CN108663074A - 一种基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统；控制单元通过光电旋转编码器获取电机输出轴的转速n，且采集光电旋转编码器的输出脉冲，并对电机输出轴的转速和光电旋转编码器的输出脉冲进行平滑滤波处理得到排种盘的理论脉冲频率ft和时间窗口wi，控制单元控制电机驱动器启动工作，并在所述时间窗口wi内基于对射型激光传感器接收端输出电平的变化获取排种盘的实际脉冲频率fa，再根据理论脉冲频率ft和实际脉冲频率fa的比较结果得出单位检测周期内排种盘型孔的堵塞个数xi和堵塞概率p。本发明解决了小粒径精量排种器型孔的堵塞检测的问题，为评价气力式油菜精量排种器的性能优劣提供评价基础，进而为气力式油菜精量排种器的改进设计提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及排种盘型孔堵塞检测技术领域，尤其涉及一种基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统。
背景技术
油菜是我国种植面积最大的油料作物，产量要占全国油料总产量的一半以上。目前，油菜播种仍以半机械或人工播种为主，油菜精量直播具有省工、省时、节本增效和适合机械化收获等优点，开展油菜机械化精量播种是中国油菜产业可持续发展的重要途径之一。精量排种器作为播种机的核心部件，其排种性能是评价油菜精播质量的关键。常用的精量排种器分为机械式和气力式两种，由于气力式排种器其对种子适应性强、损伤小、适宜高速作业、播种精度高等优点，在实际生产中应用更为广泛。但播种过程中由于多种故障不可避免会导致漏播。漏播是衡量排种器性能的重要指标。目前比较常用的漏播检测方式主要有光电法、压电法、计算机视觉法等，虽然漏播检测的研究较多，但鲜有针对漏播原因的研究。由于油菜种子的粒径小、流动性好、球形度高，导致排种器型孔堵塞，进而导致漏播。所以，针对排种器型孔堵塞问题，本发明提出了一种基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测方法，为精量排种器的改进设计提供依据。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统。
本发明提出的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，包括：排种盘、排种轴、电机驱动器、电机、传动机构、显示单元、激光调整单元、控制单元；
电机驱动器与电机连接用于驱动电机旋转，传动机构分别与电机输出轴和排种轴连接，电机输出轴上固定安装有光电旋转编码器，光电旋转编码器用于采集电机输出轴的转速n，显示单元与光电旋转编码器通信连接用于显示电机输出轴的转速；
排种盘过渡区两侧固定安装有对射型激光传感器，对射型激光传感器的发射端与接收端位于同一水平线上，激光调整单元用于调整对射型激光传感器发射出的激光的方向和角度，使所述激光能贯穿排种盘的一个型孔；
控制单元与电机驱动器、光电旋转编码器、对射型激光传感器通信连接；
控制单元通过光电旋转编码器获取电机输出轴的转速n，且采集光电旋转编码器的输出脉冲，并对电机输出轴的转速和光电旋转编码器的输出脉冲进行平滑滤波处理得到排种盘的理论脉冲频率ft和时间窗口wi，控制单元控制电机驱动器启动工作，并在所述时间窗口wi内基于对射型激光传感器接收端输出电平的变化获取排种盘的实际脉冲频率fa，再根据理论脉冲频率ft和实际脉冲频率fa的比较结果得出单位检测周期内排种盘型孔的堵塞个数xi和堵塞概率p。
优选地，控制单元通过下述公式得到排种盘的理论脉冲频率ft和时间窗口wi，所述公式为：
其中，n为电机输出轴的转速，Ni为单位检测周期，k为排种盘的型孔个数。
优选地，控制单元在所述时间窗口wi内基于对射型激光传感器接收端输出电平的变化获取排种盘的实际脉冲频率fa具体包括：
在时间窗口wi内对对射型激光传感器的输出脉冲的电平变化次数进行计数，并通过下述公式计算出排种盘的实际脉冲频率fa，所述公式为：
