CN110018010A - 一种用于播种机的播种检测控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：模块初始化，所述模块初始化过程包括播种路径检测模块初始化、播种检测模块初始化、播种管检测模块初始化、播种深度测量模块初始化；S2：模块进行检测工作，S3：处理器对模块得到数据进行处理得到播种机工作状态结果，所述播种机工作状态结果包括播种数、播种深度等；S4：根据播种机工作状态结果参数对播种机工作过程进行控制，包括自动化控制、人工控制两者的任意组合。本发明对播种机的整体状态的检测，比如：播种状态、播种管堵状态、播种路径等、播种分布等，利用检测结果实现对播种机进行有益有效的调整控制，可进一步扩大播种机在自动化农业的应用中。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械领域，尤其是一种用于播种机的播种检测控制方法。
背景技术
随着农业的自动化程度的提高，越来越多的自动化器械运用到了农业生产中。比如：开沟机、收割机、播种机、铲抛机等。其中播种机用于将作物种子作为播种对象进行播种的种植机械，在提高农业工作的工作效率率、降低作业成本方面有显著的进步。而要使得播种机的播种的效率更高，对播种机的播种状态的检测以及控制是必不可少的。此外，在种子的播种中，种子的播种深度、种子相对间距等都是影响后期植株成活率、生长以及收成的重要因素。目前，市场上的播种机机检测装置及检测方法大多采用机械方式或者光电传感器针对排种管、种箱检测；使用压电传感器针对排种器入料口进行检测。这些检测方式集中在播种前段，相对缓慢，只能显示种子是否播种，无法准确地确定播种状态，如具体重播漏播点，播种深度等情况。
发明内容
本发明目的在于：针对上述现有技术中存在的问题，提供一种用于播种机的播种检测系统，以获得播种漏播、重播和正常播种等播种状态，同时，对播种深度、播种分布、种子相对间距等进行检测；由此实现对播种机更有准确的检测。进一步，准确的检测结果有利于调整播种机的工作状态，由此实现提高播种机有效工作率，从而降低作业成本。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于播种机的播种检测控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1：模块初始化，所述模块初始化过程包括播种路径检测模块初始化、播种检测模块初始化、播种管检测模块初始化、播种深度测量模块初始化；
S2：模块进行检测工作，所述模块进行检测工作过车包括路径检测模块对播种机的行驶状态进行检测得到行驶状态数据；播种检测模块对播种机的播种状态进行检测得到播种状态数据；播种管检测模块对检测播种管的堵塞状态进行检测得到播种管堵塞状态数据；播种深度测量模块对播种深度进行检测得到播种深度数据；
S3：处理器对模块得到数据进行处理得到播种机工作状态结果，所述播种机工作状态结果包括播种数、播种深度、播种路径、播种分布、播种管堵塞状态；所述播种数包括正常播种数、重播数、漏播数；
S4：根据播种机工作状态结果参数对播种机工作过程进行控制，包括自动化控制、人工控制两者的任意组合控制。
进一步地，处理器对播种深度数据进行处理得到播种深度；处理器对行驶状态数据进行处理得到播种路径；处理器对播种状态数据进行处理得到播种数；处理器对播种状态数据和行驶状态数据进行处理得到播种分布；处理器对播种管堵塞状态数据进行处理得到播种管堵塞状态。
进一步地，所述处理器对对行驶状态数据处理获得行进速度、加速度、行进方向。
进一步地，所述播种数包括正常播种数、漏播数、重复播种数 。
进一步地，所述自动化控制具体为处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制；所属人工控制具体为人工根据处理器反馈至交互界面的播种机工作状态结果参数进行控制。
进一步地，所述处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制具体为：处理器对播种状态数据处理，检测到正常播种时，处理器通过水肥控制模块控制洒水施肥出口打开，实现洒水施肥。
进一步地，所述处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制具体为：处理器根据播种分布，处理器通过电机驱动模块控制播种机轮胎电机的驱动从而控制播种机的行进速度。
