CN109892074B - 播种下压力监控装置及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及农业智能装备领域，提供一种播种下压力监控装置及监控方法，其中监控装置包括执行机构、第一传感器、第二传感器和下压力预测模块；执行机构的动作端与仿形四连杆相连，用于为仿形四连杆提供下压力；第一传感器用于实时检测所述仿形四连杆的倾斜角度；第二传感器用于实时检测执行机构的压力值；下压力预测模块用于根据仿形四连杆的倾斜角度及执行机构的压力值实时获取播种下压力值。本发明实施例提供的播种下压力监控装置利用下压力预测模块根据该仿形四连杆的倾斜角度及执行机构的压力值实时获取播种下压力值，实现对播种下压力的实时精确检测；且该监控装置可以适用于不同形式的播种机，降低播种下压力的监测成本。

Description

播种下压力监控装置及监控方法

技术领域

本发明实施例涉及农业智能装备技术领域，尤其涉及一种播种下压力监控装置及监控方法。

背景技术

精密播种技术可以在不改变播种密度前提下，提高播种粒距均匀性和播深一致性，达到节本增效的作用，是当前研究的重点。其中，播种深度是种子萌发、出苗及生长发育的关键，不一致的播种深度，会影响出苗整齐度，造成大小苗现象，进而影响产量。传统播种深度控制方式是根据经验调整播种单体的仿形四连杆处的弹簧预紧力，以达到适宜的对地压力和播种深度。保护性耕作下，由于地表起伏和残茬覆盖等现象，土壤阻力区间变化较大，造成作业机具振动，影响开沟深度；而传统弹簧方式需要根据土壤状况手动调节开沟深度、维持稳定播深，且在作业过程中无法实时调节。因此，有必要对播种单体下压力进行主动控制。

发明内容

本发明实施例提供一种播种下压力监控装置及监控方法，用以解决现有技术中播种深度的控制精确性不高的技术问题，实现播种下压力的实时精确控制。

本发明实施例提供一种播种下压力监控装置，包括：执行机构、第一传感器、第二传感器和下压力预测模块；所述执行机构的动作端与仿形四连杆相连，用于为所述仿形四连杆提供下压力；所述第一传感器与所述仿形四连杆相连，用于实时检测所述仿形四连杆的倾斜角度；所述第二传感器与所述执行机构相连，用于实时检测所述执行机构的压力值；所述下压力预测模块分别与所述第一传感器及所述第二传感器相连，用于根据所述仿形四连杆的倾斜角度及所述执行机构的压力值实时获取播种下压力值。

本发明实施例提供一种播种下压力监控方法，包括：根据实时获取的执行机构的压力值以及仿形四连杆的倾斜角度，利用下压力预测模型实时获取播种下压力值；所述下压力预测模型基于执行机构的压力值、仿形四连杆的倾斜角度及对应的实际播种下压力值获得；其中，所述执行机构的动作端与所述仿形四连杆相连，用于为所述仿形四连杆提供下压力。

本发明实施例提供的播种下压力监控装置及监控方法，通过第一传感器检测仿形四连杆的倾斜角度，以及通过第二传感器检测执行机构的压力值，使得下压力预测模块根据该仿形四连杆的倾斜角度及执行机构的压力值实时获取播种下压力值，实现对播种下压力的实时精确检测；且该监控装置仅涉及仿形四连杆，可以适用于不同形式的播种机，结构简单、改装方便，降低了播种下压力的监测成本，为后续基于作业处方图的播种深度控制奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的播种下压力监控装置的结构示意图；

图2为本发明提供的执行机构为气囊时的气压监测原理图；

图3为本发明提供的执行机构为液压缸时的液压监测原理图；

图4为本发明提供的播种下压力监控方法的流程框图；

其中，1-横梁；2-仿形四连杆；3-破茬刀；4-圆盘刀；5-限深轮；6-镇压轮；7-第一传感器；8-执行机构；9-固定座；10-动力源；11-比例阀；12-第二传感器；13-上位机；14-信号采集控制卡。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

