CN108801665B - 一种基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统 - Google Patents
一种基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，属农业远程监测领域。本发明包括种箱排空检测装置、播种质量中段检测装置、播种质量末段检测装置、信号处理电路、上位机、移动终端；种箱排空检测装置用于获取种箱是否排空的信号；播种质量中段检测装置用于获取排种器是否漏播的信号；播种质量末段检测装置用于获取开沟器是否漏播的信号；信号处理电路用于对种箱排空检测装置和播种质量中段检测装置检测到的信号进行处理并发送给上位机。本发明可把种子在播种机内的过程以及种子离开播种机是否进入土地后的结果进行检测，如果发生漏播，可判断播种机发生故障的位置，满足保护性耕作生产要求；能减轻劳动强度，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，属于农业远程监测技术领域。
背景技术
保护性耕作技术作为可持续型农业的主导技术之一已在我国大部分地区广泛发展，是可以减少土壤营养水分流失、提高种植农作物产量的有效手段。保护性耕作技术主要以永久性土壤覆盖（绿色覆盖）、作物轮作（特别旱田轮作）和减少对土壤的人为干扰，在减少物质和能量投入基础上，保持和增加作物产量，增加农民的经济收入。保护性耕作通常采用保持农田表层有一定残茬覆盖的耕作方式，大量作物残茬覆盖的情况对播种环节有了更高的要求。
目前玉米种子的质量不断提高，成活率及产量都有了很大的进步，使玉米的精密播种技术发展的更为迅速。然而目前现有很多播种机具在工作过程中时常出现播种质量不佳的情况。虽然玉米精密免耕播种机具的种类较多，但播种工作质量完全靠机构的设计和制造精度来控制，信息化程度不高。且对于机具的播种效果的判断也需要人工手动刨出测量，费时费力。
目前现有的播种质量检测技术方法多样，应用了很多高新技术。例如CN200810150879.2 号专利公开的“一种基于GPS的播种机播种质量检测方法及设备”一类的播种质量检测方法，虽然也能起到检测播种质量，提升播种的效果，但不能对播种质量进行末端检测，即不能对种子是否落入种沟进行检测。
为解决以上问题，本发明设计了一种基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，用以在免耕播种机进行播种作业的过程中，实时监测中段、末段播种质量及种箱排空的情况，同时检测种子入土情况，达到保护性耕作的农业技术要求，保证播种质量。
本发明技术方案是：一种基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，包括种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2、播种质量末段检测装置3、信号处理电路4、数据采集卡5、上位机6、无线wifi模块7、移动终端8；所述种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2分别通过信号处理电路4连入数据采集卡5，数据采集卡5通过USB插入上位机6中，将处理好的检测信号送入上位机6，播种质量末段检测装置3与上位机6连接，上位机6将检测结果通过无线wifi模块7送至移动终端8；移动终端上8上设置有用户交互界面，用于将检测结果分为种箱排空报警、漏播报警以及故障位置判断三个模块进行显示；
所述种箱排空检测装置1用于获取种箱是否排空的信号；所述播种质量中段检测装置用于获取排种器是否漏播的信号；播种质量末段检测装置3用于获取开沟器是否漏播的信号；信号处理电路4用于对种箱排空检测装置1和播种质量中段检测装置2检测到的信号进行处理并发送给上位机6。
所述上位机6采用装有LabVIEW的上位机。
所述种箱排空检测装置1和播种质量中段检测装置2都采用的是对射式红外光电传感器，当有种子通过对射式红外光电传感器时，遮挡红外光线的过程会产生脉冲信号经信号处理电路4送入数据采集卡5。