其中，t为时间窗口wi内对射型激光传感器的输出脉冲的电平变化次数。
优选地，控制单元根据下述公式得出单位检测周期内排种盘型孔的堵塞个数xi和堵塞概率p，所述公式为：
xi＝X(ft-fa)，
其中，X为单位检测周期内排种盘的旋转圈数，N为单位检测周期内的连续型孔数。
优选地，所述控制单元为ARM处理器。
优选地，所述电机为步进电机。
优选地，所述传动机构包括两个链轮和链条，两个链轮分别固定安装在电机输出轴和排种轴上，链条与两个链轮连接。
本发明提出的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，解决了小粒径精量排种器型孔的堵塞检测的问题，为评价气力式油菜精量排种器的性能优劣提供评价基础，进而为气力式油菜精量排种器的改进设计提供依据。本发明以ARM处理器为核心，基于其外部中断与定时器中断资源、光电旋转编码器来获取排种盘转速，利用对射型激光传感器得到实际脉冲频率，再将理论脉冲频率与实际脉冲频率进行比较计算，得出排种盘型孔的堵塞概率，在随排种盘转速变化而自行调整的时间窗口中对排种盘型孔的堵塞情况进行检测，提高了检测过程的精度和检测结果的有效性。
附图说明
图1为一种基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明提出的一种基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统。
参照图1，本发明提出的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，包括：排种盘、排种轴、电机驱动器2、电机3、传动机构4、显示单元7、激光调整单元、控制单元1；
电机驱动器2与电机3连接用于驱动电机3旋转，传动机构4分别与电机3输出轴和排种轴连接，电机3输出轴上固定安装有光电旋转编码器5，光电旋转编码器5用于采集电机3输出轴的转速n，显示单元7与光电旋转编码器5通信连接用于显示电机3输出轴的转速，本实施方式通过采集电机3输出轴的转速来获取排种盘的转速，从而方便基于排种盘的转速作下一步操作；
排种盘过渡区两侧固定安装有对射型激光传感器6，对射型激光传感器6的发射端与接收端位于同一水平线上，激光调整单元用于调整对射型激光传感器6发射出的激光的方向和角度，使所述激光能贯穿排种盘的一个型孔；
控制单元1与电机驱动器2、光电旋转编码器5、对射型激光传感器6通信连接；
控制单元1通过光电旋转编码器5获取电机3输出轴的转速n，且采集光电旋转编码器5的输出脉冲，并对电机3输出轴的转速和光电旋转编码器5的输出脉冲进行平滑滤波处理得到排种盘的理论脉冲频率ft和时间窗口wi，具体
通过公式得到；
其中，n为电机3输出轴的转速，Ni为单位检测周期，k为排种盘的型孔个数；
然后控制单元1控制电机驱动器2启动工作，以带动电机转动，再带动排种盘旋转，并在所述时间窗口wi内基于对射型激光传感器6接收端输出电平的变化获取排种盘的实际脉冲频率fa，此操作具体包括：
在时间窗口wi内对对射型激光传感器6的输出脉冲的电平变化次数进行计数，并通过下述公式计算出排种盘的实际脉冲频率fa，所述公式为：
其中，t为时间窗口wi内对射型激光传感器6的输出脉冲的电平变化次数。
最后控制单元1再根据理论脉冲频率ft和实际脉冲频率fa的比较结果得出单位检测周期内排种盘型孔的堵塞个数xi和堵塞概率p，控制单元1具体根据下述公式得出单位检测周期内排种盘型孔的堵塞个数xi和堵塞概率p，所述公式为：
xi＝X(ft-fa)，
其中，X为单位检测周期内排种盘的旋转圈数，N为单位检测周期内的连续型孔数。
本实施方式中，所述控制单元1为ARM处理器；所述电机3为步进电机。
本实施方式中，所述传动机构4包括两个链轮和链条，两个链轮分别固定安装在电机3输出轴和排种轴上，链条与两个链轮连接，从而使转速保持一致。