图1示出了本发明用于播种下压力监控装置的一个优选实施例，如图1所示，该播种下压力监控装置包括：执行机构8、第一传感器7、第二传感器12和下压力预测模块；执行机构8的动作端与仿形四连杆2相连，用于为仿形四连杆2提供下压力；第一传感器7与仿形四连杆2相连，用于实时检测仿形四连杆2的倾斜角度；第二传感器12与执行机构8相连，用于实时检测执行机构8的压力值；下压力预测模块分别与第一传感器7及第二传感器12相连，用于根据仿形四连杆2的倾斜角度及执行机构8的压力值实时获取播种下压力值。

具体地，在播种单体的实际作业过程中，在仿形四连杆2的作用下，圆盘刀4沿着破茬刀3方向切入土壤并开出种沟，两侧的限深轮5则始终贴地运动并压实土壤，其中圆盘刀4与限深轮5的相对位置差即为开沟深度。当地面起伏或土壤物化特性改变时，土壤开沟和压实阻力发生变化，造成圆盘刀4的振动和仿形四连杆2倾角的改变。通过将该执行机构8与仿形四连杆2相连，例如，执行机构8的上端通过固定座9与播种单体上的横梁1相连，执行机构8的下端通过改装支架固定在仿形四连杆2上；例如，执行机构8可以为气囊或液压缸等可以为仿形四连杆2提供下压力的部件，即只要该执行机构8可以为仿形四连杆2提供下压力，其可以为任意结构；则执行机构8可对仿形四连杆2施加额外的力，即为播种单体提供一个竖直方向的补偿力，一方面其可以满足地表残茬覆盖下破茬和开沟的需要，保证稳定的开沟深度，另一方面其可使限深轮5和镇压轮6始终贴紧并压实土壤，营造一个“上松下实”的种沟环境，减少落种跳动，利于蓄水保墒，保证种子后期发育。

以及，将第一传感器7与仿形四连杆2相连，用于实时监测仿形四连杆2的倾斜角度；例如，该第一传感器7为角度传感器或倾角传感器等，即只要该第一传感器7可以实时监测到仿形四连杆2的倾斜角度，其可以为任意结构形式的传感器。若该第一传感器7为角度传感器，根据角度传感器的测量原理，则将该角度传感器设置在仿形四连杆2的转动铰接处，以使得该角度传感器可以较准确的测量仿形四连杆2的倾斜角度；若该第一传感器7为倾角传感器，根据倾角传感器的测量原理，则可将该倾角传感器设置在仿形四连杆2的上臂处，如图2和图3所示，以使得该倾角传感器可以较准确的测量仿形四连杆2的倾斜角度。

以及，将第二传感器12与执行机构8相连，用于实时检测执行机构8的压力值；则该第二传感器12可以为压力传感器或者其他用于测量压力的传感器等；且根据执行机构8的压力值可以得到执行机构8对仿形四连杆2的作用力。若执行机构8为气囊，则可将第二传感器12设置在气囊与气罐相连的管路上，以使得该第二传感器12可以实时检测执行机构8的压力值，即实时监测到执行机构8对仿形四连杆2的作用力。且将下压力预测模块分别与第一传感器7及第二传感器12相连，例如，该连接关系为电连接等，则下压力预测模块可以实时获取到第一传感器7和第二传感器12的检测值，即下压力预测模块可以实时获取到仿形四连杆2的倾斜角度及执行机构8的压力值；使得下压力预测模块可以根据该仿形四连杆2的倾斜角度及执行机构8的压力值得到播种下压力值，实现对播种下压力值的实时监测。

在本实施例中，通过第一传感器7检测仿形四连杆2的倾斜角度，以及通过第二传感器12检测执行机构8的压力值，使得下压力预测模块根据该仿形四连杆2的倾斜角度及执行机构8的压力值实时获取播种下压力值，实现对播种下压力的实时精确检测；且该监控装置仅涉及仿形四连杆2，可以适用于不同形式的播种机，结构简单、改装方便，降低了播种下压力的监测成本，为后续基于作业处方图的播种深度控制奠定基础。

