CN108781657B - 一种马铃薯播种机及其漏播检测方法和检测装置 - Google Patents

Abstract

一种马铃薯播种机及其漏播检测方法和检测装置，该马铃薯播种机包括漏播检测装置，该装置包括：车载终端、参考电容传感器、检测电容传感器、速度采集模块和前进速度传感器。安装在地轮上的速度传感器获取地轮转速信号，速度采集模块采集所述地轮转速信号并传输给车载终端；参考电容传感器采集未载种链勺的感应电容信息并传输给所述车载终端；检测电容传感器采集载种链勺的感应电容信息并传输给车载终端；车载终端根据所述地轮转速信息、未载种链勺的感应电容信息和载种链勺的感应电容信息，得到所述检测电容传感器的信号脉冲的峰值间隔时间T；当T≤1.5t时，判定为正常播种；当T>1.5t时，判定为漏播，t为所述排种勺链的相邻链勺通过同一位置的运动间隔时间。

Description

一种马铃薯播种机及其漏播检测方法和检测装置

技术领域

本发明涉及一种精密播种机在线监测装置及方法，特别是一种马铃薯精量播种机漏播检测方法及检测装置。

背景技术

马铃薯已成为世界上继水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食作物。我国已成为马铃薯生产和消费的第一大国。随着马铃薯种植规模的不断扩大，马铃薯的播种机械化程度也在逐步提高。在马铃薯机械播种作业过程中受到取种方式的限制，播种过程中很容易出现漏播情况，以常用的勺链式排种器为例，其漏播率达到20％。目前主要依靠人工方法检查漏种并采取人工补种方式，劳动强度大，效率低，严重影响马铃薯机械化作业的发展。因此，如何快速准确地检测马铃薯的漏播，成为急需解决的问题。

目前针对马铃薯漏播检测，一些科研人员也开展了相应的探索研究。甘肃农业大学孙伟等采用小磁钢和霍尔传感器构成定位模块，由1个红外发射二极管和4个红外接收二极管组成测薯模块，当4个接收管同时接收到信号，系统判断为漏播，并启动补种模块，完成补种工作。公开号为CN105284226的中国发明专利公开了一种马铃薯漏播检测装置和一种马铃薯播种装置，在排种勺运转的最高点处安装接近开关，在其下端安装对射式光电传感器，当种薯运动到顶端时，触发接近开关和光电传感器信号，通过比较这两个信号，确定是否存在漏播。现有的马铃薯播种机漏播检测方法基本均为光电式传感器，这种检测方法在用于田间作业时，由于灰尘较大，很容易覆盖在检测用传感器表面，导致传感器无法正常工作，从而影响检测效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电容测量原理的马铃薯播种机及其漏播检测方法和检测装置，以实现马铃薯漏播的监测和报警，提高马铃薯播种作业质量和效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种马铃薯播种机漏播检测方法，其中，包括以下步骤：

S100、获取地轮转速信息，牵引马铃薯播种机前进，安装在所述马铃薯播种机的地轮上的速度传感器获取地轮转速信号，速度采集模块采集所述地轮转速信号并传输给车载终端；

S200、采集未载种链勺的感应电容信息，所述地轮驱动所述马铃薯播种机的排种勺链运转经过参考电容传感器，所述参考电容传感器的调理电路将部分未载种的链勺的感应电容信息传输给所述车载终端；

S300、采集载种链勺的感应电容信息，所述排种勺链运动至所述马铃薯播种机的取种箱，完成取种工作，检测电容传感器的信号调理电路将所述载种链勺的感应电容信息传输给车载终端；

S400、计算检测电容传感器的信号脉冲，所述车载终端根据所述地轮转速信息、未载种链勺的感应电容信息和载种链勺的感应电容信息，进行漏播检测差分运算，得到所述检测电容传感器的信号脉冲的峰值间隔时间；

S500、漏播判断，当T≤1.5t时，判定为正常播种；当T＞1.5t时，判定为漏播；其中，T为相邻两个所述信号脉冲的峰值间隔时间，t为所述排种勺链的相邻链勺通过同一位置的运动间隔时间。