所述播种质量末段检测装置3由两个部分构成，首先是漏播检测部分，使用的是便携式红外成像仪设备，便携式红外成像仪设备将扫描得到的地表红外热像图送至上位机6，上位机6检测到当RGB图像某一点的R值突然增高，会产生脉冲信号，当没有检测到脉冲信号后上位机6判断开沟器漏播并发送漏播信号给移动终端8显示漏播报警和故障位置判断结果；其次是入土检测部分，使用的是荧光检测探头，荧光检测探头对地表进行扫描，当某处产生荧光反应，产生脉冲信号，发送给上位机6，上位机6从而判断种子没有入土，控制移动终端8显示种子未入土警报。
所述信号处理电路4包括RC电路、信号整形电路，捕捉/比较/脉宽调制模块，RC电路设置在种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2的对射式红外光电传感器的接收端，RC电路与信号整形电路相连接，信号整形电路与捕捉/比较/脉宽调制模块连接。
所述数据采集卡5可以使用的是USB-6009数据采集卡；
本发明还包括电源部分，电源部分采用的是太阳能的供电方式，使用太阳能电池板、光电转换电路及蓄电池组成供电电源，供给种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2、播种质量末段检测装置3的电量消耗。
本发明的有益效果是：
1、该系统是在LabVIEW软件平台的基础上进行开发的，虚拟仪器技术可以是系统的维护和更新更加方便和容易，同时程序可靠性高；
2、该系统增加了播种质量末端检测单元，可以对玉米种子离开播种机进入种沟的过程进行检测，对种子没有顺利进入土壤的情况也可进行准确检测，提高了玉米播种质量检测水平，使播种质量更高；
3、该系统功能多样，可检测种箱排空的状况、产生漏播时故障的位置并可计算播种间距是否符合要求，对种子入土的检测也很高效；
4、该系统使用USB-6009数据采集卡，其即插即用的安装方式最大程度的减少了配置时间，USB总线的供电方式使用户不需携带多余外部电源，使用便捷；
5、该系统使用无线wifi传输模块传输数据，并使用移动终端显示检测结果，使数据的传输和显示更加灵活，工作人员不必跟随机器进地工作；
6、该系统建能够迅速反应达到实时监测的目的，发生漏播时及时报警并判断故障发生的位置，减少人工测量的繁琐操作以及工作劳动强度。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图1中各标号：1-种箱排空检测装置、2-播种质量中段检测装置、3-播种质量末段检测装置、4-信号处理电路、5-数据采集卡、6-上位机、7-无线wifi模块、8-移动终端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，包括种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2、播种质量末段检测装置3、信号处理电路4、数据采集卡5、上位机6、无线wifi模块7、移动终端8；所述种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2分别通过信号处理电路4连入数据采集卡5，数据采集卡5通过USB插入上位机6中，将处理好的检测信号送入上位机6，播种质量末段检测装置3与上位机6连接，上位机6将检测结果通过无线wifi模块7送至移动终端8；移动终端上8上设置有用户交互界面，用于将检测结果分为种箱排空报警、漏播报警以及故障位置判断三个模块进行显示；
所述种箱排空检测装置1用于获取种箱是否排空的信号；所述播种质量中段检测装置用于获取排种器是否漏播的信号；播种质量末段检测装置3用于获取开沟器是否漏播的信号；信号处理电路4用于对种箱排空检测装置1和播种质量中段检测装置2检测到的信号进行处理并发送给上位机6。
进一步的，所述上位机6采用装有LabVIEW的上位机。
进一步的，所述种箱排空检测装置1和播种质量中段检测装置2都采用的是对射式红外光电传感器，当有种子通过对射式红外光电传感器时，遮挡红外光线的过程会产生脉冲信号经信号处理电路4送入数据采集卡5。
进一步的，所述播种质量末段检测装置3由两个部分构成，首先是漏播检测部分，使用的是便携式红外成像仪设备，便携式红外成像仪设备将扫描得到的地表红外热像图送至上位机6，上位机6检测到当RGB图像某一点的R值突然增高，会产生脉冲信号，当没有检测到脉冲信号后上位机6判断开沟器漏播并发送漏播信号给移动终端8显示漏播报警和故障位置判断结果；其次是入土检测部分，使用的是荧光检测探头，荧光检测探头对地表进行扫描，当某处产生荧光反应，产生脉冲信号，发送给上位机6，上位机6从而判断种子没有入土，控制移动终端8显示种子未入土警报。