进一步地，播种下压力监控装置，还包括：比例阀11；比例阀11分别与执行机构8及下压力预测模块相连，用于根据实时获取的所述播种下压力值控制执行机构8的压力值。若执行机构8为气囊，则该比例阀11为电气比例阀11；或者，若该执行机构8为液压缸，则该比例阀11为液压比例阀11。且将该比例阀11分别与执行机构8及下压力预测模块相连，例如，将比例阀11设置在气罐与气囊相连的管路上，或者将比例阀11设置在油箱与液压缸相连的管路上；即，将比例阀11的一端与执行机构8的入口连通，比例阀11的另一端与动力源10相连，例如，动力源10为气罐或油箱；相应地，可将第二传感器12设在比例阀11的一端与执行机构8的入口连通的管路上，则该第二传感器12可以用于检测比例阀11的出口压力，进而得到执行机构8的压力值。以及，将比例阀11与下压力预测模块相连，例如，二者的连接关系为电连接；则当下压力预测模块根据第一传感器7实时检测的仿形四连杆2的倾斜角度和第二传感器12实时监测的执行机构8的压力值得到播种下压力值时，可以根据该播种下压力值反馈调节比例阀11的开度，进而达到调节执行机构8的压力值的目的，即改变了实际的播种下压力值，从而使得实际的播种下压力值保持在设定的播种下压力值的误差范围内。

进一步地，播种下压力监控装置，还包括：比较模块和控制模块；比较模块与下压力预测模块相连，用于将实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值进行比较，以使下压力预测模块根据比较模块的比较结果获取执行机构8的压力所需值；控制模块分别与下压力预测模块及比例阀11相连，用于根据下压力预测模块获取的执行机构8的压力所需值调节比例阀11的开度，以使所述比例阀11控制执行机构8的压力值。例如，比较模块与下压力预测模块的连接关系为电连接，控制模块与下压力预测模块及比例阀11的连接关系也均为电连接；则当下压力预测模块根据第一传感器7实时检测的仿形四连杆2的倾斜角度和第二传感器12实时监测的执行机构8的压力值得到播种下压力值后，比较模块将实时播种下压力值与播种所需的下压力值(即，设定的播种下压力值)进行比较，可以监测到实际的播种下压力值是否在设定的播种下压力值的误差范围内。

若比较模块的比较结果为实际的播种下压力值不在设定的播种下压力值的误差范围内，则下压力预测模块会重新获取执行机构8的压力所需值，即下压力预测模块根据设定的播种下压力值和实时获取的仿形四连杆2的倾斜角度获取到执行机构8的压力所需值。且控制模块分别与下压力预测模块及比例阀11相连，例如，上述的连接关系为电连接等，则控制模块会根据下压力预测模块重新获取到的执行机构8的压力所需值调节比例阀11的开度，例如，控制模块根据重新获取的执行机构8的压力所需值调大或调小比例阀11的开度；由于比例阀的一端与动力源相连，另一端与执行机构8相连，则调节比例阀11的开度，可以控制执行机构8的压力值。当调大或调小比例阀11的开度时，可以进一步调大或调小执行机构8的压力值；从而使得下压力预测模块根据调节后的执行机构8的压力值和实时检测的仿形四连杆2的倾斜角度得到的实时播种下压力值维持在设定的播种下压力值的阈值范围内。

例如，当实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差小于阈值时，下压力预测模块则根据设定的播种下压力值和实时获取的仿形四连杆2倾斜角度重新获取到执行机构8的压力所需值，控制模块则根据重新获取的执行机构8的压力所需值将比例阀11的开度调大，进而增大执行机构8的压力值，即增大执行机构8对仿形四连杆2的作用力，从而增大实际的播种下压力值，使得下压力预测模块实时获取的播种下压力值在设定的播种下压力值的误差范围内；或者，当实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差大于阈值时，下压力预测模块则根据设定的播种下压力值和实时获取的仿形四连杆2倾斜角度重新获取到执行机构8的压力所需值，控制模块则根据重新获取的执行机构8的压力所需值将比例阀11的开度调小，进而减小执行机构8的压力值，即减小执行机构8对仿形四连杆2的作用力，从而减小实际的播种下压力值，使得下压力预测模块实时获取的播种下压力值在设定的播种下压力值的误差范围内。

