CN109566064B - 一种谷物收获机损失量检测装置及检测方法 - Google Patents

一种谷物收获机损失量检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

一种谷物收获机损失量检测装置及检测方法，该损失量检测装置安装在清选筛尾部混合物排出位置下方的任一区域内，通过前述损失量检测装置收集谷物信息，获取实际谷物重量V0；根据检测到的实际谷物重量V0，损失量检测装置所占据的网格化矩形小区域位置，以及网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型得到实际谷物损失量Vs。本发明以传感器技术与计算机技术为基础，结合机械的方法以及科学的数学模型，设计了一套谷物收获机损失量检测装置，实现了清选损失量的实时监测，改变了传统的人工清选方式，节约大量人力物力。

Description

一种谷物收获机损失量检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及属于农业技术领域，尤其是一种谷物收集的检测装置，具体地说是一种谷物收获机损失量检测装置及检测方法。
背景技术
联合收割机清选装置普遍采用风筛式结构，主要由清选风机及振动筛等组成。在收获过程中，联合收割机的清选风机以及振动筛共同作用将谷物与杂余进行分离，其中粮食籽粒进入粮仓，杂余部分随风机被排出，但难免会有少量谷物夹杂在杂余中被排出。目前清选损失率是衡量联合收割机作业性能重要指标之一，因此能够准确、实时地监测谷物收获损失率对实现精准农业具有重要意义。
迄今为止，联合收割机清选损失率的检测主要依靠人工清选分离，不仅工作繁重而且耗费大量人力，而且不能实现实时监测。虽然已有学者通过传感器检测的方法对清选损失率进行监测，但由于作业工况以及收割机本身因素的影响，很难达到理想精度，实际上，对联合收割机损失量的精准检测成为需要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是针对针对上述现有技术存在的缺点，提出一种谷物收获机损失量检测装置及检测方法。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种谷物收获机损失量检测装置，该损失量检测装置安装在清选筛尾部混合物排出位置下方的任一区域内，它包括从上至下依次设置的抖动筛、收集板和托板；
所述的抖动筛上安装有第一风机和第一电机，前述第一电机用于控制抖动筛的抖动；
所述的收集板上安装有第二风机和第二电机，前述第二电机用于控制收集板的开合；
所述的托板上安装有传感器元件和第三电机，前述传感器单元用于检测掉落在托板上的谷物重量，前述传感器单元的检测信号输出端与检测装置处理器的检测信号输入端相连，提供谷物参数。
进一步地，抖动筛、收集板和托板的中心在同一轴线上，且抖动筛、收集板和托板的面积依次减小。
进一步地，抖动筛和收集板向收割机内部倾斜2-10°。
进一步地，所述的传感器元件采用电阻式压力传感器或者称重传感器。(电阻式传感器获取电压信号，对产生的电压信号进行预处理，包括滤波和去噪处理，得到预处理的电压信号，输出给处理器，得到重量)
一种谷物收获机损失量检测方法，应用谷物收获机损失量检测装置，该方法包括以下步骤：
首先，将损失量检测装置安装在清选筛尾部混合物排出位置下方的任一区域内；
其次，通过前述损失量检测装置收集谷物信息，获取实际谷物重量V0；
最后，根据检测到的实际谷物重量V0，损失量检测装置所占据的网格化矩形小区域位置，以及网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型得到实际谷物损失量Vs。
进一步地，实际谷物重量的获取步骤包括：
S1、实时收集谷物收获机清选筛尾部排出来的、损失量检测装置安装位置处的谷物与杂余，通过第一电机控制抖动筛将谷物筛到收集板上，同时，采用第一风机将杂余吹出；
S2、收集板收集落下的部分杂余吹出后的谷物；通过第二风机再次将杂余吹出；
S3、采用超声波测距传感器和转速传感器分别采集谷物收获机的割幅和行走速度，获取收割面积；
S4、将步骤S3获取的收割面积与预设的阈值进行对比，达到阈值后，第二电机控制收集板打开，将收集板谷物落到托板上；
S5、托板上的传感器元件实时监测区域内掉落的实际谷物重量V0，并传输至处理器。
进一步地，步骤S4之后，第三电机控制托板打开，输出谷物。
进一步地，网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型采用如下步骤获取：
