CN109548472A - 基于can总线的玉米收获摘穗损失控制系统及控制方法 - Google Patents
基于can总线的玉米收获摘穗损失控制系统及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统及控制方法。该系统包括CAN总线、传感器单元、扶手箱总成、显示器、主控制器、液压控制元件和液压执行机构；液压执行机构包括拉茎辊转速控制液压马达、车速控制液压马达和割台高度控制液压缸；液压控制元件包括拉茎辊转速控制电磁阀、车速控制电磁阀、车速控制变量泵和割台高度控制电磁阀；传感器单元包括摘穗损失传感器、拉茎辊转速传感器、车速传感器和割台高度传感器。本发明控制器根据机器运行状况及作物状态做出决策，实时调节拉茎辊转速、割台高度以及作业速度，以提高玉米收获机的收获质量和作业效率。
Description
技术领域
本发明属于农业自动化领域，具体涉及一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统及控制方法。
背景技术
玉米收获机作为玉米收获的主要机械，其工作性能直接影响了作业效率和收获质量。玉米摘穗收获是一个受土壤、谷物状态变化影响的过程，玉米收获机工作参数相互影响。拉茎辊转速、割台高度等需与作业速度相适应，合理匹配拉茎辊转速与作业速度有利于提高摘穗质量，避免割台堵塞、漏穗、断穗等现象发生。实时调节作业参数到最优范围内有利于提高玉米收获机的收获质量。目前，国内外对玉米收获机的控制对象主要为作业速度、割茬高度、脱粒滚筒转速等，各参数基本独立处理，彼此联系不密切，且玉米收获机割台的拉茎辊转速不能实时调节，存在断穗、漏穗、断茎杆多等问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统与控制方法。该系统不仅能控制玉米收获机完成传统的手动作业操作，还可以对玉米果穗收获进行智能化控制，在收获过程中，控制器根据机器运行状况及作物状态做出决策，实时调节拉茎辊转速、割台高度以及作业速度，以提高玉米收获机的收获质量和作业效率。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统，应用于玉米收获机中，所述玉米收获机包括割台50、发动机60和变速箱61，所述割台50包括拉茎辊51、分禾器52和搅龙53。该玉米收获摘穗损失控制系统包括CAN总线、传感器单元10、扶手箱总成15、显示器16、主控制器20、液压控制元件30和液压执行机构40。
所述液压执行机构40包括拉茎辊转速控制液压马达41、车速控制液压马达42和割台高度控制液压缸43；所述拉茎辊转速控制液压马达41与玉米收获机的拉茎辊51连接，用于控制拉茎辊51的转速；所述车速控制液压马达42与玉米收获机的变速箱61连接，用于控制变速箱61的输出转速；所述割台高度控制液压缸43与玉米收获机的割台50连接，用于控制割台50的高度。
所述液压控制元件30包括用于控制拉茎辊转速控制液压马达41的拉茎辊转速控制电磁阀31、用于控制车速控制液压马达42的车速控制电磁阀32和车速控制变量泵33，以及用于控制割台高度控制液压缸43的割台高度控制电磁阀34。
所述传感器单元10包括摘穗损失传感器11、拉茎辊转速传感器12、车速传感器13和割台高度传感器14。
其中，所述摘穗损失传感器11设置于搅龙53输入口上方；摘穗损失传感器11通过图像法采集断穗信息，进而获得玉米收获过程中的摘穗损失率，并经CAN总线，通过主控制器20的CAN通讯端口向主控制器20传输数据。
所述拉茎辊转速传感器12设置在拉茎辊转速控制液压马达41处，检测拉茎辊转速控制液压马达41的转速，进而获得拉茎辊51的转速。
所述车速传感器13设置在变速箱61上，用于检测行驶车速。
所述割台高度传感器14设置在割台50的分禾器52的底面，用于检测割台50离地高度。
所述拉茎辊转速传感器12和车速传感器13通过主控制器20的脉冲信号输入口向主控制器20传输数据；所述割台高度传感器14通过主控制器20的模拟信号输入口向主控制器20传输数据。
所述主控制器20的输出端口分别与拉茎辊转速控制电磁阀31、车速控制电磁阀32和割台高度控制电磁阀34连接。
所述扶手箱总成15包括操纵手柄151、翘板开关152和按键板153；其中，所述翘板开关152与主控制器20电连接；所述操纵手柄151、按键板153和显示器16通过CAN总线与主控制器20的CAN通讯端口连接通讯。