另外，可将该下压力预测模块设置在播种机上；或者，将下压力预测模块设置在上位机13上等。另外，该上位机13可以通过信号采集控制卡14分别与第一传感器7、第二传感器12及比例阀11相连，例如，信号采集控制卡14的采集端与第一传感器7、第二传感器12及比例阀11电连接，信号采集控制卡14的输出端与上位机13串口/CAN/无线通讯连接。另外，比较模块和控制模块可以设置在播种机上，也可以设置在上位机13上等。

实施例2：

本发明还提供一种播种下压力监控方法，包括：根据实时获取的执行机构8的压力值以及仿形四连杆2的倾斜角度，利用下压力预测模型实时获取播种下压力值；下压力预测模型基于执行机构8的压力值、仿形四连杆2的倾斜角度及对应的实际播种下压力值获得；其中，执行机构8的动作端与仿形四连杆2相连，用于为仿形四连杆2提供下压力。

具体地，在播种单体的实际作业过程中，在仿形四连杆2的作用下，圆盘刀4沿着破茬刀3方向切入土壤并开出种沟，两侧的限深轮5则始终贴地运动并压实土壤，其中圆盘刀4与限深轮5的相对位置差即为开沟深度。且通过将执行机构8的动作端与仿形四连杆2相连，则执行机构8可对仿形四连杆2施加额外的力，即为播种单体提供一个竖直方向的补偿力，一方面其可以满足地表残茬覆盖下破茬和开沟的需要，保证稳定的开沟深度，另一方面其可使限深轮5和镇压轮6始终贴紧并压实土壤，营造一个“上松下实”的种沟环境，减少落种跳动，利于蓄水保墒，保证种子后期发育。在对播种下压力值进行实时监测之前，首先获取执行机构8的压力值以及仿形四连杆2的倾斜角度，例如，可以通过压力传感器实时获取执行机构8的压力值，例如，可以在执行机构8与动力源10(例如，动力源10为气罐或油箱等)相连的管路上设置第二传感器12(即，第二传感器12可以为压力传感器)，则可通过该第二传感器12实时监测执行机构8的压力值，进而得到执行机构8对仿形四连杆2的作用力；例如，可以在仿形四连杆2上设置第一传感器7(例如，第一传感器7为角度传感器或倾角传感器等)，则可通过该第一传感器7实时检测仿形四连杆2的倾斜角度。之后，利用实时获取的执行机构8的压力值、仿形四连杆2的倾斜角度以及对应的实际播种下压力值进行建模得到下压力预测模型。则在对播种下压力值进行实时监测时，只要采集到执行机构8的压力值及仿形四连杆2的倾斜角度，利用下压力预测模型即可得到实时的播种下压力值，实现对播种下压力值的实时监测。

在本发明实施例中，通过下压力预测模型根据执行机构8对仿形四连杆2的作用力和仿形四连杆2的倾斜角度实时获取播种状态下的播种下压力值，达到播种下压力的精确检测，进而提高种子出苗质量和后期生长质量。

进一步地，播种下压力监控方法，还包括：根据实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值，控制执行机构8的压力值。则当下压力预测模型根据执行机构8的压力值和仿形四连杆2的倾斜角度实时获取到播种下压力值后，可通过比较模块将实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值进行比较，即将实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值进行比较，若比较模块的比较结果为实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差在阈值范围内，则不调节执行机构8的压力值，即不改变执行机构8对仿形四连杆2的作用力。或者，若比较模块的比较结果为实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差不在阈值范围内，则调节执行机构8的压力值，即改变执行机构8对仿形四连杆2的作用力。例如，实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差小于阈值时，则将执行机构8的压力值调大，即增大执行机构8对仿形四连杆2的作用力；或者，实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差大于阈值时，则将执行机构8的压力值调小，即减小执行机构8对仿形四连杆2的作用力。