进一步的，所述信号处理电路4包括RC电路、信号整形电路，捕捉/比较/脉宽调制模块，RC电路设置在种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2的对射式红外光电传感器的接收端，RC电路与信号整形电路相连接，信号整形电路与捕捉/比较/脉宽调制模块连接。
进一步的，所述数据采集卡5使用的是USB-6009数据采集卡；
进一步的，本发明还包括电源部分，电源部分采用的是太阳能的供电方式，使用太阳能电池板、光电转换电路及蓄电池组成供电电源，供给种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2、播种质量末段检测装置3的电量消耗。
本发明的工作原理是：在免耕播种机进行播种工作之前，对玉米种子进行加热处理，玉米的播种适宜时间为4月下旬及5月上旬，播种深度3~5cm，地温平均为10摄氏度。经查阅资料可得，玉米种子在30摄氏度时活力指数较高，并且温度区别于地表温度，使玉米种子可被检测。同时种子外部包衣物质中添加对土壤及作物无害的荧光物质，该荧光物质可被荧光检测探头检测到。
当免耕播种机开始工作时，该播种质量监测系统也随之启动。首先是种箱排空检测装置1，该单元使用的是对射式红外光电传感器，相对安装在种箱内壁上，一侧为发射端，发出红外信号；另一侧为接收端，检测接收到红外信号的强度。安装时保证发射端和接收端在同一直线上。当种箱内部充满玉米种子时，种堆遮挡红外线光，使接收端接收不到红外信号；当种箱内种子排空或种堆高度降至传感器安装高度以下时，红外信号不再受到遮挡，接收端可接收到红外信号，此时信号经调理电路送至数据采集卡5。
其次是播种质量中段检测装置2，所谓中段检测即为对玉米种子离开排种器至落入种沟的这一过程中的检测。该装置同样使用的是对射式红外光电传感器，通过胶布等方式固定在排种管壁上，排种管壁一侧为发射端，发出红外信号；另一侧为接收端，检测接收到红外信号的强度。当有籽粒通过排种管时，发射端发出的红外信号受到遮挡，接收端接收到的信号减弱到阈值以下后又恢复到初始信号强度。这一过程产生的信号经过调理放大形成脉冲信号，信号经调理电路送至数据采集卡5。当没有脉冲信号产生时，由安装有LabVIEW的上位机6进行分析处理，通过无线wifi模块7将结果传输至移动终端8，由设置在移动终端8上的用户交互界面中的漏播报警模块进行报警。故障位置判断模块的结果显示为排种器。
接下来是播种质量末段检测装置3，所谓末段检测即为对玉米种子离开排种管落入种沟的这一过程中的检测。该单元分为两个部分，首先是漏播检测部分，使用的是便携式红外成像仪设备。便携式红外成像仪设备将扫描得到的地表红外热像图送至上位机6。当RGB图像某一点的R值突然增高，会产生脉冲信号，之后减弱到阈值以下后又恢复到初始信号强度。当没有脉冲信号产生时，由安装有LabVIEW的上位机6进行分析处理，将末段检测结果与最近的中段检测结果进行判断。当中段检测结果已产生漏播信息的情况下，故障位置判断的结果为排种器；当中段检测结果未产生漏播信息的情况下，故障位置判断的结果为开沟器。上位机6通过无线wifi模块7将结果传输至移动终端8，由设置在移动终端8上的用户交互界面中的漏播报警模块进行报警。故障位置判断模块将判断结果显示出来。其次是入土检测部分，使用的是荧光检测探头，荧光检测探头对地表进行扫描，当某处产生荧光反应，说明种子在离开播种机后没有进入种沟，被土壤覆盖，行进线路被秸秆残茬等阻断，导致种子没有顺利落入种沟，裸露在地表。当荧光探头检测到种子包衣上的荧光物质，会产生脉冲信号，发送给上位机6，上位机6从而判断种子没有入土，控制移动终端8显示种子未入土警报。
信号调理电路4的主要功能在于对所使用的传感器获取的信号进行处理，以便工作人员获得需要的信号。在种箱排空检测装置1、播种质量中段检测装置2的对射式红外光电传感器的接收端采用RC电路，当有种子经过传感器时，生成输出信号，信号类型为电压。信号整形模块采用微分电路，将接收端信号转换为脉冲信号。利用捕捉/比较/脉宽调制模块的捕捉模式，捕捉种子通过检测区域的脉冲信号。脉冲信号通过数据采集卡送入上位机。播种质量末段检测装置3所使用的便携式红外成像仪设备，直接将热像图送至上位机，由LabVIEW判断图像R值的变化，当R值超过设定值，会产生脉冲信号，之后减弱到阈值以下后又恢复到初始信号强度。