所述玉米收获摘穗损失控制系统包括6个CAN节点，分别为：主控制器20、显示器16、操纵手柄151、按键板153、摘穗损失传感器11和发动机60。
所述主控制器20通过CAN总线获取发动机60的转速信息、按键板153和操纵手柄151的操纵指令，以及摘穗损失传感器11的摘穗损失率数据，并将获取的数据发送至显示器16显示。
所述摘穗损失传感器11包括工业摄像头、图像处理器和TTL转CAN模块，工业摄像头实时采集玉米收获机在收获区域作业时的玉米果穗图像，通过图像处理器判定各果穗图像中的断穗与未断穗，统计出摘穗损失率，然后通过TTL转CAN模块将摘穗损失率数据传输到主控制器20。
一种利用所述的基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统的玉米收获摘穗损失控制方法，该控制方法包括如下具体步骤：
(1)割台高度传感器14实时采集割台50当前距离地面的高度信息，拉茎辊转速传感器12实时采集拉茎辊51的当前转速信息，车速传感器13实时采集车速信息，并将所述割台高度信息、拉茎辊转速信息和车速信息发送至主控制器20；摘穗损失传感器11采集获取断穗信息，得到摘穗损失率，通过CAN总线传递给主控制器20。
(2)主控制器20根据割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率，比对摘穗损失当量值，利用设定的摘穗损失控制策略做出决策，向拉茎辊转速控制电磁阀31、车速控制电磁阀32和割台高度控制电磁阀34发出控制信号。
(3)拉茎辊转速控制电磁阀31根据所述控制信号控制拉茎辊转速控制液压马达41调控拉茎辊51的转速；割台高度控制电磁阀34根据所述控制信号控制割台高度控制液压缸43调控割台50的高度；车速控制电磁阀32根据所述控制信号控制车速控制液压马达42调控作业速度，最终实现摘穗损失自适应调控。
所述控制方法进一步包括断茎秆控制步骤，驾驶员根据玉米收获过程中断茎秆的情况，通过手动操纵翘板开关152，控制拉茎辊转速以减少断茎秆。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的控制系统具有手动收获和自动收获功能，能够根据用户的需求随时调整作业模式，操作方便灵活、工作可靠。
(2)本发明的控制系统采用CAN总线集成技术，基于CAN总线，集成玉米收获质量参数在线检测与传感信息处理、故障诊断系统，保证了控制系统信息传输的实时性和可靠性。
(3)本发明的拉茎辊转速可通过电磁阀调节，收获过程中可根据断穗、漏穗和断茎杆的情况，随时调节拉茎辊转速以降低摘穗损失。
(4)本发明减轻了驾驶员的劳动强度，可根据环境的变化及时对工作部件做出调整，实现玉米收获机在摘穗过程中的多参数自适应调控，达到减小摘穗损失、提高作业质量的目的。
附图说明
图1为基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统的组成示意图；
图2为基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统的安装位置示意图；
图3为扶手箱总成15结构示意图；
图4为基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统的网络拓扑结构图。
其中的附图标记为：
10传感器单元 11摘穗损失传感器
12拉茎辊转速传感器 13车速传感器
14割台高度传感器 15扶手箱总成
16显示器 20主控制器
30液压控制元件 31拉茎辊转速控制电磁阀
32车速控制电磁阀 33车速控制变量泵
34割台高度控制电磁阀 40液压执行机构
41拉茎辊转速控制液压马达 42车速控制液压马达
43割台高度控制液压缸 50割台
51拉茎辊 52分禾器
53搅龙 60发动机
61变速箱 151操纵手柄
152翘板开关 153按键板
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
玉米收获机包括驾驶室、割台50、发动机60和变速箱61，所述割台50包括拉茎辊51、分禾器52和搅龙53。