上述的马铃薯播种机漏播检测方法，其中，还包括：

S600、漏播报警，当存在漏播时，所述车载终端根据判定结果驱动报警器进行声光报警以提醒漏播。

上述的马铃薯播种机漏播检测方法，其中，所述运动间隔时间t采用如下公式计算：

所述车载终端根据所述地轮的前进速度v，得到所述排种勺链的链轮运动速度v′：

v′＝kv

其中，v′为链轮运动速度；v为所述地轮的前进速度；k为与所述地轮的传动比相关的比例系数；

所述排种勺链的相邻链勺的间距为d，则所述相邻链勺通过同一位置的运动间隔时间t为：

上述的马铃薯播种机漏播检测方法，其中，所述车载终端实时进行漏播检测差分运算获取差分电容信息后，利用谱分析算法得到所述相邻两个信号脉冲的峰值间隔时间T。

上述的马铃薯播种机漏播检测方法，其中，所述谱分析算法如下：

S401、假设传感器的差值信号C(t)，首先定义上升增量Δ_up，和下降增量Δ_down；

S402、从数据C[1]处开始扫描，同时更新数据最小值C_min＝min(C[1],C[2]),…,C[i_s])，并逐点判断后续数据，寻找比C_min上升了Δ_up的数据点，该数据点位置标记为i_s，求取

S403、继续扫描后续数据，并更新最大数据值C_max＝max(C[i_s],C[i_s+1],…,C[i_max])，逐点判断后续数据，寻找比C_max下降了Δ_down的数据点，该数据点位置标记为i_L，求取

S404、如果存在同时满足条件式(1)和(2)的数据最大值点C[i_L]，则记录所述数据最大值点C[i_L]的数据值和位置值(C[i_L],i_L)为对应的电容峰值数据和峰值位置；

S405、返回步骤S402，从C[i_L+1]点开始继续进行下一次扫描，直到找到下一个电容峰值数据和峰值位置(C[i_K]，i_K)；

S406、将两个所述峰值位置值相减得到峰值间距d：d＝i_k-i_L+1；

S407、设定采样时间为T_s，得到所述相邻两个信号脉冲的峰值间隔时间T：T＝d*T_s。

上述的马铃薯播种机漏播检测方法，其中，所述参考电容传感器安装在所述取种箱的下方，所述检测电容传感器安装在所述取种箱的上部。

上述的马铃薯播种机漏播检测方法，其中，所述参考电容传感器与所述检测电容传感器的结构相同且信号调理电路一致，所述参考电容传感器与所述检测电容传感器的传感器极板长度均小于两个相邻所述链勺的间隔距离。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种马铃薯播种机漏播检测装置，其中，所述漏播检测装置包括：

车载终端，设置在所述马铃薯播种机的驾驶室内；

参考电容传感器，相对于所述马铃薯播种机的排种勺链设置在所述马铃薯播种机的取种箱下方，并与所述车载终端连接；

检测电容传感器，相对于所述排种勺链设置在所述取种箱上部，并与所述车载终端连接；

速度采集模块，安装在所述马铃薯播种机的机架上，并与所述车载终端连接；以及

前进速度传感器，设置在所述马铃薯播种机的地轮上，并与所述速度采集模块连接。

上述的马铃薯播种机漏播检测装置，其中，还包括报警器，与所述车载终端连接。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种马铃薯播种机，其中，包括上述的漏播检测装置，并采用上述的漏播检测方法进行漏播检测。

本发明的技术效果在于：

与现有技术相比，本发明采用电容传感器本身具有很好的抗尘性能，适于田间高尘环境；另外本发明采用差分形式电容检测原理，从根本上解决了田间尘土对光电测量的干扰影响，有效削弱了振动、电磁等外界干扰对检测信号的影响，提高了马铃薯漏播检测的准确性。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的漏播检测方法及检测装置工作原理图；

图2为本发明一实施例的马铃薯播种机结构示意图。

其中，附图标记

1 取种箱

2 参考电容传感器

3 检测电容传感器

4 排种勺链

5 报警器

6 速度采集模块

7 车载终端

8 前进速度传感器

9 地轮

10 CAN总线

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1及图2，图1为本发明的漏播检测方法及检测装置工作原理图，图2为本发明一实施例的马铃薯播种机结构示意图。本发明的马铃薯播种机，包括漏播检测装置，该漏播检测装置采用如下的漏播检测方法进行漏播检测。因该马铃薯播种机的其他部分组成、结构、相互位置关系、连接关系及其功用等均为较成熟的现有技术，故在此不做赘述，下面仅对本发明的漏播检测装置及其检测方法予以详细说明。