本实施方式提出的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，解决了小粒径精量排种器型孔的堵塞检测的问题，为评价气力式油菜精量排种器的性能优劣提供评价基础，进而为气力式油菜精量排种器的改进设计提供依据。本实施方式以ARM处理器为核心，基于其外部中断与定时器中断资源、光电旋转编码器5来获取排种盘转速，利用对射型激光传感器6得到实际脉冲频率，再将理论脉冲频率与实际脉冲频率进行比较计算，得出排种盘型孔的堵塞概率，在随排种盘转速变化而自行调整的时间窗口中对排种盘型孔的堵塞情况进行检测，提高了检测过程的精度和检测结果的有效性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，其特征在于，包括：排种盘、排种轴、电机驱动器(2)、电机(3)、传动机构(4)、显示单元(7)、激光调整单元、控制单元(1)；
电机驱动器(2)与电机(3)连接用于驱动电机(3)旋转，传动机构(4)分别与电机(3)输出轴和排种轴连接，电机(3)输出轴上固定安装有光电旋转编码器(5)，光电旋转编码器(5)用于采集电机(3)输出轴的转速n，显示单元(7)与光电旋转编码器(5)通信连接用于显示电机(3)输出轴的转速；
排种盘过渡区两侧固定安装有对射型激光传感器(6)，对射型激光传感器(6)的发射端与接收端位于同一水平线上，激光调整单元用于调整对射型激光传感器(6)发射出的激光的方向和角度，使所述激光能贯穿排种盘的一个型孔；
控制单元(1)与电机驱动器(2)、光电旋转编码器(5)、对射型激光传感器(6)通信连接；
控制单元(1)通过光电旋转编码器(5)获取电机(3)输出轴的转速n，且采集光电旋转编码器(5)的输出脉冲，并对电机(3)输出轴的转速和光电旋转编码器(5)的输出脉冲进行平滑滤波处理得到排种盘的理论脉冲频率ft和时间窗口wi，控制单元(1)控制电机驱动器(2)启动工作，并在所述时间窗口wi内基于对射型激光传感器(6)接收端输出电平的变化获取排种盘的实际脉冲频率fa，再根据理论脉冲频率ft和实际脉冲频率fa的比较结果得出单位检测周期内排种盘型孔的堵塞个数xi和堵塞概率p。
2.根据权利要求1所述的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，其特征在于，控制单元(1)通过下述公式得到排种盘的理论脉冲频率ft和时间窗口wi，所述公式为：
其中，n为电机(3)输出轴的转速，Ni为单位检测周期，k为排种盘的型孔个数。
3.根据权利要求2所述的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，其特征在于，控制单元(1)在所述时间窗口wi内基于对射型激光传感器(6)接收端输出电平的变化获取排种盘的实际脉冲频率fa具体包括：
在时间窗口wi内对对射型激光传感器(6)的输出脉冲的电平变化次数进行计数，并通过下述公式计算出排种盘的实际脉冲频率fa，所述公式为：
其中，t为时间窗口wi内对射型激光传感器(6)的输出脉冲的电平变化次数。
4.根据权利要求3所述的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，其特征在于，控制单元(1)根据下述公式得出单位检测周期内排种盘型孔的堵塞个数xi和堵塞概率p，所述公式为：
其中，X为单位检测周期内排种盘的旋转圈数，N为单位检测周期内的连续型孔数。
5.根据权利要求1所述的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，其特征在于，所述控制单元(1)为ARM处理器。
6.根据权利要求1所述的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，其特征在于，所述电机(3)为步进电机。
7.根据权利要求1所述的基于激光对射的排种盘型孔堵塞检测系统，其特征在于，所述传动机构(4)包括两个链轮和链条，两个链轮分别固定安装在电机(3)输出轴和排种轴上，链条与两个链轮连接。
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