如图1和图2所示，一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统，包括CAN总线、传感器单元10、扶手箱总成15、显示器16、主控制器20、液压控制元件30和液压执行机构40。
所述液压执行机构40包括拉茎辊转速控制液压马达41、车速控制液压马达42和割台高度控制液压缸43；所述拉茎辊转速控制液压马达41与玉米收获机的拉茎辊51连接，用于控制拉茎辊51的转速；所述车速控制液压马达42与玉米收获机的变速箱61连接，用于控制变速箱61的输出转速；所述割台高度控制液压缸43与玉米收获机的割台50连接，用于控制割台50的高度。
所述液压控制元件30包括用于控制拉茎辊转速控制液压马达41的拉茎辊转速控制电磁阀31、用于控制车速控制液压马达42的车速控制电磁阀32和车速控制变量泵33，以及用于控制割台高度控制液压缸43的割台高度控制电磁阀34。
所述传感器单元10包括摘穗损失传感器11、拉茎辊转速传感器12、车速传感器13和割台高度传感器14。
其中，所述摘穗损失传感器11设置于搅龙53输入口上方；摘穗损失传感器11通过图像法采集断穗信息，进而获得玉米收获过程中的摘穗损失率，并经CAN总线，通过主控制器20的CAN通讯端口向主控制器20传输数据。摘穗损失传感器11包括工业摄像头、图像处理器和TTL转CAN模块，工业摄像头实时采集玉米收获机在收获区域作业时的玉米果穗图像，通过图像处理器判定各果穗图像中的断穗与未断穗，统计出摘穗损失率，然后通过TTL转CAN模块将摘穗损失率数据传输到主控制器20。
所述拉茎辊转速传感器12设置在拉茎辊转速控制液压马达41处，检测拉茎辊转速控制液压马达41的转速，进而获得拉茎辊51的转速。
所述车速传感器13设置在变速箱61上，用于检测行驶车速。
所述割台高度传感器14设置在割台50的分禾器52的底面，用于检测割台50离地高度。
所述拉茎辊转速传感器12和车速传感器13通过主控制器20的脉冲信号输入口向主控制器20传输数据；所述割台高度传感器14通过主控制器20的模拟信号输入口向主控制器20传输数据。
所述主控制器20的输出端口分别与拉茎辊转速控制电磁阀31、车速控制电磁阀32和割台高度控制电磁阀34连接。拉茎辊转速控制电磁阀31根据主控制器20发送的电流信号控制拉茎辊转速控制液压马达41调控拉茎辊51的转速；车速控制电磁阀32根据主控制器20发送的电流信号改变阀口开度，进而改变车速控制变量泵33的斜盘倾角，使得车速控制变量泵33输出不同的流量，控制车速控制液压马达42调控变速箱61的输出转速，进而控制玉米收获机的作业速度；割台高度控制电磁阀34接收主控制器20传输的电流信号控制割台高度控制液压缸43调控割台50的高度。
如图3所示，设置在玉米收获机的驾驶室内的所述扶手箱总成15包括操纵手柄151、翘板开关152和按键板153。
其中，所述操纵手柄151通过CAN总线与主控制器20的CAN通讯端口连接通讯，用于手动对玉米收获机的作业速度(包括前进、倒车、驻车、加速、减速)和割台高度进行控制。
所述翘板开关152与主控制器20电连接，用于手动对拉茎辊转速进行控制。
所述按键板153通过CAN总线与主控制器20的CAN通讯端口连接通讯，可进行驻车模式、道路模式和作业模式共三种行车模式，以及手动控制和自动控制两种收获模式的选择。
所述显示器16通过CAN总线与主控制器20的CAN通讯端口连接通讯。
如图4所示，所述玉米收获摘穗损失控制系统采用CAN总线进行数据的采集和传输，该玉米收获摘穗损失控制系统包括6个CAN节点，分别为：主控制器20、显示器16、操纵手柄151、按键板153、摘穗损失传感器11和发动机60。
所述主控制器20通过CAN总线获取发动机60的转速信息，判断当前发动机转速是否满足玉米收获作业条件。主控制器20通过CAN总线获取按键板153和操纵手柄151的操纵指令，进行模式选择以及作业速度和割台高度控制。主控制器20通过CAN总线获取摘穗损失传感器11的摘穗损失率数据。主控制器20将获取的数据(包括发动机转速、割台高度、拉茎辊转速、车速和摘穗损失率)发送至显示器16显示。
本发明提供一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制方法，能够实现玉米收获机在摘穗收获过程中的多参数自适应调控。该控制方法包括如下具体步骤：
