CN108513768B - 一种自动除草及播种装置 - Google Patents

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Abstract

针对现有技术中除草机与播种机并行设置时影响种子发芽，导致部分区域无种苗的问题，本发明提供一种自动除草及播种装置，所述的单片机控制模块连接数据处理模块后采集图像采集模块采集的地面杂草密度信息，所述单片机控制模块控制电动机的转速以便控制设置有喷雾机和播种机的机架运动速度随着杂草密度变大而速度变慢，使喷雾机随着地面杂草密度增加而喷雾量增加；随后，随着所述机架的运动速度变慢使播种机随着喷雾机喷雾量增加而播种量增加。本发明能够减少除草剂对种植发芽的影响，防止出现除草剂过多的区域无种苗的情况出现。

Description

一种自动除草及播种装置
技术领域
本发明属于农业机械中的播种装置，尤其涉及一种能够根据杂草浓度对播种密度进行调整的自动除草及播种装置。
背景技术
杂草，是指生长在有害于人类生存和活动场地的植物，一般是非栽培的野生植物或对人类无碍用的植物，广义的杂草定义则是指生长在对人类活动不利或有害于生产场地的一切植物，主要为草本植物，也包括部分小灌木、蕨类及藻类，田间地头杂草的出现，无疑是农业工作者头疼的事，田地中杂草的数量若得不到有效控制，有可能会出现草荒现象，大量杂草生长在田地中，汲取田地中土壤的养分，使田地土壤肥力下降，严重影响田地中农作物的正常生长，造成农作物的减收，甚至是绝收。
现行的田间除草方式有人工除草、机械除草、化学除草、物理除草、生物除草、生态除草等；人工除草，包括手工拔草和使用简单农具除草，耗力多、工效低，不能大面积及时防除；机械除草，利用专门化设计的机械设备，将田地中的杂草进行清除，这种专门化的机械设备需要专业人员进行操作，而且效率很低，存在除草不干净的问题；化学除草，利用化学制剂进行除草，具有高效、及时、省工、经济的特点，适应现代农业生产作业，有利于促进免耕法和少耕法的应用、水稻直播栽培的实现以及密植程度与复种指数的合理提高等；然而大量使用化学物质对耕地会产生一定的影响，会影响种子的出苗。
而且，现有的播种机与除草机是分开设计的，一般需要先进行除草，再进行播种。如果仅仅采用两种设备并行设置时，虽然提升了整体的播种效率，但是除草剂又会影响种子的出苗，部分除草剂过多的区域，甚至会出现无种苗的现象，影响作物收成。
发明内容
针对现有技术中除草机与播种机并行设置时影响种子发芽，导致部分区域无种苗的问题，本发明提供一种自动除草及播种装置，其结构简单，可以根据耕地上的杂草浓度对播种密度进行调整，保证了种子出苗。
所述的一种自动除草及播种装置，包括单片机控制模块、用于采集地面杂草密度的图像采集模块、用于对传感器测量模块、图像采集模块和传感器测量模块的数据进行处理的数据处理模块、用于显示播种时间、播种面积的显示模块以及声光报警模块；还包括用于设置单片机控制模块、图像采集模块、传感器测量模块、数据处理模块显示模块、喷雾机以及播种机的机架和设置在机架上的驱动组件；所述的驱动组件包括电动机、电池以及车轮；所述的电动机驱动车轮，所述电动机电连接至单片机控制模块；所述的速度传感器可拆卸的设置在机架上并电连接至单片机控制模块；所述的图像采集模块、喷雾机以及播种机依次可拆卸的设置在机架的前进方向上；所述的传感器测量模块包括用于检测播种机的播种数量和堵塞情况的红外计数传感器和用于检测播种机移动速度的速度传感器；所述的数据处理模块将传感器测量模块采集到的检测播种机播种数量转换为单片机控制模块能够识别的数字信号；所述的单片机控制模块包括计数器和定时器；所述的显示模块包括显示器；所述的声光报警模块包括发光二极管以及蜂鸣器；所述的播种机在单位时间内的播种数量一定；所述的喷雾机在单位时间内的喷洒量一定；其技术方案在于：