本发明的漏播检测装置包括：车载终端7，设置在所述马铃薯播种机的驾驶室内；参考电容传感器2，相对于所述马铃薯播种机的排种勺链4设置在所述马铃薯播种机的取种箱1下方，并与所述车载终端7连接；检测电容传感器3，相对于所述排种勺链4设置在所述取种箱1上部，并与所述车载终端7连接；速度采集模块6，安装在所述马铃薯播种机的机架上，并与所述车载终端7连接；以及前进速度传感器8，设置在所述马铃薯播种机的地轮9上，并与所述速度采集模块6连接。本实施例中，还包括报警器5，与所述车载终端7连接。

其中参考电容传感器2与检测电容传感器3结构完全相同且信号调理电路一致，所述参考电容传感器2与所述检测电容传感器3的传感器极板长度均小于两个相邻所述链勺的间隔距离。电容传感器包括绝缘支撑框架、传感极板、信号调理电路和CAN通信接口等。参考电容传感器2安装于取种箱1下方，用于检测空种链轮通过传感器的信号；检测电容传感器3安装于种箱上部，用于检测带种链轮通过传感器的信号；前进速度传感器8安装于地轮9上，速度采集模块6、车载终端7和报警器5均可安装在马铃薯播种机的驾驶室内。

本发明的漏播检测方法，包括以下步骤：

步骤S100、获取地轮9转速信息，拖拉机牵引马铃薯播种机前进，安装在所述马铃薯播种机的地轮9上的速度传感器获取地轮9转速信号，速度采集模块6采集所述地轮9转速信号并通过CAN总线10传输给车载终端7；

步骤S200、采集未载种链勺的感应电容信息，所述地轮9驱动所述马铃薯播种机的排种勺链4运转经过参考电容传感器2，所述参考电容传感器2的调理电路将部分未载种的链勺的感应电容信息通过CAN总线10传输给所述车载终端7；

步骤S300、采集载种链勺的感应电容信息，所述排种勺链4运动至所述马铃薯播种机的取种箱1，完成取种工作，载种的链勺通过检测电容传感器3，检测电容传感器3的信号调理电路将所述载种链勺的感应电容信息通过CAN总线10传输给车载终端7；

步骤S400、计算检测电容传感器3的信号脉冲，车载终端7接收前进速度传感器8信息后，终端开始进行漏播检测运算。所述车载终端7根据所述地轮9转速信息、未载种链勺的感应电容信息和载种链勺的感应电容信息，进行漏播检测差分运算，得到所述检测电容传感器3的信号脉冲的峰值间隔时间。当空种时，链轮通过检测电容传感器3时，两传感器的差值电容基本为0；而当有种时，检测电容传感器3的电容信息明显大于参考电容传感器2的电容信息，此时两传感器的差值电容明显变大，随着种薯离开检测电容传感器3，两传感器差值电容重新变为0，也就是说，当种薯通过检测电容传感器3时，差值电容会形成一个信号脉冲；考虑到田间作业过程中，受到环境温度、机械振动等因素影响，若采用单个传感器时，其信号会受到这些因素干扰，给测量带来不利影响。因此，通过设置两个电容传感器，构成差分形式，来消除干扰。

马铃薯播种机在工作时，主动轮顺时针转动，排种勺链4带动链勺由下向上运动。其中检测电容传感器3安装在种箱上部，链勺在通过取种箱1时，链勺搅动取种箱1内的薯种，舀取薯块并携带种薯通过检测电容传感器3，传感器检测到的信息包含种薯和链勺；种薯在到达主动轮顶端后，链勺方向向下，种薯脱落，进入导种管。参考电容传感器2安装在取种箱1下部，链勺在运行到此位置时，已完成排种并不携带种薯，此时通过参考电容传感器2，传感器检测到的信息仅有链勺，不包括种薯。在采集时，两个电容传感器的信号调理电路作为系统中的CAN节点，具有不同的节点地址，发送电容信息的同时其地址信息也一起发送，终端采集时根据这两个节点地址来区分两个传感器的电容信号。通过CAN总线10接收到两个传感器实时电容值，这里分别定义t时刻检测传感器的电容为C₁(t)、参考电容传感器2输出电容为C₂(t)，则两个传感器在t时刻的差分值为：

C(t)＝|C₁(t)-C₂(t)|

步骤S500、漏播判断，当T≤1.5t时，判定为正常播种；当T＞1.5t时，判定为漏播；其中，T为相邻两个所述信号脉冲的峰值间隔时间，t为所述排种勺链4的相邻链勺通过同一位置的运动间隔时间。