进一步地，根据实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值，控制执行机构8的压力值的步骤包括：将实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值进行比较；若比较结果不在阈值范围内，则将播种所需的下压力值及实时获取的仿形四连杆2的倾斜角度输入下压力预测模型获取执行机构8的压力所需值；根据执行机构8的压力所需值控制执行机构8的压力值。即，当实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值(即，设定的播种下压力值)之差不在阈值范围内时，则将实时获取的仿形四连杆2的倾斜角度和设定的播种下压力值输入下压力预测模型，重新获取到执行机构8的压力所需值，进而根据重新获取到的执行机构8的压力所需值调节执行机构8的压力值，以使得下压力预测模型实时获取的播种下压力值维持在设定的播种下压力值的阈值范围内。

如图4所示，例如，当实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差小于阈值时，下压力预测模型则根据设定的播种下压力值和实时获取的仿形四连杆2倾斜角度重新获取到执行机构8的压力所需值，控制模块则根据重新获取的执行机构8的压力所需值将比例阀11的开度调大，进而增大执行机构8的压力值，即增大执行机构8对仿形四连杆2的作用力，从而增大实际的播种下压力值，使得下压力预测模块实时获取的播种下压力值在设定的播种下压力值的误差范围内；或者，当实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差大于阈值时，下压力预测模块则根据设定的播种下压力值和实时获取的仿形四连杆2倾斜角度重新获取到执行机构8的压力所需值，控制模块则根据重新获取的执行机构8的压力所需值将比例阀11的开度调小，进而减小执行机构8的压力值，即减小执行机构8对仿形四连杆2的作用力，从而减小实际的播种下压力值，使得下压力预测模块实时获取的播种下压力值在设定的播种下压力值的误差范围内；或者，当实时获取的播种下压力值与设定的播种下压力值之差在阈值范围内时，则无需调节执行机构8的压力值，进而保持执行机构8对仿形四连杆2的作用力不变；此种监控方式避免了频繁控制比例阀11造成对硬件使用寿命的损耗，并实现了播种下压力的稳定控制，为后续基于处方图的播种深度控制奠定基础。

进一步地，根据执行机构的压力所需值控制执行机构8的压力值的步骤包括：将播种所需的下压力值和仿形四连杆2的初始倾斜角度输入下压力预测模型，获取执行机构8的压力初始值；将执行机构8的压力所需值与执行机构8的压力初始值进行比较，得到执行机构8的压力调节值；根据执行机构8的压力调节值调节执行机构8的压力值。即，当实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值(即，设定的播种下压力值)之差不在阈值范围内时，将播种所需的下压力值和第一传感器7实时获取的仿形四连杆2的倾斜角度输入下压力预测模块重新获取到执行机构8的压力所需值，即，重新获取到执行机构8的压力设定值；以及，将播种所需的下压力值和仿形四连杆2的初始倾斜角度输入下压力预测模块获取到执行机构8的压力初始值；并将执行机构8的压力所需值(即，执行机构8的压力设定值)与执行机构8的压力初始值进行比较，得到执行机构8的压力调节值；之后，根据该执行机构8的压力调节值调节比例阀的开度，从而达到调节执行机构8的压力值的目的，即调节执行机构8对仿形四连杆的下压力，使得下压力预测模型根据调节后的执行机构8的压力值和实时获取的仿形四连杆的倾斜角度，实时获取的播种下压力值维持在设定的播种下压力值的阈值范围内。