所述的单片机控制模块连接数据处理模块后采集图像采集模块采集的地面杂草密度信息，所述单片机控制模块控制电动机的转速以便控制设置有喷雾机和播种机的机架运动速度随着杂草密度变大而速度变慢，使喷雾机随着地面杂草密度增加而喷雾量增加；随后，随着所述机架的运动速度变慢使播种机随着喷雾机喷雾量增加而播种量增加。
所述的单片机控制模块通过控制继电器的触点控制喷雾机的工作/停止。
所述的单片机控制模块的P0端口采集数据处理模块获得的传感器测量模块中的红外计数传感器和速度传感器检测的信号，单片机控制模块通过红外计数传感器采集播种机中下落的种子形成的脉冲信号并将所述脉冲信号的个数存储在单片机控制模块中的计数器中；同时，结合单片机控制模块中的定时器，得出播种频率，并将所述播种频率显示在显示器上显示；
当播种机在设定的时间T1内不再输出脉冲信号，则单片机控制模块判定播种机发生堵塞，发出播种故障信号；当播种机1s内的播种频率低于设定的额定频率f时，单片机控制模块判定播种机发生漏播，发出播种故障信号；所述单片机控制模块的P2端口连接显示模块，当单片机控制模块发出播种故障信号时，在显示模块中的显示器上显示故障；所述单片机控制模块的P3端口连接发光二极管以及蜂鸣器，当单片机控制模块发出播种故障信号时，单片机控制模块发出指令，所述发光二极管以及蜂鸣器开始工作。
优选的，所述的CPU模块为AT89C52。
所述的速度传感器发送检测车架的移动速度，并将所述速度发送至单片机控制模块中，单片机控制模块采集计数器中单位时间内的播种频率，利用定时器记录除草、播种的总时长T，获得总播种行进路程。
所述的数据处理模块包括放大器和电压比较器； 所述的放大器的同相端连接传感器测量模块或图像采集模块或传感器测量模块的输出端；所述放大器的反相端接地；所述放大器的输出端连接电压比较器的反相端；所述电压比较器的同相端接地；所述电压比较器的输出端连接至单片机控制模块。
再所述的单片机控制模块为STC89C52单片机。
本发明的有益效果是：本发明采用单片机控制模块采集图像采集模块中的信息，对地面的杂草密度进行检测，所述单片机控制模块控制用于喷出除草剂的喷雾机随着地面杂草密度增加而喷雾量增加；然后，所述的单片机控制模块随着地面杂草密度增加使所述喷雾量增加的区域播种量增加，减少除草剂对种植发芽的影响，防止出现除草剂过多的区域无种苗的情况出现。
附图说明
图1为本发明原理框图。
图2为本发明硬件原理框图。
图3为图2中数据处理模块原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
如图1~3，一种自动除草及播种装置，包括单片机控制模块4、用于采集地面杂草密度的图像采集模块1、用于对传感器测量模块2、图像采集模块1和传感器测量模块2的数据进行处理的数据处理模块3、用于显示播种时间、播种面积的显示模块5以及声光报警模块8；还包括用于设置单片机控制模块4、图像采集模块1、传感器测量模块2、数据处理模块3显示模块5、喷雾机6以及播种机7的机架和设置在机架上的驱动组件；所述的驱动组件包括电动机9、电池以及车轮；所述的电动机9驱动车轮，所述电动机9电连接至单片机控制模块4；所述的速度传感器202可拆卸的设置在机架上并电连接至单片机控制模块4；所述的图像采集模块1、喷雾机6以及播种机7依次可拆卸的设置在机架的前进方向上；所述的传感器测量模块2包括用于检测播种机7的播种数量和堵塞情况的红外计数传感器201和用于检测播种机7移动速度的速度传感器202；所述的数据处理模块3将传感器测量模块2采集到的检测播种机7播种数量转换为单片机控制模块4能够识别的数字信号；所述的单片机控制模块4包括计数器和计数器；所述的显示模块5包括显示器501；所述的声光报警模块8包括发光二极管801以及蜂鸣器802；所述的播种机7在单位时间内的播种数量一定；所述的喷雾机6在单位时间内的喷洒量一定；其技术方案在于：
