CN109121589A - 一种农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于农机领域，为一种农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统，包括：漏种传感器，安装于播种器内部，用于获取作业时播种器的漏种数量；车速传感器，安装于机车地轮同心轴上，用于检测获取机车行驶里程及行驶车速；种量传感器，安装于排种管中部，用于获取当前播种量；车载主机，用于设定作业参数，接收各传感器的反馈数据，并根据传感器数据计算出播种及补种电机的转数，通过播种及补种控制器控制播种及补种电机，使机具满足作业设定的作业参数。替代了现有谷物类排种器以地轮为动力固有模式，并对播种机械在排钟作业中多个关键位置进行监测，根据传感器反馈的数据信息加以计算，从而对步进电机转速进行调节，进而达到精准排钟的目的。

Description

一种农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统

技术领域

本发明属于农机领域，具体地来讲为一种农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统用于农业谷物类播种（如玉米、花生、黄豆）实际生产作业，对作物的播种情况（如株距、漏播等）进行全程监测及相关传动部分的控制。

背景技术

农作物谷物类播种一直是农业生产中的一个重要环节，传统的谷物类排种器主要有机械式或气力式，随着技术的不断发展，精量播种已成为播种趋势，由于播种过程为全程封闭状态，因此无法通过人为直接判断排种质量。在播种作业时由于排钟管阻塞，排种器故障等原因无法第一时间被农户察觉，直接导致了作物的漏播与少播，进而导致了作物的减产。尤其在当下大力推广免耕播种机来说，其作业地表情况更为复杂，作业环境恶劣，排种器出现故障的更加突出。因此对排种机播种质量的监测尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统，解决现有的播种作物设备造成的漏播与少播，进而导致作物的减产的问题。

本发明是这样实现的，

一种农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统，该系统包括：

漏种传感器，安装于播种器内部，用于获取作业时播种器的漏种数量；

车速传感器，安装于机车地轮同心轴上，用于检测获取机车行驶里程及行驶车速；

种量传感器，安装于排种管中部，用于获取当前播种量；

车载主机，用于设定作业参数，接收各传感器的反馈数据，并根据传感器数据计算出播种及补种电机的转数，通过播种及补种控制器控制播种及补种电机，使机具满足作业设定的作业参数。

进一步地，所述车载主机根据车速传感器反馈值，与设定的播种间距计算出当前作业范围内理论的用种量，与种量传感器获取的当前播种量进行对比，判断当前作业播种状态是否正常，若当前播种量小于理论的用种量，则存在漏播。

进一步地，所述车载主机在播种作业前，使用拖拉机带动播种机行进指定距离，车速传感器记录指定行进距离内的脉冲数，根据脉冲数与行进距离的关系，计算出播种间距的调节系数。

进一步地，具体步骤包括：

设定好播种间距acm和种盘种数；

使拖拉机行驶一段指定的距离bcm；

在拖拉机行驶过程中，安装在地轮处的车速传感器记录行驶过程中所产生的脉冲数；

根据播种间距计算在行驶距离bcm内，所播种的数量c=b÷a；

根据排种数量与种盘种数求得排种器在指定的距离内旋转的圈数；

根据车速传感器记录的脉冲数计算出车速传感器每旋转1度所需要的脉冲数，获得播种的调节系数。

进一步地，所述车载主机根据前段实际播种间距与当段的实际播种间距进行比对，根据前段实际播种间距对当段的排种作业进行速度调节。

进一步地，根据种量传感器以及车速传感器的反馈值计算出实际播种间距，与设定的标准播种间距计算误差，当超出误差范围时，通过调节排种盘转数调节实际播种间距。

进一步地，当误差范围在0%-85%之间时系统判定为作业不合格，系统进入精度误差细分环节，当不合格原因为漏播时，系统将转入漏种控制单元，进行相应的动作；当不合格情况为连续漏播所致，系统将自动报警，提示排种器故障；当误差范围在85%-100%之间时，系统认定作业合格，无其他动作操作，车载主机记录播种信息。

进一步地，所述系统包括施肥控制器以及与控制器连接的施肥电机，通过车载主机设置施肥参数，由施肥控制器根据设置的参数控制施肥电机。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明替代了现有谷物类排种器以地轮为动力固有模式，并对播种机械在排钟作业中多个关键位置进行监测，根据传感器反馈的数据信息加以计算，从而对步进电机转速进行调节，进而达到精准排钟的目的。同时利用传感器所反馈的数据对农作物谷物类播种作业时的相关数据进行统计及监测，如作业位置、播种面积、剩余种量、预播种面积、漏播及补播情况、施肥配量、施肥漏施及补施、施肥面积等相关信息。