1、割台高度传感器14实时采集割台50当前距离地面的高度信息，拉茎辊转速传感器12实时采集拉茎辊51的当前转速信息，车速传感器13实时采集车速信息，并将所述割台高度信息、拉茎辊转速信息和车速信息发送至主控制器20；摘穗损失传感器11采集获取断穗信息，得到摘穗损失率，通过CAN总线传递给主控制器20；
2、主控制器20根据割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率，比对摘穗损失当量值，利用设定的摘穗损失控制策略做出决策，向拉茎辊转速控制电磁阀31、车速控制电磁阀32和割台高度控制电磁阀34发出控制信号；
3、拉茎辊转速控制电磁阀31根据所述控制信号控制拉茎辊转速控制液压马达41调控拉茎辊51的转速；割台高度控制电磁阀34根据所述控制信号控制割台高度控制液压缸43调控割台50的高度；车速控制电磁阀32根据所述控制信号控制车速控制液压马达42调控作业速度，最终实现摘穗损失自适应调控。
所述摘穗损失当量值为预设的摘穗损失率的允许范围，且与摘穗损失传感器11的数据形式相同。
步骤2中所述摘穗损失控制策略为根据各传感器采集的数据，制定割台高度控制液压缸43、拉茎辊转速控制液压马达41以及车速控制液压马达42的相应动作，以最佳参数组合作业达到最小摘穗损失。
优选地，所述控制方法进一步包括断茎秆控制步骤，驾驶员根据玉米收获过程中断茎秆的情况，通过手动操纵翘板开关152，控制拉茎辊转速以减少断茎秆。
本发明的工作过程如下：
驾驶员可通过按键板153选择驻车模式、道路模式和作业模式共三种行车模式，以及手动控制和自动控制两种收获模式。
在道路模式和作业模式下，驾驶员能够通过扶手箱总成15的按键板153上的按键手动调节割台50升降和拉茎辊51转速，通过操纵手柄151手动调节车速；在作业模式下，若按下自动控制按键，所述玉米收获机将进行摘穗损失自适应调控；若在自动收获过程中触碰手动控制按键，控制系统将退出自动控制模式，回到手动控制。
在自动控制过程中，利用割台高度传感器14实时采集割台50当前距离地面的高度信息，利用拉茎辊转速传感器12实时采集拉茎辊51当前转速信息，利用车速传感器13实时采集车速信息，并将所述割台高度信息、拉茎辊转速信息和车速信息发送至主控制器20，利用摘穗损失传感器11采集获取断穗信息，通过CAN总线传递给主控制器20；主控制器20根据割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率，比对摘穗损失当量值，利用设定的摘穗损失控制策略做出决策，发出控制信号，同时将割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率发送至显示器16显示。拉茎辊转速控制电磁阀31根据主控制器20发送的电流信号控制拉茎辊转速控制液压马达41调控拉茎辊51的转速；车速控制电磁阀32根据主控制器20发送的电流信号控制车速控制液压马达42调控变速箱61的输出转速，进而控制玉米收获机的作业速度；割台高度控制电磁阀34接收主控制器20传输的电流信号控制割台高度控制液压缸43调控割台50的高度，最终实现摘穗损失自适应调控。
断茎秆控制是依据驾驶员观察断茎秆获取信息，通过手动控制翘板开关152，控制拉茎辊转速以减少断茎秆。
Claims (5)
1.一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统，应用于玉米收获机中，所述玉米收获机包括割台(50)、发动机(60)和变速箱(61)，所述割台(50)包括拉茎辊(51)、分禾器(52)和搅龙(53)，其特征在于：该玉米收获摘穗损失控制系统包括CAN总线、传感器单元(10)、扶手箱总成(15)、显示器(16)、主控制器(20)、液压控制元件(30)和液压执行机构(40)；
所述液压执行机构(40)包括拉茎辊转速控制液压马达(41)、车速控制液压马达(42)和割台高度控制液压缸(43)；所述拉茎辊转速控制液压马达(41)与玉米收获机的拉茎辊(51)连接，用于控制拉茎辊(51)的转速；所述车速控制液压马达(42)与玉米收获机的变速箱(61)连接，用于控制变速箱(61)的输出转速；所述割台高度控制液压缸(43)与玉米收获机的割台(50)连接，用于控制割台(50)的高度；