所述的单片机控制模块4连接数据处理模块3后采集图像采集模块1采集的地面杂草密度信息，所述单片机控制模块4控制电动机9的转速以便控制设置有喷雾机6和播种机7的机架运动速度随着杂草密度变大而速度变慢，使喷雾机6随着地面杂草密度增加而喷雾量增加；随后，随着所述机架的运动速度变慢使播种机7随着喷雾机6喷雾量增加而播种量增加。
需要明确的是：所述的红外计数传感器201速度传感器202为现有技术中常见的检测元件。
需要明确的是：所述的定量的播种机7在单位时间内的播种数量一定；所述的定量的喷雾机6在单位时间内的喷洒量一定均为现有技术中常见的设备。
所述的单片机控制模块4通过控制继电器的触点控制喷雾机6的工作/停止。
需要明确的是：所述的单片机控制模块4通过控制继电器的触点闭合/开启来控制喷雾机6的工作/停止。
所述的单片机控制模块4的P0端口采集数据处理模块3获得的传感器测量模块2中的红外计数传感器201和速度传感器202检测的信号，单片机控制模块4通过红外计数传感器201采集播种机7中下落的种子形成的脉冲信号并将所述脉冲信号的个数存储在单片机控制模块4中的计数器中；同时，结合单片机控制模块4中的计数器，得出播种频率，并将所述播种频率显示在显示器501上显示；
当播种机7在设定的时间T1内不再输出脉冲信号，则单片机控制模块4判定播种机7发生堵塞，发出播种故障信号；当播种机71s内的播种频率低于设定的额定频率f时，单片机控制模块4判定播种机7发生漏播，发出播种故障信号；所述单片机控制模块4的P2端口连接显示模块5，当单片机控制模块4发出播种故障信号时，在显示模块5中的显示器501上显示故障；所述单片机控制模块4的P3端口连接发光二极管801以及蜂鸣器802，当单片机控制模块4发出播种故障信号时，单片机控制模块4发出指令，所述发光二极管801以及蜂鸣器802开始工作。
需要明确的是：发光二极管801以及蜂鸣器802与单片机控制模块4的P3.0/RXD、P3.3/INT1引脚相连。当单片机控制模块4接收不到脉冲信号，P3.2/INT0，P3.3/INT1引脚为低电平，驱动发光二极管801以及蜂鸣器802工作，报警。
需要明确的是：显示器501的输入端口分别连接单片机控制模块4中P3口的T0，T1，用于接受计数器与计数器的数据，在显示器501上显示接受数据即落种频率，作业平均速度，作业时间。
所述的速度传感器202发送检测车架的移动速度，并将所述速度发送至单片机控制模块4中，单片机控制模块4采集计数器中单位时间内的播种频率，利用计数器记录除草、播种的总时长T，获得总播种行进路程。
所述的数据处理模块3包括放大器301和电压比较器302； 所述的放大器301的同相端连接传感器测量模块2或图像采集模块1或传感器测量模块2的输出端；所述放大器301的反相端接地；所述放大器301的输出端连接电压比较器302的反相端；所述电压比较器302的同相端接地；所述电压比较器302的输出端连接至单片机控制模块4。
所述的单片机控制模块4为STC89C52单片机。
本发明的工作过程是：
步骤一：通过电源线将电平与电源模块相连，经电源模块转换成+5V工作电压，与单片机控制模块4的VCC引脚连接。
步骤二：启动图像采集模块1，对播种地面进行杂草信息采集，图像采集模块1摄取图片后，数据处理模块3通过放大器301与电压比较器302对脉冲信号的放大与整形优化，将脉冲信号发送到单片机控制模块4中进行分析，根据脉冲信号的频率高低来判定杂草浓度，脉冲信号频率越高说明杂草浓度越高。当脉冲频率高于设定的正常值，启动喷雾机6进行除草，则单片机控制模块4控制机架减慢速度，喷药量与落种量都增加，达到去除杂草与改善土地质量的目的。当脉冲信号频率低于正常值但高于设定的最小值时，启动喷雾机6进行除草，正常作业车速行驶进行喷雾及落种。当脉冲信号频率小于最小值时，则不启动喷雾机6，正常车速进行落种。
步骤三：播种机7落种的同时，播种机7排种监控系统启动，通过设置在输种管红外计数传感器201对种子下落进行检验。当种子下落时，红外计数传感器201接收到一次下落，输出高电平信号；当无种子下落时，红外计数传感器201输出低电平信号。种子下落有时间间隔，因此在正常落种的情况下，红外计数传感器201输出的信号应为脉冲信号，若不是正常的脉冲信号，则播种机发生故障，单片机控制模块4发出故障信号。
