CN109168475A - 一种智能蒜种自动检测与定向装置及其自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能蒜种自动检测与定向装置及其自动控制方法，其中装置包括机架、安装于所述机架上的鸭嘴，以及驱动所述鸭嘴开闭的齿轮机构，所述鸭嘴下端设有限制蒜种通过的防落孔；还包括翻转料斗，以及带动所述翻转料斗翻转和移至所述鸭嘴下方的推送装置，所述翻转料斗为小端朝下的锥形。本发明的单片机根据检测到的鳞芽信号执行开闭控制电磁铁、推拉电磁铁和舵机动作，从而将鳞芽朝下的蒜种调正为鳞芽朝上的姿态，自动化程度高；满足了大蒜播种“根下芽上、直立栽种”的要求，提高了大蒜机械播种方式的鳞芽朝上率。

Description

一种智能蒜种自动检测与定向装置及其自动控制方法

技术领域

本发明涉及大蒜种植设备技术领域，尤其涉及到一种智能蒜种自动检测与定向装置及其自动控制方法。

背景技术

大蒜是中国主要经济作物之一，播种时具有“根下芽上、直立栽种”的要求。近年来，大蒜种植面积基本稳定在年均1000万亩左右，随着人们对大蒜需求量日益增大，传统的人工播种方式不再适应现代化大蒜产业的发展要求。

近年来，已有部分大蒜定向技术，主要分为锥形料斗式和锥形螺旋导种管式机械定向方法，另外在基于图像处理的鳞芽识别方法也取得了一系列成果，但现有技术仍存在播种后蒜种鳞芽朝上率偏低、工作效率低和智能化自动化水平低的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种智能蒜种自动检测与定向装置及其自动控制方法，能够准确检测蒜种鳞芽并进行调正，提高了播种后蒜种鳞芽朝上率。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种智能蒜种自动检测与定向装置，包括机架、安装于所述机架上的鸭嘴，以及驱动所述鸭嘴开闭的齿轮机构，所述鸭嘴下端设有限制蒜种通过的防落孔，防落孔仅使倒立蒜种的鳞芽伸出，而蒜种的其他部位不能伸出；还包括翻转料斗，以及带动所述翻转料斗翻转和移至所述鸭嘴下方的推送装置，所述翻转料斗为小端朝下的锥形。

本方案在使用时位于大蒜播种机取种机构对应的蒜种下落处与插播装置之间，蒜种下落至鸭嘴中，并由防落孔限制其落下，如果蒜种鳞芽朝上，则齿轮机构打开鸭嘴，使蒜种落入插播装置中，如果鸭嘴中蒜种的鳞芽朝下，则推送装置将翻转料斗推至鸭嘴下方，然后通过齿轮机构打开鸭嘴，鸭嘴中的蒜种落至翻转料斗内，推送装置再带动翻转料斗翻转180°，从而将蒜种调整为鳞芽朝上的姿态落入下方插播装置或栽植入土，完成蒜种定向过程。

作为优化，所述推送装置包括固定在所述机架上的推拉式电磁铁，所述推拉式电磁铁的推杆上固设有舵机，所述舵机的输出轴与所述翻转料斗固接。本优化方案利用推拉式电磁铁作为推送机构，通过舵机带动翻转料斗翻转，控制简单，动作迅速，提高了作业效率。

作为优化，所述舵机的输出轴固接有U型支架，所述翻转料斗向下穿过U型支架并与U型支架与固接。 本优化方案的舵机输出轴通过U型支架与翻转料斗固接，利用U型支架本身对翻转料斗具有的支撑作用，保证了翻转料斗的稳定性和固定牢固性。

作为优化，所述齿轮机构包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，以及安装在所述机架上的开闭控制电磁铁，所述开闭控制电磁铁的推杆铰接有连杆，所述连杆与主动齿轮固接，所述主动齿轮和从动齿轮的轮轴上均设有方形段，两方形段上分别套设有半鸭嘴，两半鸭嘴围成所述鸭嘴。本优化在使用时，主动齿轮转动时带动从动齿轮转动，由于两半鸭嘴安装在方形段上，因此两半鸭嘴随着两个齿轮的齿轮轴转动而旋转，实现鸭嘴的打开和关闭，结构简单，传动可靠，鸭嘴的打开和闭合动作迅速。

作为优化，还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括朝向鸭嘴限位口设置的红外传感器模块，以及与所述红外传感器模块、推拉式电磁铁、开闭控制电磁铁和舵机电连接的单片机，所述单片机电连接继电器模块。本优化方案采用自动控制系统控制各部分动作，大幅提高了自动化和智能化水平，保证了对蒜种方向调整的可靠性。