根据预设播种参数设置及时做出相应的控制动作和报警，实现施肥、播种参数化设置和自变量控制作业模式。解决播种机和施肥机过重、传动部分故障多、排种施肥口阻塞或漏播漏施、每亩排种量难计算和施肥量难控制等多方面问题。

本发明通过施肥、播种作业电子监控设备的研究，实现替代谷类、豆类播种机的排种机械装置和施肥机械装置，进行实时监测播种作业位置、播种面积、剩余种量、预播种面积、漏播及补播情况、施肥配量、施肥漏施及补施、施肥面积等相关信息，根据预设播种参数和施肥参数设置及时做出相应的控制动作和报警，实现施肥、播种参数化作业。

本发明具有解决播种机和施肥机过重、传动部分故障多、漏播、每亩排种量难控制等多方面问题，具有实用性价值。能够降低播种成本，减少生产工作量，提高作业效率，实现增产增收等特点，适合我国农业节能减排的发展方向，与国外同类技术比较，具有较强的竞争力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的监控系统的监控处理流程图；

图2为本发明实施例提供的监控系统的电路框图；

图3为本发明实施例提供的监控系统在拖拉机上的安装位置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图2结合图3所示，包括漏种传感器8，安装于播种器内部，用于获取作业时播种器的漏种数量；车速传感器6，安装于机车地轮同心轴上，用于检测获取机车行驶里程及行驶车速；种量传感器7，安装于排种管中部，用于获取当前播种量；车载主机22，用于设定作业参数，接收各传感器的反馈数据，并根据传感器数据计算出播种及补种电机的转数，通过播种及补种控制器26控制播种及补种电机，使机具满足作业设定的作业参数。车载主机22安装于驾驶控制台右侧，通过连接板进行固定，用于实时查看系统状态以及作业信息，播种及补种控制器26及播种电机27安装于排种器两侧，用于驱动排种器根据系统设定的速度进行排种；施肥控制器28及施肥电机安装于施肥机具两侧，用于控制施肥电机29的施肥量。

播种及补种控制器是一种基于TRIZ理论的反馈原理及嵌套原理，通过种量传感器、漏种传感器及车速传感器的反馈及逻辑嵌套进而自动控制播种间距精度、补种精度及施肥精度。

参加图2所示，车载主机通过主机内部集成的GPS模块2，用于获取播种作业时的地理位置信息以及行驶信息；车载主机内部集成通信模块3，通信模块与SIM卡模块14通过数据总线相连接，用于与服务器进行通信；LCD13与KEY1构成了系统的设置及报警提醒单元；车载主机内部集成了传感器接口，通过该接口与传感器进行连接，车载主机内部集成有TF卡12，用于存储主机作业数据信息；同时具有RTC时钟、RS-232串口（5、9、10）分别用于连接车速传感器6、种量传感器7以及漏种传感器8，具有电源11为系统供电，通过信号发送模块（19、18、15）分别用于发送播种指令20、补种指令17以及施肥指令16。所述车载主机连接有时钟模块4，通过供电模块11供电。

具体的工作流程为：参见图1所示：

车载主机根据车速传感器反馈值，与设定的播种间距计算出当前作业范围内理论的用种量，与种量传感器获取的当前播种量进行对比，判断当前作业播种状态是否正常，若当前播种量小于理论的用种量，则存在漏播。

车载主机在播种作业前，使用拖拉机带动播种机行进指定距离，车速传感器记录指定行进距离内的脉冲数，根据脉冲数与行进距离的关系，计算出播种间距的调节系数。具体步骤包括：

设定好播种间距acm和种盘种数；

使拖拉机行驶一段指定的距离bcm；

在拖拉机行驶过程中，安装在地轮处的车速传感器记录行驶过程中所产生的脉冲数；

根据播种间距计算在行驶距离bcm内，所播种的数量c=b÷a；

根据排种数量与种盘种数求得排种器在指定的距离内旋转的圈数；

根据车速传感器记录的脉冲数计算出车速传感器每旋转1度所需要的脉冲数，获得播种的调节系数。

例如：首先设定好播种间距（株距）如20cm，种盘种数（排钟盘旋转一周排出的种子总数）如18。然后使拖拉机行驶一段指定的距离（如5米），在拖拉机行驶过程中，安装在地轮处的车速传感器会记录行驶过程中所产生的脉冲数。先已知株距为20CM,种盘种数为20，行驶距离为5米，根据株距可知行驶距离5米内，所播种的数量为500cm（行驶距离）÷20cm（株距）=25个（排种数量），又知种盘种数为18。则排种器在行驶距离五米内需要旋转25÷20=1.25圈。再根据车速传感器记录的脉冲数来计算出传感器每旋转每度所需要的脉冲数。即可获得播种的调节系数。该系数获得后，系统会自动根据拖拉机行进的距离，对排种盘的旋转角度和速度做出相应的动作。