步骤四：可以采取的技术方案是：红外计数传感器201与LM358P放大器相连，LM358P放大器与计数比较器相连，之后计数比较器通过数据传输线与单片机控制模块4的P0口相连为其输送信号。通过LM358P放大器对红外计数传感器201所输出的脉冲信号进行放大，计数比较器对其进行整形优化，使输出信号更加稳定与方便单片机控制模块4检测，增加系统对落种情况检测的稳定性，抗扰性与可靠性。
步骤五：单片机控制模块4对红外计数传感器201输出的脉冲个数进行计数并通过数据处理以后，得到单位时间内的种粒下落个数，及是否发生漏播、堵塞等故障。若种粒正常下落，红外计数传感器201通过对红外计数传感器201输出的脉冲个数的计数得到单位时间内的种粒下落个数及下落速率；若播种机发生堵塞或漏播，则接收不到正常的脉冲信号，若为堵塞状态，则红外计数传感器201输出的接收到高电平信号，并驱动显示器501显示堵塞故障；若为漏播状态，则单片机控制模块4接收到低电平信号，驱动显示器501显示为漏播故障。
可以采用的技术方案是：采用定时器T0作为计数器，计数器内部时间为1S，；定时器1作为计数器，对单片机控制模块4的P3.5引脚采集到的脉冲信号进行计数操作。单片机控制模块4对数据进行处理，计算出1S内的脉冲个数，即1S内的落种数，可精确得到落种速率及落种状态，通过显示器501显示单位时间内落种数及落种速率，可检测落种情况。若符合正常预定范围的落种数，则播种机7正常工作，显示器501显示RIGHT、发光二极管801保持发光状态。若播种机7在播种过程中出现故障状态，则单片机控制模块4接收不到正常的脉冲信号；当接受的信号一直为高电平时，说明输种管发生堵塞；当接收到的信号一直为低电平时，发生排种器漏播故障。单片机控制模块4接收不到脉冲信号，P3.2/INT0，P3.3/INT1引脚为低电平，驱动声光报警模块8工作，报警。
步骤六：速度传感器202与单片机控制模块4的P0口连接，单片机控制模块4接收到速度传感器202的信号，通过显示器501显示播种机7平均行进速度。通过定时器1的计数功能，在显示模块上显示每个单位时间内的落种个数，通过计数器的定时功能，可以显示播种机7作业时长，根据平均行进速度V，播种时长t可以得到行进路程，与输入的株距数值X进行V*t*X=S计算，可以得到作业时间内的播种面积。
需要明确的是：本发明所采用的图像采集模块1包括CMOS图像传感器、图像数据处理器。其中，图像数据处理器为MV-U2000可外置便携式USB图像采集卡，采用10BIT A/D转换芯片，实用性强，采样频率更高，USB采集卡通过USB2.0总线与数据处理器连接，小巧轻便，功耗低，即插即用；由于芯片设计的改进，亚微米和深亚微米级设计增加了像素内部的新功能，CMOS芯片把图像传感器系统所需要的几乎全部捕捉技术集成到一块芯片上，极大地提高了捕捉速度，且功耗小。捕捉的视频图像和处理电路图象质量高，分辨率高，图像捕捉速度快、接口电路简单、生产成本低，且体积小，重量轻，功耗低，集成度高，价位低等优点，用CMOS图像传感器来进行图像的摄取，可以方便图像传感器的安装，减少空间占据、极大地提高了本可喷药除草精量播种机的实用性。
需要明确的是：本发明所采用的速度传感器202为A3144霍尔传感器。
需要明确的是：本发明中所述的驱动组件中的电动机9为步进电机。