所述液压控制元件(30)包括用于控制拉茎辊转速控制液压马达(41)的拉茎辊转速控制电磁阀(31)、用于控制车速控制液压马达(42)的车速控制电磁阀(32)和车速控制变量泵(33)，以及用于控制割台高度控制液压缸(43)的割台高度控制电磁阀(34)；
所述传感器单元(10)包括摘穗损失传感器(11)、拉茎辊转速传感器(12)、车速传感器(13)和割台高度传感器(14)；
其中，所述摘穗损失传感器(11)设置于搅龙(53)输入口上方；摘穗损失传感器(11)通过图像法采集断穗信息，进而获得玉米收获过程中的摘穗损失率，并经CAN总线，通过主控制器(20)的CAN通讯端口向主控制器(20)传输数据；
所述拉茎辊转速传感器(12)设置在拉茎辊转速控制液压马达(41)处，检测拉茎辊转速控制液压马达(41)的转速，进而获得拉茎辊(51)的转速；
所述车速传感器(13)设置在变速箱(61)上，用于检测行驶车速；
所述割台高度传感器(14)设置在割台(50)的分禾器(52)的底面，用于检测割台(50)离地高度；
所述拉茎辊转速传感器(12)和车速传感器(13)通过主控制器(20)的脉冲信号输入口向主控制器(20)传输数据；所述割台高度传感器(14)通过主控制器(20)的模拟信号输入口向主控制器(20)传输数据；
所述主控制器(20)的输出端口分别与拉茎辊转速控制电磁阀(31)、车速控制电磁阀(32)和割台高度控制电磁阀(34)连接；
所述扶手箱总成(15)包括操纵手柄(151)、翘板开关(152)和按键板(153)；其中，所述翘板开关(152)与主控制器(20)电连接；所述操纵手柄(151)、按键板(153)和显示器(16)通过CAN总线与主控制器(20)的CAN通讯端口连接通讯。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统，其特征在于：所述玉米收获摘穗损失控制系统包括(6)个CAN节点，分别为：主控制器(20)、显示器(16)、操纵手柄(151)、按键板(153)、摘穗损失传感器(11)和发动机(60)；
所述主控制器(20)通过CAN总线获取发动机(60)的转速信息、按键板(153)和操纵手柄(151)的操纵指令，以及摘穗损失传感器(11)的摘穗损失率数据，并将获取的数据发送至显示器(16)显示。
3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统，其特征在于：所述摘穗损失传感器(11)包括工业摄像头、图像处理器和TTL转CAN模块，工业摄像头实时采集玉米收获机在收获区域作业时的玉米果穗图像，通过图像处理器判定各果穗图像中的断穗与未断穗，统计出摘穗损失率，然后通过TTL转CAN模块将摘穗损失率数据传输到主控制器(20)。
4.一种利用权利要求1-3任意一项所述的基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制系统的玉米收获摘穗损失控制方法，其特征在于：该控制方法包括如下具体步骤：
(1)割台高度传感器(14)实时采集割台(50)当前距离地面的高度信息，拉茎辊转速传感器(12)实时采集拉茎辊(51)的当前转速信息，车速传感器(13)实时采集车速信息，并将所述割台高度信息、拉茎辊转速信息和车速信息发送至主控制器(20)；摘穗损失传感器(11)采集获取断穗信息，得到摘穗损失率，通过CAN总线传递给主控制器(20)；
(2)主控制器(20)根据割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率，比对摘穗损失当量值，利用设定的摘穗损失控制策略做出决策，向拉茎辊转速控制电磁阀(31)、车速控制电磁阀(32)和割台高度控制电磁阀(34)发出控制信号；
(3)拉茎辊转速控制电磁阀(31)根据所述控制信号控制拉茎辊转速控制液压马达(41)调控拉茎辊(51)的转速；割台高度控制电磁阀(34)根据所述控制信号控制割台高度控制液压缸(43)调控割台(50)的高度；车速控制电磁阀(32)根据所述控制信号控制车速控制液压马达(42)调控作业速度，最终实现摘穗损失自适应调控。
5.根据权利要求4所述的玉米收获摘穗损失控制方法，其特征在于：所述控制方法进一步包括断茎秆控制步骤，驾驶员根据玉米收获过程中断茎秆的情况，通过手动操纵翘板开关(152)，控制拉茎辊转速以减少断茎秆。
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