作为优化，所述继电器模块包括与推拉式电磁铁电连接的第一继电器、与开闭控制电磁铁电连接的第二继电器，以及与舵机电连接的第三继电器。本优化方案分别采用不同的继电器分别与推拉式电磁铁、开闭控制电磁铁和舵机连接，保证了控制系统的稳定可靠。

作为优化，所述红外传感器模块包括至少四个与鸭嘴底部平齐设置的红外传感器，红外传感器安装于L型板的水平段，所述L型板的竖直段通过螺栓与机架连接，且在竖直段上开设有沿竖直方向延伸的长螺栓孔。本优化方案采用至少四个红外传感器进行检测，保证了对蒜种状态检测的全面和准确，通过L型板安装传感器，结构简单，方便安装，通过设置长螺栓孔，可以调整传感器的高度，以满足不同的使用要求。

一种智能蒜种自动检测与定向装置的自动控制方法，包括如下步骤：

（1）蒜种鳞芽朝下落入鸭嘴时，鳞芽部位从鸭嘴的限位口处伸出，红外传感器检测到信号，向单片机发送高电平；

单片机向第一继电器发送低电平使其吸合，驱动推拉式电磁铁推杆向前推出，带动翻转料斗水平移动至鸭嘴下方；

单片机向第二继电器发送低电平使其吸合，驱动开闭控制电磁铁推杆动作，带动传动齿轮转动，鸭嘴打开，蒜种落入下方的翻转料斗中，然后第二继电器断电，开闭控制电磁铁推杆复位，鸭嘴关闭；

单片机向第三继电器发送低电平使其吸合，驱动舵机带动翻转料斗翻转180°，使蒜种鳞芽朝上落入下方插播装置或直接栽植入土；

单片机向第一继电器、第三继电器发送高电平使其断开，推拉式电磁铁和舵机复位，完成一次定向；

（2）蒜种鳞芽朝上落入鸭嘴时，红外传感器检测不到鳞芽信号，单片机向第二继电器发送低电平使其吸合，鸭嘴打开，蒜种以鳞芽朝上姿态落入下方插播装置或者栽植入土。

本方法的单片机根据鳞芽信号的有无执行各部件动作，使蒜种最终调正为鳞芽朝上的姿态，实现了蒜种定向的智能化和自动化。

本发明的有益效果为：单片机根据检测到的鳞芽信号执行开闭控制电磁铁、推拉电磁铁和舵机动作，从而将鳞芽朝下的蒜种调正为鳞芽朝上的姿态，自动化程度高；满足了大蒜播种“根下芽上、直立栽种”的要求，提高了大蒜机械播种方式的鳞芽朝上率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为齿轮机构结构示意图；

图3为鸭嘴与红外传感器安装结构示意图；

图4为推送装置结构示意图；

图5为红外传感器结构示意图；

图6为自动控制系统接线图；

图7自动控制系统工作流程图；

图8为传感器位置示意图；

图9为红外传感器工作状态示意图；

图10为半鸭嘴安装示意图；

图中所示：

1、红外传感器模块，2、翻转料斗，3、舵机，4、推拉式电磁铁，5、机架，6、控制箱，7、开闭控制电磁铁，8、主动齿轮， 9、从动齿轮，10、鸭嘴，11、第一传感器，12、第二传感器，13、第三传感器，14、第四传感器，15、L型板，16、推拉式电磁铁的推杆，17、底座，18、U型支架，19、发射管，20、接收管，21、方形段，22、半鸭嘴。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1所示一种智能蒜种自动检测与定向装置，包括机架5、安装于所述机架上的鸭嘴10，以及驱动所述鸭嘴开闭的齿轮机构，鸭嘴下端设有限制蒜种通过的防落孔，防落孔仅使倒立蒜种的鳞芽伸出，而蒜种的其他部位不能伸出。机架5由铝合金型材通过三角钢和螺丝搭建制成，具有安装灵活，拆卸方便的特点。鸭嘴包括两相对设置的半鸭嘴22，两半鸭嘴外侧面的上端设有方形通孔。齿轮机构包括相互啮合的主动齿轮8和从动齿轮9，以及安装在所述机架上的开闭控制电磁铁7，所述开闭控制电磁铁7的推杆铰接有连杆，所述连杆与主动齿轮固接，所述主动齿轮和从动齿轮的轮轴上均设有方形段21，两半鸭嘴22上的方形通孔分别套设在两方形段上，主动齿轮和从动齿轮转动时，两半鸭嘴向下相对转动嘴围成所述鸭嘴，实现鸭嘴关闭，如果两半鸭嘴向上相背转动，实现鸭嘴的打开。