建立试验台架，选取与谷物收获机相同的结构参数；
将谷物收获机尾部清选筛排出谷物的收集面平均分为多个网格化矩形小区域，在前述网格化矩形小区域上布置接料盒；
通过改变谷物收获机参数，人工收集各接料盒内的谷物量，建立网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型；
前述谷物收获机参数包括风机转速。
进一步地，该模型建立具体包括以下步骤：
以谷物收获机尾部清选筛物料排出方向设为X轴，清选筛宽度为Y轴，设坐标原点O，将收集面平均分为多个网格化矩形小区域，在收集面放置若干个与网格化矩形小区域数量一致的接料盒，称重各接料盒中籽粒质量mij，
沿Y、轴方向各列接料盒内籽粒质量比例分别累加，得到籽粒损失分布范围内沿X轴的质量比例di:
Figure GDA0002376355350000041
沿X轴方向各列接料盒内籽粒质量比例分别累加，得到籽粒损失分布范围内沿Y轴的质量比例dj:
Figure GDA0002376355350000042
其中，i表示X轴接料盒编号，m表示X轴接料盒总数，j表示Y轴接料盒编号，n表示Y轴接料盒总数；
Figure GDA0002376355350000043
表示所有接料盒获取的损失总量；
建立损失籽粒质量比沿X轴、Y轴的正向分布概率模型,在清选筛不同风机转速情况下,获取籽粒沿X轴与Y轴方向各列接料盒内籽粒质量比例之和dj、di,录入非线性拟合系统(Origin 8软件),根据不同风机转速下损失籽粒质量比沿X轴、Y轴的正向分布概率模型，获取待定常数A,k，xc和B,y0，t1；
Figure GDA0002376355350000044
Figure GDA0002376355350000045
建立监测区域各接料盒籽粒质量与总籽粒质量比例系数γ模型；
Figure GDA0002376355350000046
其中：i表示接料盒的X轴编号，j表示接料盒的Y轴编号。
进一步地，根据检测到的实际谷物重量V0，损失量检测装置所占据的网格化矩形小区域位置，以及网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型得到实际谷物损失量Vs采用下述公式获取：
Figure GDA0002376355350000051
其中，Vs表示实际谷物损失量；V0表示传感器获取的实际谷物重量；∑γ表示抖动筛(1)所对应的收集面上，所有接料盒籽粒质量与总籽粒质量比例系数之和。
本发明的有益效果：
本发明以传感器技术与计算机技术为基础，结合机械的方法以及科学的数学模型，设计了一套谷物收获机损失量检测装置，实现了清选损失量的实时监测，改变了传统的人工清选方式，节约大量人力物力。
本发明可以得到联合收割机作业过程中单位面积谷物损失量的变化趋势，为联合收割机最佳工作参数的调整提供可靠依据，提高作业性能与工作效率。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的工作原理图。
图3是本发明中谷物排出收集面的示意图。
1、抖动筛；2、收集板；3、传感器元件；4、风机；6、风机；7、电机；8、电机；9、托板。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明的清选损失量检测系统包括损失量检测装置、微控制器、供电模块组成，所述的损失量检测装置安装于清选筛尾部，第一层(抖动筛1：过滤掉谷物，风机4：吹出杂余，电机5：控制抖动筛1振动)；第二层(收集板2：收集过滤后的谷物，风机6：吹出细小杂余，电机7：控制收集板2开合)；第三层(传感器元件3：检测谷物重量，托板9：固定传感器，电机8：控制托板9开合)。传感器元件的信号输出端与微控制器的信号输入端相连，采集谷物损失量数据并显示于二次仪表。
所述的抖动筛1、收集板2安装应向收割机内部倾斜2-10°，防止落到抖动筛1与收集板2上的谷物滑落出检测装置，保证传感器有效的监测清选筛尾部的谷物信号。
所述的传感器元件可采用电阻式压力传感器、称重传感器等，传感器元件3安装于检测装置的第三层，传感器元件尺寸为50*50mm，供电电压为5V，当谷物与传感器元件接触后会产生变化的电阻信号。
所述的收割机行走速度、风机转速、割幅等通过传感器采集对应的数据接入单片机，并对数据进行处理，计算出收割面积，显示于二次仪表。
一种谷物收获机损失量检测装置的检测方法的，其中检测方法步骤包括以下：
1、损失量检测装置实时收集清选筛尾部排出来的谷物与杂余，并通过电机5控制抖动筛1将谷物筛到收集板2上，风机4将大的杂余吹出。
2、收集板2收集落下的谷物，风机6将细小杂余吹出，电机7通过单片机反馈的单位收割面积控制收集板2开合，将收集板谷物落到托板9上。
