CN109328620B - 一种谷物联合收割机的实时测产系统及方法 - Google Patents

一种谷物联合收割机的实时测产系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开本发明所述一种谷物联合收割机的实时测产系统，包括ARM处理器，还包括电容式物位传感器，所述电容式物位传感器固定在所述谷物联合收割机的粮箱的上侧，所述电容式物位传感器的测量电极垂直深入所述粮箱的内部，并与所述粮箱的侧壁平行；所述电容式物位传感器传送测量到的所述粮箱内的谷物高度至所述ARM处理器，所述ARM处理器根据所述粮箱内的高度实时计算得到所述粮箱内的谷物体积，并根据预置的谷物密度实时得到谷物的产量信息。同时，本发明还提供一种谷物联合收割机的实时测产方法。本发明利用电容式物位传感器检测粮箱内的谷物高度，客服了机体振动和工作环境粉尘多的问题，提高测量数据的精度，安装便捷。

Description

一种谷物联合收割机的实时测产系统及方法
技术领域
本发明涉及一种谷物联合收割机的测产系统及方法，更具体的涉及一种谷物联合收割机的实时测产系统及方法。
背景技术
农作物产量是衡量我国农业生产水平的重要参数，该参数受到作物品种、土壤气候、耕作方式和施肥等多种因素的影响。目前常见的测产方法主要有称重式测量、容积式测量和冲量式测量。称重式测量方法是利用压电传感器将粮箱内作物的重量信息转化为电信号，通过信号处理计算得到对应的重量值。但是由于田间作业的工作条件限制，机体的振动影响难以消除。容积式测量方法是使用某个标准的容积结构通过反复测量升运器上谷物的体积，通过累加得到产量的数值。该方法容易受到谷物密度和分布不均等因素的影响，将每次的测量误差放大。冲量式测量方法是将谷物对检测板的冲击力转化为电信号进行检测，通过累加得到谷物的总产量。该方法容易受到谷物抛洒的速度和角度等因素影响，准确性有待提高。因此，目前的谷物联合收割机在田间作业过程中粮箱的振动难以消除，粮箱内粉尘较多，工作环境较差，上述几种方法的工作精度难以保证。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种精准度高、安装便捷的谷物联合收割机的实时测产系统。
本发明还提供一种解决上述问题的谷物联合收割机的实时测产方法。
技术方案：本发明所述一种谷物联合收割机的实时测产系统，包括ARM处理器，还包括电容式物位传感器，所述电容式物位传感器固定在所述谷物联合收割机的粮箱的上侧，所述电容式物位传感器的测量电极垂直深入所述粮箱的内部，并与所述粮箱的侧壁相互对应；
所述电容式物位传感器传送测量到的所述粮箱内的谷物高度至所述ARM处理器，所述ARM处理器根据所述粮箱内的高度实时计算得到所述粮箱内的谷物体积，并根据预置的谷物密度实时得到谷物的产量信息。
进一步地，所述电容式物位传感器与所述ARM处理器之间通过RS485通讯协议连通。
进一步地，所述ARM处理器还包括与所述粮箱(3)的放粮口开关(6)连接的触发器，当所述放粮口开关(6)打开时，所述触发器被一次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V1；当所述放粮口开关(6)关闭时，所述触发器被二次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V2；所述ARM处理器计算本次得到谷物体积Vp＝V1-V2并进行存储。
进一步地，所述ARM处理还包括总产品计算模块，当收到核算触发信号后，所述总产品计算模块累加每次中断得到的谷物体积和目前粮箱(3)内的谷物体积之和，即为本次收割得到的谷物总体积；所述总体积和预置的谷物密度实时得到谷物的总产量。
进一步地，还包括与所述ARM处理器实时通信的上位机，所述上位机存储所述ARM处理器传输的谷物产量信息。
本发明提供的另一技术方案为：一种谷物联合收割机的实时测产方法，按如下步骤进行：
S1、所述电容式物位传感器通过所述测量电极测量得到所述粮箱内的谷物高度，并将谷物体积信息实时传送至所述ARM处理器；
S2、所述ARM处理器根据粮箱内的高度实时计算得到所述粮箱内的谷物体积；
S3、所述ARM处理器根据谷物体积和预置的谷物密度实时得到谷物的产量。
本技术方案的进一步限定为，还包括中断步骤，具体为：当所述放粮口开关打开时，与所述放粮口连接的触发器被一次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V1；当所述放粮口开关关闭时，所述触发器被二次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V2；
所述ARM处理器计算本次得到谷物体积Vp＝V1-V2并进行存储，收割完成后，累加每次中断得到的谷物体积和目前粮箱内的谷物体积之和，即为本次收割得到的谷物总体积；
所述ARM处理器根据谷物的总体积和预置的谷物密度实时得到谷物的总产量。
进一步地，还包括数据上位传输步骤，所述ARM处理器将获得的谷物产量信息实时传输至上位机。