以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动除草及播种装置，包括单片机控制模块（4）、用于采集地面杂草密度的图像采集模块（1）、用于对图像采集模块（1）和传感器测量模块（2）的数据进行处理的数据处理模块（3）、用于显示播种时间、播种面积的显示模块（5）以及声光报警模块（8）；还包括用于设置单片机控制模块（4）、图像采集模块（1）、传感器测量模块（2）、数据处理模块（3）、 显示模块（5）、喷雾机（6）以及播种机（7）的机架和设置在机架上的驱动组件；所述的驱动组件包括电动机（9）、电池以及车轮；所述的电动机（9）驱动车轮，所述电动机（9）电连接至单片机控制模块（4）；速度传感器（202）可拆卸的设置在机架上并电连接至单片机控制模块（4）；所述的图像采集模块（1）、喷雾机（6）以及播种机（7）依次可拆卸的设置在机架的前进方向上；所述的传感器测量模块（2）包括用于检测播种机（7）的播种数量和堵塞情况的红外计数传感器（201）和用于检测播种机（7）移动速度的速度传感器（202）；所述的速度传感器（202）发送检测车架的移动速度，并将所述速度发送至单片机控制模块（4）中，所述的数据处理模块（3）将传感器测量模块（2）采集到的检测播种机（7）播种数量转换为单片机控制模块（4）能够识别的数字信号；所述的单片机控制模块（4）包括计数器和定时器；单片机控制模块（4）采集计数器中单位时间内的播种频率，利用定时器记录除草、播种的总时长T，获得总播种行进路程，所述的显示模块（5）包括显示器（501）；所述的声光报警模块（8）包括发光二极管（801）以及蜂鸣器（802）；所述的播种机（7）在单位时间内的播种数量一定；所述的喷雾机（6）在单位时间内的喷洒量一定；其特征在于：
所述的单片机控制模块（4）连接数据处理模块（3）后采集图像采集模块（1）采集的地面杂草密度信息，所述单片机控制模块（4）控制电动机（9）的转速以便控制设置有喷雾机（6）和播种机（7）的机架运动速度随着杂草密度变大而速度变慢，使喷雾机（6）随着地面杂草密度增加而喷雾量增加；随后，随着所述机架的运动速度变慢使播种机（7）随着喷雾机（6）喷雾量增加而播种量增加。
2.根据权利要求1所述的一种自动除草及播种装置，其特征在于：所述的单片机控制模块（4）通过控制继电器的触点控制喷雾机（6）的工作/停止。
3.根据权利要求1所述的一种自动除草及播种装置，其特征在于：所述的单片机控制模块（4）的P0端口采集数据处理模块（3）获得的传感器测量模块（2）中的红外计数传感器（201）和速度传感器（202）检测的信号，单片机控制模块（4）通过红外计数传感器（201）采集播种机（7）中下落的种子形成的脉冲信号并将所述脉冲信号的个数存储在单片机控制模块（4）中的计数器中；同时，结合单片机控制模块（4）中的定时器，得出播种频率，并将所述播种频率显示在显示器（501）上显示；
当播种机（7）在设定的时间T1内不再输出脉冲信号，则单片机控制模块（4）判定播种机（7）发生堵塞，发出播种故障信号；当播种机（7）1s内的播种频率低于设定的额定频率f时，单片机控制模块（4）判定播种机（7）发生漏播，发出播种故障信号；所述单片机控制模块（4）的P2端口连接显示模块（5），当单片机控制模块（4）发出播种故障信号时，在显示模块（5）中的显示器（501）上显示故障；所述单片机控制模块（4）的P3端口连接发光二极管（801）以及蜂鸣器（802），当单片机控制模块（4）发出播种故障信号时，单片机控制模块（4）发出指令，所述发光二极管（801）以及蜂鸣器（802）开始工作。
4.根据权利要求1所述的一种自动除草及播种装置，其特征在于：所述的数据处理模块（3）包括放大器（301）和电压比较器（302）；所述的放大器（301）的同相端连接传感器测量模块（2）或图像采集模块（1）的输出端；所述放大器（301）的反相端接地；所述放大器（301）的输出端连接电压比较器（302）的反相端；所述电压比较器（302）的同相端接地；所述电压比较器（302）的输出端连接至单片机控制模块（4）。
5.根据权利要求1所述的一种自动除草及播种装置，其特征在于：所述的单片机控制模块（4）为STC89C52单片机。
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