以上各个检测装置的检测结果送入上位机。由安装有LabVIEW的上位机6进行分析处理，通过无线wifi模块7将结果传输至移动终端8，由设置在移动终端8上的用户交互界面中的各个模块进行报警。当种箱中种子过少时，用户交互界面中的种箱排空报警模块提示工作人员及时补充种子；当发生漏播情况时，工作人员可根据故障位置判断模块的输出结果，及时排查故障；当发生种子没有顺利进入种沟的情况可由人工进行补种，保证播种质量。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，其特征在于：包括种箱排空检测装置（1）、播种质量中段检测装置（2）、播种质量末段检测装置（3）、信号处理电路（4）、数据采集卡（5）、上位机（6）、无线wifi模块（7）、移动终端（8）；所述种箱排空检测装置（1）、播种质量中段检测装置（2）分别通过信号处理电路（4）连入数据采集卡（5），数据采集卡（5）通过USB插入上位机（6）中，将处理好的检测信号送入上位机（6），播种质量末段检测装置（3）与上位机（6）连接，上位机（6）将检测结果通过无线wifi模块（7）送至移动终端（8）；移动终端（8）上设置有用户交互界面，用于将检测结果分为种箱排空报警、漏播报警以及故障位置判断三个模块进行显示；
所述种箱排空检测装置（1）用于获取种箱是否排空的信号；所述播种质量中段检测装置用于获取排种器是否漏播的信号；播种质量末段检测装置（3）用于获取开沟器是否漏播的信号；信号处理电路（4）用于对种箱排空检测装置（1）和播种质量中段检测装置（2）检测到的信号进行处理并发送给上位机（6）；
所述播种质量末段检测装置（3）由两个部分构成，首先是漏播检测部分，使用的是便携式红外成像仪设备，便携式红外成像仪设备将扫描得到的地表红外热像图送至上位机（6），上位机（6）检测到当RGB图像某一点的R值突然增高，会产生脉冲信号，当没有检测到脉冲信号后上位机（6）判断开沟器漏播并发送漏播信号给移动终端（8）显示漏播报警和故障位置判断结果；其次是入土检测部分，使用的是荧光检测探头，荧光检测探头对地表进行扫描，当某处产生荧光反应，产生脉冲信号，发送给上位机（6），上位机（6）从而判断种子没有入土，控制移动终端（8）显示种子未入土警报。
2.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，其特征在于：所述上位机（6）采用装有LabVIEW的上位机。
3.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，其特征在于：所述种箱排空检测装置（1）和播种质量中段检测装置（2）都采用的是对射式红外光电传感器，当有种子通过对射式红外光电传感器时，遮挡红外光线的过程会产生脉冲信号经信号处理电路（4）送入数据采集卡（5）。
4.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，其特征在于：所述信号处理电路（4）包括RC电路、信号整形电路，捕捉/比较/脉宽调制模块，RC电路设置在种箱排空检测装置（1）、播种质量中段检测装置（2）的对射式红外光电传感器的接收端，RC电路与信号整形电路相连接，信号整形电路与捕捉/比较/脉宽调制模块连接。
5.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，其特征在于：所述数据采集卡（5）使用的是USB-6009数据采集卡。
6.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的玉米免耕播种质量监测系统，其特征在于：还包括电源部分，电源部分采用的是太阳能的供电方式，使用太阳能电池板、光电转换电路及蓄电池组成供电电源，供给种箱排空检测装置（1）、播种质量中段检测装置（2）、播种质量末段检测装置（3）的电量消耗。
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