有益效果：本发明提供的一种谷物联合收割机的实时测产系统及方法，利用电容式物位传感器检测粮箱内的谷物高度，客服了机体振动和工作环境粉尘多的问题，提高测量数据的精度；保证了从体积到质量的转化，电容式物位传感器安装在粮箱上，安装便捷；本发明用于谷物联合收割机上，可以完成对作物产量的自动化检测和实时数据传输工作，可以准确的评估试验田的产量信息，提高谷物收获和育种工作的效率，同时成本较低，安装方便，试验性能可靠，可以为进一步的自动化检测系统研究提供技术支持。
附图说明
图1是本发明提供的谷物联合收割机的实时测产系统的结构示意图。
图2是本发明提供的谷物联合收割机的实时测产系统的框架图。
图3是本发明提供的谷物联合收割机的实时测产系统中粮箱的高度-体积对应关系。
图4是本发明提供的谷物联合收割机的实时测产系统的粮箱内谷物体积-时刻示意图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种谷物联合收割机的实时测产系统，直接加装在谷物联合收割机上，其框架图如图2所示，包括上位机、ARM处理器和电容式物位传感器1。电容式物位计1与ARM处理器连通，发送实时测得的谷物高度信息至所述ARM处理器，所述ARM处理器对谷物高度信息进行处理，得到粮食产量，并将粮食产量发送至所述上位机，完成实时测产。
所述电容式物位传感器1的安装结构示意图如图1所示，通过固定装置2固定在所述谷物联合收割机的粮箱3的上侧，所述电容式物位传感器1的测量电极5垂直深入所述粮箱3的内部，并与所述粮箱3的侧壁相互对应，电容式物位传感器1与粮箱3的侧壁之间形成电容场。在本实施例工作过程中收获的谷物从入粮口落下，由安装固定的物位传感器检测其堆积高度，物位传感器自身可以检测得到高度信息，同时输出对应高度的数字量信息，无需处理器做进一步处理，简单易行。安装位置需要距离入粮口适当距离，避免粮食下落过程中接触测量电极，影响检测结果的准确性电容式物位传感器1配套直流电源为其供电，保证其工作的正常进行。粮箱3的顶端设置粮食入口4，其底端设置放粮口开关6。所述电容式物位传感器1通过测量电极5测量电容量的变化来得出粮箱内谷物的物位(谷物的介电常数不变的情况下，对电极加上固定频率的测量电压，则通过电容的电流大小与电极之间的介质的高度成正比)。用物位传感器检测粮箱内的谷物高度，考虑到由于机体的振动影响，测产系统在实际工作环境中粉尘较多，不宜采用超声波物位传感器和雷达物位传感器，故而此处选用电容式物位传感器。
所述电容式物位传感器1与所述ARM处理器之间通过RS485通讯协议连通，传送测量到的所述粮箱3内的谷物高度至所述ARM处理器，所述ARM处理器根据所述粮箱3内的高度实时计算得到所述粮箱3内的谷物体积，并根据预置的谷物密度实时得到谷物的产量信息，产量信息通过显示模块在谷物联合收割机的驾驶室内显示出来。实际生产中，如果粮箱3为规则的形状，则体积等于截面积乘以高度。如果粮箱3为不规则的形状，则形状不同，根据高度计算体积的方法不同，会对应不同的数学模型，此为现有技术，本说明书不再针对各个形状做具体的分析。本实施例中，根据粮箱3的特殊结构，所述ARM处理器根据所述粮箱3内的高度实时计算得到所述粮箱3内的谷物体积采用如下数学模型：y＝-(1E-04)x3+0.0061x2-0.0094x+0.0109，其中x为谷物高度，y为谷物体积，高度-体积对应关系如图3所示，首先需要测绘得出粮箱的尺寸，然后选用最小二乘多项式拟合方法建立数学模型，得到粮箱的高度-体积对应关系，并结合谷物高度信息计算得出其对应体积。
收割机在田间工作时需要不定时地进行放粮操作，为了得到整块田地的产量，此处设计了一个中断程序，计算每次放粮动作结束到下一次放粮动作开始过程中的产量增量，将得到的所有增量累加起来即可得到一块田地的总产量。本实施例中，所述ARM处理器还包括与所述粮箱3的放粮口开关6连接的触发器，当所述放粮口开关6打开时，所述触发器被一次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V1；当所述放粮口开关6关闭时，所述触发器被二次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V2；所述ARM处理器计算本次得到谷物体积Vp＝V1-V2并进行存储。所述ARM处理还包括总产品计算模块，当收到核算触发信号后，所述总产品计算模块累加每次中断得到的谷物体积和目前粮箱3内的谷物体积之和，即为本次收割得到的谷物总体积；所述总体积和预置的谷物密度实时得到谷物的总产量。所述上位机与所述ARM处理器实时通信，所述上位机存储所述ARM处理器传输的谷物产量信息。与传统的粮箱3满后将粮食倒出，记录倒出的粮箱数量从而得到总产量的方法相比，本方法应用灵活，更避免了谷物倒出过程中有残留从而导致总产量出入较大的问题。
本实施例提供的谷物联合收割机的实时测产系统的测产方法，按如下步骤进行：
S1、所述电容式物位传感器1通过所述测量电极5测量得到所述粮箱3内的谷物高度，并将谷物体积信息实时传送至所述ARM处理器；
