构可滑动安装于箱体上，且所述摄像头通过旋转机构可旋转安装于箱体上；通过滑动机构和旋转机构调节摄像头的高低位置和旋转角度，使摄像头的位置能够满足图像采集的要求。

8.根据权利要求1所述的一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：所述机架上还设有显示屏和键盘，所述显示屏的输入端与检测装置的输出端连接，所述键盘的输出端与控制器和显示屏的输入端连接。

9.根据权利要求1至8任一所述的一种水稻秧盘育秧智能恒量精密播种装置，其特征在于：所述控制器为嵌入式计算机，在线动态检测连续输送的播种秧盘、形成“闭环反馈控制系统、适用于蔬菜、花卉等的秧盘育秧播种流水线。