还包括翻转料斗2，以及带动所述翻转料斗2翻转和移至所述鸭嘴10下方的推送装置，所述翻转料斗2为小端朝下的锥形。

推送装置包括通过底座17固定在机架5上的推拉式电磁铁4，推拉式电磁铁的推杆16上固设有舵机3，所述舵机3的输出轴与所述翻转料斗2固接。

为了提高连接的牢固性，在舵机的输出轴固接有U型支架18，所述翻转料斗2向下穿过U型支架18并与U型支架与固接。推拉式电磁铁采用同性相斥的原理，内部线圈得电后推杆向外推出。

还包括由蓄电池供电的自动控制系统，所述自动控制系统包括朝向鸭嘴限位口设置的红外传感器模块1，以及与所述红外传感器模块1、推拉式电磁铁4、开闭控制电磁铁7和舵机3电连接的单片机，所述单片机电连接继电器模块。为了保证使用安全，单片机位于控制箱6内，控制箱6固定安装在机架上。

继电器模块信号输入端通过排线与单片机任意一个I/O口连接，继电器模块包括与推拉式电磁铁电连接的第一继电器、与开闭控制电磁铁电连接的第二继电器，以及与舵机电连接的第三继电器，单片机送低电平时导通，送高电平时断开。

红外传感器模块1包括四个与鸭嘴底部平齐设置的红外传感器，分别为第一传感器11、第二传感器12、第三传感器13和第四传感器14，第一传感器11和第二传感器12位于鸭嘴的一侧，第三传感器13和第四传感器14位于鸭嘴的另一侧，且第一传感器与第三传感器关于鸭嘴中心线对称，第二传感器和第四传感器关于鸭嘴中心线对称，第一传感器11和第二传感器12安装在同一个L型板15上，第三传感器13和第四传感器14安装在同一个L型板上，各传感器均位于L型板15的水平段， L型板的竖直段通过螺栓与机架连接，且在竖直段上开设有沿竖直方向延伸的长螺栓孔，以方便调整各传感器的高度。

本实施例推拉式电磁铁的行程为30 mm、电压24V，舵机型号为JX6221，转角180°、电压6V、510 r/min，单片机为STC 12C5A60S2，红外传感器包括发射管19和接收管20，发射管用于发射红外光线，接收管用于接收受物体遮挡反射回的光线，从而产生信号。

传感器信号线接入单片机的P1口；推拉式电磁铁的一个引脚与第一继电器的常开端子连接，另一个引脚接入蓄电池正极；开闭控制电磁铁的一个引脚与第二继电器的常开端子连接，另一个引脚接入蓄电池正极；舵机3的负极引脚与第三继电器的常开端子连接，正极引脚接入蓄电池正极，信号线接入单片机的P2口；第一、二、三继电器的公共端子均与蓄电池负极连接；该装置采用电动控制方式，推拉式电磁铁驱动翻转料斗沿水平方向移动，开闭控制电磁铁驱动鸭嘴开闭，舵机驱动翻转料斗翻转180°。

上述智能蒜种自动检测与定向装置的自动控制方法，包括如下步骤：

（1）蒜种鳞芽朝下落入鸭嘴时，鳞芽部位从鸭嘴的限位口处伸出，4个传感器依次对鳞芽进行扫描，如果红外传感器检测到鳞芽信号，向单片机发送高电平；

单片机向第一继电器发送低电平使其吸合，推拉电磁铁内部线圈通电，驱动推拉式电磁铁推杆向前推出，带动翻转料斗水平移动至鸭嘴正下方；

单片机向第二继电器发送低电平使其吸合，开闭控制气缸电磁铁内部线圈通电，驱动开闭控制电磁铁推杆推出，带动传动齿轮转动，鸭嘴打开，蒜种落入下方的翻转料斗中，然后第二继电器断电，开闭控制电磁铁推杆复位，鸭嘴关闭；