例如：播种所需的下压力值为180kg，即设定的播种下压力值为180kg；采集第一传感器7检测到的仿形四连杆2初始的倾斜角度，将设定的播种下压力值180kg赋值给下压力预测模型(此时下压力预测模型作为控制模型)，得到执行机构8的压力初始值。之后，实时采集执行机构8的压力值和仿形四连杆2的倾斜角度，根据下压力预测模型(此时下压力预测模型作为检测模型)，得到实时的播种下压力值F。当F和设定的播种下压力值180kg之差在阈值范围内时，则不调节执行机构8的压力值；当F和设定的播种下压力值180kg之差不在阈值范围内时(仿形四连杆2的倾角变化带来实时播种下压力值的变化)，再次将设定的播种下压力值180kg赋值给下压力预测模型，实时采集仿形四连杆2的倾斜角度，重新获取到执行机构8的压力所需值(即，重新获取到执行机构8的压力设定值)，将该执行机构8的压力所需值与执行机构8的压力初始值进行比较得到执行机构8的压力调节值，进而根据该执行机构8的压力调节值调节比例阀11的开度。从而使得实时获取的播种下压力值维持在设定的播种下压力值(即180kg)的误差范围内。

进一步地，下压力预测模型为基于执行机构8对仿形四连杆2的作用力、仿形四连杆2的倾斜角度及对应的实际播种下压力值通过多项式回归获得的二元二次方程。如图2和图3所示，根据仿形四连杆2的力矩平衡可知，执行机构8对圆盘刀4的作用力为：

式中F'——仿形四连杆2对圆盘刀4的下压力，N；F——圆盘刀4对仿形四连杆2的反作用力，N；F_AS——执行机构8对仿形四连杆2的作用力，N；L₁——仿形四连杆2的上臂长度，m；L₂、L₃——力F_AS和F的力臂长度，m；α——仿形四连杆2的摆动角度，°。

播种单体对地下压力为：

式中G——播种单体的自身重力，N；F_DF——播种下压力，N。

由公式(2)可知，播种作业过程中，地形起伏或土壤阻力的变化会造成地面对播种单体作用力F_DF的变化，即播种单体对地的作用力发生变化，带来仿形四连杆2的倾斜角度α和执行机构8对仿形四连杆2的作用力F_AS的变化，即可以通过监测α和F_AS实现对播种下压力的监测。

对执行机构8而言，通过调节其内部压力，可实现对播种下压力的控制。其中，执行机构8对仿形四连杆2的作用力公式为：

F_AS＝p·A×10⁶ (3)

执行机构8的下压力作用面积即为执行机构8作用端盖的面积，即

A＝πd²/4 (4)

由上述公式可得执行机构8对仿形四连杆2的作用力为：

F_AS＝25p·πd²×10⁴ (5)

其中；A——执行机构8作用端盖的面积，m²；p——执行机构8的压力，MPa；d——执行机构8作用端盖的直径，m。

将公式(5)代入公式(2)可得：

不考虑播种单体的自重G的变化，则播种单体对地的下压力可通过监测执行机构8的压力值以及仿形四连杆2的倾斜角度获得。为获得较准确的下压力监控模型，通过实时采集第一传感器7和第二传感器12的检测值以及对应的实际播种下压力值，即实时采集执行机构8的压力值、仿形四连杆2的倾斜角度以及对应的实际播种下压力值，利用多项式回归分析可以建立基于执行机构8的压力值和仿形四连杆2的倾斜角度获得播种下压力值的二元二次方程，即播种下压力预测模型为基于执行机构8的压力值和仿形四连杆2的倾斜角度获得播种下压力值的二元二次方程。

例如，下压力预测模型为：

F_DF＝a₀+a₁x+a₂y+a₃xy+a₄x²+a₅y² (7)

其中，F_DF为播种下压力值；x为执行机构8的压力值；y为仿形四连杆2的倾斜角度；a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅为常数，且常数a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅根据播种机的结构尺寸来确定。由公式(6)可知，常数a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅根据播种机的自重、播种机中执行机构8作用端盖的直径、仿形四连杆2上臂的长度和执行机构8对仿形四连杆2的作用力的力臂长度来确定。例如，可以将该下压力预测模型设置在与上位机13内，并将上位机13分别与第一传感器7及第二传感器12相连。另外，还可以在上位机13内设置显示模块，该显示模块可以显示上位机13实时获取的播种下压力值。