3、谷物落在传感器元件3监测区域会产生应变片阻值变化，通过信号调制电路将电阻信号转换成电压信号并传输到二次仪表并计算出重量，在开合板2开合后，电机8控制托板9开合。
本发明的步骤3中，对产生的电压信号进行预处理，包括滤波和去噪处理，得到预处理的电压信号。
具体实施时：
一种谷物收获机损失量检测方法，应用谷物收获机损失量检测装置，该方法包括以下步骤：
首先，将损失量检测装置安装在清选筛尾部混合物排出位置下方的任一区域内；
其次，通过前述损失量检测装置收集谷物信息，获取实际谷物重量V0；
S1、实时收集谷物收获机清选筛尾部排出来的、损失量检测装置安装位置处的谷物与杂余，通过第一电机5控制抖动筛1将谷物筛到收集板2上，同时，采用第一风机4将杂余吹出；
S2、收集板2收集落下的部分杂余吹出后的谷物；通过第二风机6再次将杂余吹出；
S3、采用超声波测距传感器和转速传感器分别采集谷物收获机的割幅和行走速度，获取收割面积；
S4、将步骤S3获取的收割面积与预设的阈值进行对比，达到阈值后，第二电机7控制收集板2打开，将收集板谷物落到托板9上；第三电机8控制托板9打开，输出谷物；
S5、托板9上的传感器元件3实时监测区域内掉落的实际谷物重量V0，并传输至处理器。
最后，根据检测到的实际谷物重量V0，损失量检测装置所占据的网格化矩形小区域位置，以及网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型得到实际谷物损失量Vs。
前述网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型采用如下步骤获取：
建立试验台架，选取与谷物收获机相同的结构参数；
以谷物收获机尾部清选筛物料排出方向设为X轴，清选筛宽度为Y轴，设坐标原点O，将收集面平均分为多个网格化矩形小区域，在收集面放置若干个与网格化矩形小区域数量一致的接料盒，称重各接料盒中籽粒质量mij，
沿Y、轴方向各列接料盒内籽粒质量比例分别累加，得到籽粒损失分布范围内沿X轴的质量比例di:
Figure GDA0002376355350000081
沿X轴方向各列接料盒内籽粒质量比例分别累加，得到籽粒损失分布范围内沿Y轴的质量比例dj:
Figure GDA0002376355350000082
其中，i表示X轴接料盒编号，m表示X轴接料盒总数，j表示Y轴接料盒编号，n表示Y轴接料盒总数；
Figure GDA0002376355350000083
表示所有接料盒获取的损失总量；
建立损失籽粒质量比沿X轴、Y轴的正向分布概率模型,在清选筛不同风机转速情况下,获取籽粒沿X轴与Y轴方向各列接料盒内籽粒质量比例之和dj、di,录入非线性拟合系统(Origin 8软件),根据不同风机转速下损失籽粒质量比沿X轴、Y轴的正向分布概率模型，获取待定常数A,k，xc和B,y0，t1；
Figure GDA0002376355350000084
Figure GDA0002376355350000091
建立监测区域各接料盒籽粒质量与总籽粒质量比例系数γ模型；
Figure GDA0002376355350000092
其中：i表示接料盒的X轴编号，j表示接料盒的Y轴编号。
进一步地，根据检测到的实际谷物重量V0，损失量检测装置所占据的网格化矩形小区域位置，以及网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型得到实际谷物损失量Vs采用下述公式获取：
Figure GDA0002376355350000093
其中，Vs表示实际谷物损失量；V0表示传感器获取的实际谷物重量；∑γ表示抖动筛(1)所对应的收集面上，所有接料盒籽粒质量与总籽粒质量比例系数之和。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种谷物收获机损失量检测装置，其特征在于，该损失量检测装置安装在清选筛尾部混合物排出位置下方的任一区域内，它包括从上至下依次设置的抖动筛(1)、收集板(2)和托板(9)；
所述的抖动筛(1)上安装有第一风机(4)和第一电机(5)，前述第一电机(5)用于控制抖动筛(1)的抖动；
所述的收集板(2)上安装有第二风机(6)和第二电机(7)，前述第二电机(7)用于控制收集板(2)的开合；
所述的托板(9)上安装有传感器元件(3)和第三电机(8)，前述传感器元件(3)用于检测掉落在托板(9)上的谷物重量，前述传感器元件(3)的检测信号输出端与检测装置处理器的检测信号输入端相连，提供谷物参数；