车载主机根据前段实际播种间距与当段的实际播种间距进行比对，根据前段实际播种间距对当段的排种作业进行速度调节。这里的前段指系统记录的一定周期内的播种数据。如作业开始时系统自动记录从作业开始时的播种情况，以每二十次播种状态为一个周期，这个周期称为前段，系统会根据该段数据对后续的作业状态进行比对。并对后续的作业间距进行微调，以保证作业精度。如播种开始第0-20个为播种第21-40的前段数据，第21-40为第41-60的前段。在实际的播种作业中，由于种子不是直接紧贴地面进行播种作业，而是需要从排种器中排出再经过排种管最后落入开好的沟槽中，种子经过排种管下落的过程中会与排种管管壁发生碰撞，导致种子的下落时间不一致，这直接导致了排钟过程中株距的误差，经多次试验发现，种子无规则的下落时间与车速成线性关系，因此排种作业过程中需参考前段的作业平均值来对排种作业进行速度调节（即根据脉冲数调节种盘的转数）来保证作业株距的一致性。

根据种量传感器以及车速传感器的反馈值计算出实际播种间距，与设定的标准播种间距计算误差，当超出误差范围时，通过调节排种盘转数调节实际播种间距。这里的实际播种间距指的是种子通过排种口进入导种管后，经过播种传感器（记录播种数量，播种传感器安装与排钟管下方），种子从排种器的排种口落下之后会与排钟管碰撞后下落后的种子实际间距，由于上述排钟管碰撞导致实际播种间距与设定间距及当前播种间距（通过漏种传感器（计数）与车速传感器（计算排钟盘旋转角度）所计算出的当前排种盘内部的播种间距）不符，通过播种传感器与车速传感器的反馈值计算，即可算出实际播种间距。

当误差范围在0%-85%之间时系统判定为作业不合格，系统进入精度误差细分环节，当不合格原因为漏播时，系统将转入漏种控制单元，进行相应的动作；当不合格情况为连续漏播所致，系统将自动报警，提示排种器故障；当误差范围在85%-100%之间时，系统进入精度误差细分环节，车载主机记录播种信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (8)

1.一种农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统，其特征在于，该系统包括：

漏种传感器，安装于播种器内部，用于获取作业时播种器的漏种数量；

车速传感器，安装于机车地轮同心轴上，用于检测获取机车行驶里程及行驶车速；

种量传感器，安装于排种管中部，用于获取当前播种量；

车载主机，用于设定作业参数，接收各传感器的反馈数据，并根据传感器数据计算出播种及补种电机的转数，通过播种及补种控制器控制播种及补种电机，使机具满足作业设定的作业参数。

2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载主机根据车速传感器反馈值，与设定的播种间距计算出当前作业范围内理论的用种量，与种量传感器获取的当前播种量进行对比，判断当前作业播种状态是否正常，若当前播种量小于理论的用种量，则存在漏播。

3.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载主机在播种作业前，使用拖拉机带动播种机行进指定距离，车速传感器记录指定行进距离内的脉冲数，根据脉冲数与行进距离的关系，计算出播种间距的调节系数。

4.按照权利要求3所述的系统，其特征在于，具体步骤包括：

设定好播种间距acm和种盘种数；

使拖拉机行驶一段指定的距离bcm；

在拖拉机行驶过程中，安装在地轮处的车速传感器记录行驶过程中所产生的脉冲数；

根据播种间距计算在行驶距离bcm内，所播种的数量c=b÷a；

根据排种数量与种盘种数求得排种器在指定的距离内旋转的圈数；

根据车速传感器记录的脉冲数计算出车速传感器每旋转1度所需要的脉冲数，获得播种的调节系数。

5.按照权利要求3所述的系统，其特征在于，所述车载主机根据前段实际播种间距与当段的实际播种间距进行比对，根据前段实际播种间距对当段的排种作业进行速度调节。

6.按照权利要求3所述的系统，其特征在于，根据种量传感器以及车速传感器的反馈值计算出实际播种间距，与设定的标准播种间距计算误差，当超出误差范围时，通过调节排种盘转数调节实际播种间距。

7.按照权利要求5所述的系统，其特征在于，当误差范围在0%-85%之间时系统判定为作业不合格，系统进入精度误差细分环节，当不合格原因为漏播时，系统将转入漏种控制单元，进行相应的动作；当不合格情况为连续漏播所致，系统将自动报警，提示排种器故障；当误差范围在85%-100%之间时，系统认定作业合格，无其他动作操作，车载主机记录播种信息。

8.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括施肥控制器以及与控制器连接的施肥电机，通过车载主机设置施肥参数，由施肥控制器根据设置的参数控制施肥电机。