现以2BFQ-6气力精密播种机为例进行举例说明，但并不用于限制本发明的保护范围。经过手动测绘得2BFQ-6气力播种机单体的结构尺寸：播种机中执行机构8作用端盖的直径为74mm，仿形四连杆2上臂的长度为414mm，执行机构8对仿形四连杆2的作用力的力臂长度为207mm；以及测得播种机的自重为78.5kg。得到常数a₀在75至85之间、a₁在130至140之间、a₂在-35至-45之间、a₃在700至800之间、a₄在0至2之间、a₅在-900至-1000之间；例如，建模得到该播种机的下压力预测模型为F_DF＝81.75+134.6x-40.4y+730.5xy-941.7y²。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种播种下压力监控装置，其特征在于，包括：执行机构、第一传感器、第二传感器和下压力预测模块；

所述执行机构的动作端与仿形四连杆相连，用于为所述仿形四连杆提供下压力；

所述第一传感器与所述仿形四连杆相连，用于实时检测所述仿形四连杆的倾斜角度；

所述第二传感器与所述执行机构相连，用于实时检测所述执行机构的压力值；

所述下压力预测模块分别与所述第一传感器及所述第二传感器相连，用于根据所述仿形四连杆的倾斜角度及所述执行机构的压力值实时获取播种下压力值；

还包括：比例阀；所述比例阀分别与所述执行机构及所述下压力预测模块相连，用于根据实时获取的所述播种下压力值控制所述执行机构的压力值；

还包括：比较模块和控制模块；所述比较模块与所述下压力预测模块相连，用于将实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值进行比较，以使所述下压力预测模块根据所述比较模块的比较结果获取所述执行机构的压力所需值；

所述控制模块分别与所述下压力预测模块及所述比例阀相连，用于根据所述下压力预测模块获取的所述执行机构的压力所需值调节所述比例阀的开度，以使所述比例阀控制所述执行机构的压力值。

2.根据权利要求1所述的播种下压力监控装置，其特征在于，所述第一传感器包括倾角传感器或角度传感器；

所述第一传感器为倾角传感器时，所述倾角传感器设置在所述仿形四连杆的上臂；或者，所述第一传感器为角度传感器时，所述角度传感器设置在所述仿形四连杆的转动铰接处。

3.一种播种下压力监控方法，其特征在于，包括：

根据实时获取的执行机构的压力值以及仿形四连杆的倾斜角度，利用下压力预测模型实时获取播种下压力值；所述下压力预测模型基于执行机构的压力值、仿形四连杆的倾斜角度及对应的实际播种下压力值获得；

其中，所述执行机构的动作端与所述仿形四连杆相连，用于为所述仿形四连杆提供下压力；

所述下压力预测模型为基于执行机构对仿形四连杆的作用力、仿形四连杆的倾斜角度及对应的实际播种下压力值通过多项式回归获得的二元二次方程；

所述下压力预测模型为：

F_DF＝a₀+a₁x+a₂y+a₃xy+a₄x²+a₅y²

其中，F_DF为播种下压力值；x为执行机构的压力值；y为仿形四连杆的倾斜角度；a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅为常数，且常数a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅根据播种机的结构尺寸来确定。

4.根据权利要求3所述的播种下压力监控方法，其特征在于，还包括：

根据实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值，控制所述执行机构的压力值。

5.根据权利要求4所述的播种下压力监控方法，其特征在于，所述根据实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值，控制所述执行机构的压力值的步骤包括：

将实时获取的播种下压力值与播种所需的下压力值进行比较；

若比较结果不在阈值范围内，则将播种所需的下压力值及实时获取的仿形四连杆的倾斜角度输入所述下压力预测模型获取所述执行机构的压力所需值；

根据所述执行机构的压力所需值控制所述执行机构的压力值。

6.根据权利要求5所述的播种下压力监控方法，其特征在于，所述根据执行机构的压力所需值控制所述执行机构的压力值的步骤包括：

将播种所需的下压力值和所述仿形四连杆的初始倾斜角度输入所述下压力预测模型，获取所述执行机构的压力初始值；

将所述执行机构的压力所需值与所述执行机构的压力初始值进行比较，得到所述执行机构的压力调节值；

根据所述执行机构的压力调节值调节所述执行机构的压力值。

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