抖动筛(1)、收集板(2)和托板(9)的中心在同一轴线上，且抖动筛(1)、收集板(2)和托板(9)的面积依次减小；抖动筛(1)和收集板(2)向收割机内部倾斜2-10°。
2.根据权利要求1所述的谷物收获机损失量检测装置，其特征在于，所述的传感器元件(3)采用电阻式压力传感器或者称重传感器。
3.一种谷物收获机损失量检测方法，应用权利要求1所述的谷物收获机损失量检测装置，其特征在于该方法包括以下步骤：
首先，将损失量检测装置安装在清选筛尾部混合物排出位置下方的任一区域内；
其次，通过前述损失量检测装置收集谷物信息，获取实际谷物重量V0；
最后，根据检测到的实际谷物重量V0，损失量检测装置所占据的网格化矩形小区域位置，以及网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型得到实际谷物损失量Vs。
4.根据权利要求3所述的谷物收获机损失量检测方法，其特征在于实际谷物重量的获取步骤包括：
S1、实时收集谷物收获机清选筛尾部排出来的、损失量检测装置安装位置处的谷物与杂余，通过第一电机(5)控制抖动筛(1)将谷物筛到收集板(2)上，同时，采用第一风机(4)将杂余吹出；
S2、收集板(2)收集落下的部分杂余吹出后的谷物；通过第二风机(6)再次将杂余吹出；
S3、采用超声波测距传感器和转速传感器分别采集谷物收获机的割幅和行走速度，获取收割面积；
S4、将步骤S3获取的收割面积与预设的阈值进行对比，达到阈值后，第二电机(7)控制收集板(2)打开，将收集板谷物落到托板(9)上；
S5、托板(9)上的传感器元件(3)实时监测区域内掉落的实际谷物重量V0，并传输至处理器。
5.根据权利要求4所述的谷物收获机损失量检测方法，其特征在于步骤S4之后，第三电机(8)控制托板(9)打开，输出谷物。
6.根据权利要求4所述的谷物收获机损失量检测方法，其特征在于网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型采用如下步骤获取：
建立试验台架，选取与谷物收获机相同的结构参数；
将谷物收获机尾部清选筛排出谷物的收集面平均分为多个网格化矩形小区域，在前述网格化矩形小区域上布置接料盒；
通过改变谷物收获机参数，人工收集各接料盒内的谷物量，建立网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型；
前述谷物收获机参数包括风机转速。
7.根据权利要求6所述的谷物收获机损失量检测方法，其特征在于该模型建立具体包括以下步骤：
以谷物收获机尾部清选筛物料排出方向设为X轴，清选筛宽度为Y轴，设坐标原点O，将收集面平均分为多个网格化矩形小区域，在收集面放置若干个与网格化矩形小区域数量一致的接料盒，称重各接料盒中籽粒质量mij，沿Y、轴方向各列接料盒内籽粒质量比例分别累加，得到籽粒损失分布范围内沿X轴的质量比例di:
Figure FDA0002407621850000031
沿X轴方向各列接料盒内籽粒质量比例分别累加，得到籽粒损失分布范围内沿Y轴的质量比例dj:
Figure FDA0002407621850000032
其中，i表示X轴接料盒编号，m表示X轴接料盒总数，j表示Y轴接料盒编号，n表示Y轴接料盒总数；
Figure FDA0002407621850000033
表示所有接料盒获取的损失总量；
建立损失籽粒质量比沿X轴、Y轴的正向分布概率模型,在清选筛不同风机转速情况下,获取籽粒沿X轴与Y轴方向各列接料盒内籽粒质量比例之和dj、di,录入非线性拟合系统,根据不同风机转速下损失籽粒质量比沿X轴、Y轴的正向分布概率模型，获取待定常数A,k，xc和B,y0，t1；
Figure FDA0002407621850000034
Figure FDA0002407621850000035
建立监测区域各接料盒籽粒质量与总籽粒质量比例系数γ模型；
Figure FDA0002407621850000036
其中：i表示接料盒的X轴编号，j表示接料盒的Y轴编号。
8.根据权利要求3所述的谷物收获机损失量检测方法，其特征在于：根据检测到的实际谷物重量V0，损失量检测装置所占据的网格化矩形小区域位置，以及网格化矩形小区域与总体清选损失量之间的数学模型得到实际谷物损失量Vs采用下述公式获取：
Figure FDA0002407621850000041
其中，Vs表示实际谷物损失量；V0表示传感器获取的实际谷物重量；∑γ表示抖动筛(1)所对应的收集面上，所有接料盒籽粒质量与总籽粒质量比例系数之和。
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