该漏播检测方法还课包括：

步骤S600、漏播报警，当存在漏播时，所述车载终端7根据判定结果驱动报警器5进行声光报警以提醒漏播。

本实施例中，所述运动间隔时间t采用如下公式计算：

所述车载终端7根据所述地轮9的前进速度v，得到所述排种勺链4的链轮运动速度v′：

v′＝kv

其中，v′为链轮运动速度，m/s；v为所述地轮9的前进速度，m/s；k为与所述地轮9的传动比相关的比例系数；

所述排种勺链4的相邻链勺的间距为d，单位：cm，则所述相邻链勺通过同一位置的运动间隔时间t为，单位s：

所述车载终端7实时进行漏播检测差分运算获取差分电容信息后，利用谱分析算法得到所述相邻两个信号脉冲的峰值间隔时间T，单位s，当满足T≤1.5t时，系统判定为正常播种；当满足T＞1.5t时，系统判定为漏播。所述谱分析算法如下：

由于所安装的参考电容与检测电容传感器3结构尺寸完全一致，其基础电容也相同。在播种作业时，当载有种薯的链勺通过检测电容传感器3时，其输出电容信号会明显大于参考电容传感器2的输出信号(无论何时，都仅有链勺通过)，两个传感器的差值会出现明显的波峰，一旦载有种薯的链勺离开检测电容传感器3后，其输出电容与参考电容传感器2的输出电容信号基本一致(都只有链勺通过)，也就是说当链勺准确取到种薯后，两个电容信号的差值会形成脉冲波峰，而没有取种，则差值基本为0。

这里假设传感器的差值信号C(t)，其基本原理如下：

步骤S401、假设传感器的差值信号C(t)，首先定义上升增量Δ_up，和下降增量Δ_down；

步骤S402、从数据C[1]处开始扫描，同时更新数据最小值C_min＝min(C[1],C[2]),…,C[i_s])，并逐点判断后续数据，寻找比C_min上升了Δ_up的数据点，该数据点位置标记为i_s，求取

步骤S403、继续扫描后续数据，并更新最大数据值C_max＝max(C[i_s],C[i_s+1],…,C[i_max])，逐点判断后续数据，寻找比C_max下降了Δ_down的数据点，该数据点位置标记为i_L，求取

步骤S404、如果存在同时满足条件式(1)和(2)的数据最大值点C[i_L]，则记录所述数据最大值点C[i_L]的数据值和位置值(C[i_L],i_L)为对应的电容峰值数据和峰值位置；

步骤S405、返回步骤S402，从C[i_L+1]点开始继续进行下一次扫描，直到找到下一个电容峰值数据和峰值位置(C[i_K]，i_K)；

步骤S406、将两个所述峰值位置值相减得到峰值间距d：d＝i_k-i_L+1；

步骤S407、设定采样时间为T_s，得到所述相邻两个信号脉冲的峰值间隔时间T：T＝d*T_s。

马铃薯播种机在田间进行正常播种作业，车载终端7通过速度采集模块6及前进速度传感器8，得到机具前进速度，当车速大于0时，系统进入漏播检测进程。播种机地轮9驱动排种勺链4工作，部分未载种的链勺通过参考电容传感器2；同时部分链勺经过取种箱1时，完成取种，载种链勺通过检测电容传感器3；车载终端7通过CAN总线10获取检测电容传感器3的实时电容信息，并计算差值电容，利用谱分析算法对差值电容进行处理，得到相邻两个信号脉冲的峰值间隔时间T；车载终端7根据机具前进速度和链勺间距，计算相邻链勺的运动间隔时间t，若T≤1.5t，则正常播种；若T＞1.5t则为漏播，此时终端驱动报警器5进行声光报警，提示漏播。

本发明采用差分形式电容检测原理，从根本上解决了田间尘土对光电测量的干扰影响，有效削弱了振动、电磁等外界干扰对检测信号的影响，提高了马铃薯漏播检测的准确性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种马铃薯播种机漏播检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、获取地轮转速信息，牵引马铃薯播种机前进，安装在所述马铃薯播种机的地轮上的速度传感器获取地轮转速信号，速度采集模块采集所述地轮转速信号并传输给车载终端；

S200、采集未载种链勺的感应电容信息，所述地轮驱动所述马铃薯播种机的排种勺链运转经过参考电容传感器，所述参考电容传感器的调理电路将部分未载种的链勺的感应电容信息传输给所述车载终端；