单片机向第三继电器发送低电平使其吸合，驱动舵机带动翻转料斗翻转180°，使蒜种鳞芽朝上落入下方插播装置或直接栽植入土；

单片机向第一继电器、第三继电器发送高电平使其断开，推拉式电磁铁和舵机复位，完成一次定向；

（2）蒜种鳞芽朝上落入鸭嘴时，红外传感器检测不到鳞芽信号，单片机向第二继电器发送低电平使其吸合，同时向第一、第三继电器发送高电平，仅第二电磁阀内部线圈吸合，使开闭控制电磁铁的推杆向内缩回，带动传动齿轮转动，鸭嘴打开，蒜种以鳞芽朝上姿态落入下方插播装置或者栽植入土；随后第二继电器断开，电磁铁复位，鸭嘴关闭。

本发明可以根据实际大蒜播种机播种行数来设置智能蒜种自动检测与定向装置的个数。单片机根据鳞芽信号的有无执行各部件动作，使蒜种最终调正为鳞芽朝上的姿态，满足大蒜播种“根下芽上、直立栽种”的要求；自动化程度高，解决了现有大蒜机械播种方式鳞芽朝上率偏低的问题。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种智能蒜种自动检测与定向装置，其特征在于：包括机架（5）、安装于所述机架上的鸭嘴（10），以及驱动所述鸭嘴开闭的齿轮机构，所述鸭嘴下端设有限制蒜种通过的防落孔；还包括翻转料斗（2），以及带动所述翻转料斗（2）翻转和移至所述鸭嘴（10）下方的推送装置，所述翻转料斗（2）为小端朝下的锥形。

2.根据权利要求1所述的智能蒜种自动检测与定向装置，其特征在于：所述推送装置包括固定在所述机架（5）上的推拉式电磁铁（4），所述推拉式电磁铁的推杆（16）上固设有舵机（3），所述舵机（3）的输出轴与所述翻转料斗（2）固接。

3.根据权利要求2所述的智能蒜种自动检测与定向装置，其特征在于：所述舵机的输出轴固接有U型支架（18），所述翻转料斗（2）向下穿过U型支架（18）并与U型支架与固接。

4.根据权利要求2所述的智能蒜种自动检测与定向装置，其特征在于：所述齿轮机构包括相互啮合的主动齿轮（8）和从动齿轮（9），以及安装在所述机架上的开闭控制电磁铁（7），所述开闭控制电磁铁（7）的推杆铰接有连杆，所述连杆与主动齿轮固接，所述主动齿轮和从动齿轮的轮轴上均设有方形段，两方形段上分别套设有半鸭嘴（22），两半鸭嘴围成所述鸭嘴。

5.根据权利要求4所述的智能蒜种自动检测与定向装置，其特征在于：还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括朝向鸭嘴限位口设置的红外传感器模块（1），以及与所述红外传感器模块（1）、推拉式电磁铁（4）、开闭控制电磁铁（8）和舵机（3）电连接的单片机，所述单片机电连接继电器模块。

6.根据权利要求5所述的智能蒜种自动检测与定向装置，其特征在于：所述继电器模块包括与推拉式电磁铁电连接的第一继电器、与开闭控制电磁铁电连接的第二继电器，以及与舵机电连接的第三继电器。

7.根据权利要求5所述的智能蒜种自动检测与定向装置，其特征在于：所述红外传感器模块（1）包括至少四个与鸭嘴底部平齐设置的红外传感器，红外传感器安装于L型板（15）的水平段，所述L型板的竖直段通过螺栓与机架连接，且在竖直段上开设有沿竖直方向延伸的长螺栓孔。

8.一种智能蒜种自动检测与定向装置的自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）蒜种鳞芽朝下落入鸭嘴时，鳞芽部位从鸭嘴的限位口处伸出，红外传感器检测到信号，向单片机发送高电平；

单片机向第一继电器发送低电平使其吸合，驱动推拉式电磁铁推杆向前推出，带动翻转料斗水平移动至鸭嘴下方；

单片机向第二继电器发送低电平使其吸合，驱动开闭控制电磁铁推杆动作，带动传动齿轮转动，鸭嘴打开，蒜种落入下方的翻转料斗中，然后第二继电器断电，开闭控制电磁铁推杆复位，鸭嘴关闭；

单片机向第三继电器发送低电平使其吸合，驱动舵机带动翻转料斗翻转180°，使蒜种鳞芽朝上落入下方插播装置或直接栽植入土；

单片机向第一继电器、第三继电器发送高电平使其断开，推拉式电磁铁和舵机复位，完成一次定向；

（2）蒜种鳞芽朝上落入鸭嘴时，红外传感器检测不到鳞芽信号，单片机向第二继电器发送低电平使其吸合，鸭嘴打开，蒜种以鳞芽朝上姿态落入下方插播装置或者栽植入土。