S2、所述ARM处理器根据粮箱3内的高度实时计算得到所述粮箱3内的谷物体积，计算方法采用如下数学模型：y＝-(1E-04)x3+0.0061x2-0.0094x+0.0109，其中x为谷物高度，y为谷物体积；
S3、所述ARM处理器根据谷物体积和预置的谷物密度实时得到谷物的产量。
另外还包括中断步骤，具体为：当所述放粮口开关6打开时，与所述放粮口6连接的触发器被一次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V1；当所述放粮口开关6关闭时，所述触发器被二次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V2；所述ARM处理器计算本次得到谷物体积Vp＝V1-V2并进行存储，收割完成后，累加每次中断得到的谷物体积和目前粮箱3内的谷物体积之和，即为本次收割得到的谷物总体积。示意图如图4所示，本实施例中收割机从t0时刻开始收割作业，粮箱内谷物体积持续增加；t1时刻开始放粮，t2时刻放粮结束，t1-t2时间内谷物体积减小；t2-t3时刻继续收割，粮箱内谷物体积持续增加；t3-t4为放粮过程，t3-t4时间内谷物体积减小。
所述ARM处理器根据谷物的总体积和预置的谷物密度实时得到谷物的总产量。同时，还包括数据上位传输步骤，所述ARM处理器将获得的谷物产量信息实时传输至上位机。
本发明提供的系统使用电容式物位传感器检测得出粮箱内谷物的高度信息，并根据粮箱高度-体积对应关系所建立的数学模型，实时获取粮箱内的谷物体积信息，可以计算得到田地的产量。该系统的优点在于能够实现实时测产的功能，提高现有谷物联合收割机的智能化水平，有助于谷物收割机行业的进一步智能化发展。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (6)

1.一种谷物联合收割机的实时测产系统，其特征在于，包括ARM处理器，还包括电容式物位传感器（1），所述电容式物位传感器（1）固定在所述谷物联合收割机的粮箱（3）的上侧，所述电容式物位传感器（1）的测量电极（5）垂直深入所述粮箱（3）的内部，并与所述粮箱（3）的侧壁相互对应；
所述电容式物位传感器（1）传送测量到的所述粮箱（3）内的谷物高度至所述ARM处理器，所述ARM处理器根据所述粮箱（3）内的高度实时计算得到所述粮箱（3）内的谷物体积，并根据预置的谷物密度实时得到谷物的产量信息；
所述ARM处理器还包括与所述粮箱（3）的放粮口开关（6）连接的触发器，当所述放粮口开关（6）打开时，所述触发器被一次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V1；当所述放粮口开关（6）关闭时，所述触发器被二次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V2；所述ARM处理器计算本次卸粮动作所放掉的谷物体积Vp=V1-V2并保存数据Vp；
所述ARM处理器还包括总产品计算模块，当收到核算触发信号后，所述总产品计算模块累加每次中断得到的谷物体积和目前粮箱（3）内的谷物体积之和，即为本次收割得到的谷物总体积；根据 所述总体积和预置的谷物密度实时得到谷物的总产量。
2.根据权利要求1所述的一种谷物联合收割机的实时测产系统，其特征在于，所述电容式物位传感器（1）与所述ARM处理器之间通过RS485通讯协议连通。
3.根据权利要求1所述的一种谷物联合收割机的实时测产系统，其特征在于，还包括与所述ARM处理器实时通信的上位机，所述上位机存储所述ARM处理器传输的谷物产量信息。
4.一种根据权利要求1所述的谷物联合收割机的实时测产系统的测产方法，其特征在于，按如下步骤进行：
S1、所述电容式物位传感器（1）通过所述测量电极（5）测量得到所述粮箱（3）内的谷物高度，并将谷物体积信息实时传送至所述ARM处理器；
S2、所述ARM处理器根据粮箱（3）内的高度实时计算得到所述粮箱（3）内的谷物体积；
S3、所述ARM处理器根据谷物体积和预置的谷物密度实时得到谷物的产量。
5.根据权利要求4所述的一种谷物联合收割机的实时测产方法，其特征在于，还包括中断步骤，具体为：当所述放粮口开关（6）打开时，与所述放粮口（6）连接的触发器被一次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V1；当所述放粮口开关（6）关闭时，所述触发器被二次触发，所述ARM处理器保存当前的谷物体积V2；
所述ARM处理器计算本次得到谷物体积Vp=V1-V2并进行存储，收割完成后，累加每次中断得到的谷物体积和目前粮箱（3）内的谷物体积之和，即为本次收割得到的谷物总体积；
所述ARM处理器根据谷物的总体积和预置的谷物密度实时得到谷物的总产量。
6.根据权利要求4或5任一权利要求所述的一种谷物联合收割机的实时测产方法，其特征在于，还包括数据上位传输步骤，所述ARM处理器将获得的谷物产量信息实时传输至上位机。
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