S300、采集载种链勺的感应电容信息，所述排种勺链运动至所述马铃薯播种机的取种箱，完成取种工作，检测电容传感器的信号调理电路将所述载种链勺的感应电容信息传输给车载终端；

S400、计算检测电容传感器的信号脉冲，所述车载终端根据所述地轮转速信息、未载种链勺的感应电容信息和载种链勺的感应电容信息，进行漏播检测差分运算，得到所述检测电容传感器的信号脉冲的峰值间隔时间；

S500、漏播判断，当T≤1.5t时，判定为正常播种；当T＞1.5t时，判定为漏播；其中，T为相邻两个所述信号脉冲的峰值间隔时间，t为所述排种勺链的相邻链勺通过同一位置的运动间隔时间；

其中，所述车载终端实时进行漏播检测差分运算获取差分电容信息后，利用谱分析算法得到所述相邻两个信号脉冲的峰值间隔时间T；

所述谱分析算法如下：

S401、假设传感器的差值信号C(t)，首先定义上升增量Δ_up，和下降增量Δ_down；

S402、从数据C[1]处开始扫描，同时更新数据最小值C_min＝min(C[1],C[2]),…,C[i_s])，并逐点判断后续数据，寻找比C_min上升了Δ_up的数据点，该数据点位置标记为i_s，求取

S403、继续扫描后续数据，并更新最大数据值C_max＝max(C[i_s],C[i_s+1],…,C[i_max])，逐点判断后续数据，寻找比C_max下降了Δ_down的数据点，该数据点位置标记为i_L，求取

S404、如果存在同时满足条件式(1)和(2)的数据最大值点C[i_L]，则记录所述数据最大值点C[i_L]的数据值和位置值(C[i_L],i_L)为对应的电容峰值数据和峰值位置；

S405、返回步骤S402，从C[i_L+1]点开始继续进行下一次扫描，直到找到下一个电容峰值数据和峰值位置(C[i_K]，i_K)；

S406、将两个所述峰值位置值相减得到峰值间距d：d＝i_k-i_L+1；

S407、设定采样时间为T_s，得到所述相邻两个信号脉冲的峰值间隔时间T：T＝d*T_s。

2.如权利要求1所述的马铃薯播种机漏播检测方法，其特征在于，还包括：

S600、漏播报警，当存在漏播时，所述车载终端根据判定结果驱动报警器进行声光报警以提醒漏播。

3.如权利要求1或2所述的马铃薯播种机漏播检测方法，其特征在于，所述运动间隔时间t采用如下公式计算：

所述车载终端根据所述地轮的前进速度v，得到所述排种勺链的链轮运动速度v′：

v′＝kv

其中，v′为链轮运动速度；v为所述地轮的前进速度；k为与所述地轮的传动比相关的比例系数；

所述排种勺链的相邻链勺的间距为d，则所述相邻链勺通过同一位置的运动间隔时间t为：

4.如权利要求1或2所述的马铃薯播种机漏播检测方法，其特征在于，所述参考电容传感器安装在所述取种箱的下方，所述检测电容传感器安装在所述取种箱的上部。

5.如权利要求4所述的马铃薯播种机漏播检测方法，其特征在于，所述参考电容传感器与所述检测电容传感器的结构相同且信号调理电路一致，所述参考电容传感器与所述检测电容传感器的传感器极板长度均小于两个相邻所述链勺的间隔距离。

6.一种马铃薯播种机漏播检测装置，其特征在于，采用上述权利要求1-5中任意一项所述的马铃薯播种机漏播检测方法进行漏播检测，所述漏播检测装置包括：

车载终端，设置在所述马铃薯播种机的驾驶室内；

参考电容传感器，相对于所述马铃薯播种机的排种勺链设置在所述马铃薯播种机的取种箱下方，并与所述车载终端连接；

检测电容传感器，相对于所述排种勺链设置在所述取种箱上部，并与所述车载终端连接；

速度采集模块，安装在所述马铃薯播种机的机架上，并与所述车载终端连接；以及

前进速度传感器，设置在所述马铃薯播种机的地轮上，并与所述速度采集模块连接。

7.如权利要求6所述的马铃薯播种机漏播检测装置，其特征在于，还包括报警器，与所述车载终端连接。

8.一种马铃薯播种机，其特征在于，包括上述权利要求6-7中任意一项所述的漏播检测装置，并采用上述权利要求1-5中任意一项所述的漏播检测方法进行漏播检测。

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