进一步地，所述播种深度测量模块为超声波测距模块。
进一步地，所述播种检测模块包括红外对射光电开关、光栅、槽型光耦传感器。
进一步地，所述播种路径检测模块包括加速度传感器，旋转角度传感器，磁力计。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的用于播种机的播种检测控制方法，实现对播种机的行驶速度、行驶方向等进行检测利用检测得到信息，有利于更好的对播种机播种工作中的行进状态进行检测，从而对播种机进行更好的控制。
2、本发明提供的用于播种机的播种检测控制方法，对播种机播种中的正常播种、漏播、重复播种进行检测，实现对播种机的播种工作状态进行实时的检测有利于及时对播种机进行控制；同时，对正常播种数、漏播数、重复播种数进行统计，为后期播种机的改进优化提供数据分析材料。
3、本发明提供的用于播种机的播种检测控制方法，对播种深度进行检测，有利于对播种工作在播种深度上把控，从而有益于提高播种存货率。
4、本发明提供的用于播种机的播种检测控制方法，利用播种机的行进状态和播种状态联合处理，得到播种的分布情况，其中包括种子的相对间距等，实现对播种整体布局的实时检测，有利于播种工作在播种分布上的把控，从而有益于调整播种间距分布等，进一步的有益于后期植株的生长以及收成等。
5、本发明提供的用于播种机的播种检测控制方法，对播种机的整体状态的检测，比如：播种状态、播种管堵状态、播种路径等、播种分布等，利用检测结果实现对播种机进行有益有效的调整控制，可进一步扩大播种机在自动化农业的应用中。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是实施例2中播种机检测系统示意图。
图2是播种盘装置图。
图3是深度检测模块配置位置图。
图4是实施例3中播种机检测系统示意图。
图中标记：1为槽型光耦传感器、2为同轴光栅、3为传动齿轮、21为超声波测距传感器。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
一种用于播种机的播种检测控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1：模块初始化，所述模块初始化过程包括播种路径检测模块初始化、播种检测模块初始化、播种管检测模块初始化、播种深度测量模块初始化；
S2：模块进行检测工作，所述模块进行检测工作过车包括路径检测模块对播种机的行驶状态进行检测得到行驶状态数据；播种检测模块对播种机的播种状态进行检测得到播种状态数据；播种管检测模块对检测播种管的堵塞状态进行检测得到播种管堵塞状态数据；播种深度测量模块对播种深度进行检测得到播种深度数据；
S3：处理器对模块得到数据进行处理得到播种机工作状态结果，所述播种机工作状态结果包括播种数、播种深度、播种路径、播种分布、播种管堵塞状态；所述播种数包括正常播种数、重播数、漏播数；
S4：根据播种机工作状态结果参数对播种机工作过程进行控制，包括自动化控制、人工控制两者的任意组合控制。
进一步地，处理器对播种深度数据进行处理得到播种深度；处理器对行驶状态数据进行处理得到播种路径；处理器对播种状态数据进行处理得到播种数；处理器对播种状态数据和行驶状态数据进行处理得到播种分布；处理器对播种管堵塞状态数据进行处理得到播种管堵塞状态。
利用播种机的行进状态和播种状态联合处理，得到播种的分布情况，其中包括种子的相对间距等，实现对播种整体布局的实时检测，有利于播种工作在播种分布上的把控，从而有益于调整播种间距分布等，进一步的有益于后期植株的生长以及收成等。
进一步地，所述处理器对对行驶状态数据处理获得行进速度、加速度、行进方向。对播种机的行驶速度、行驶方向等进行检测利用检测得到信息，有利于更好的对播种机播种工作中的行进状态进行检测，从而对播种机进行更好的控制。
进一步地，所述播种数包括正常播种数、漏播数、重复播种数 。对播种机播种中的正常播种、漏播、重复播种进行检测，实现对播种机的播种工作状态进行实时的检测有利于及时对播种机进行控制；同时，对正常播种数、漏播数、重复播种数进行统计，为后期播种机的改进优化提供数据分析材料。
进一步地，所述自动化控制具体为处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制；所属人工控制具体为人工根据处理器反馈至交互界面的播种机工作状态结果参数进行控制。
进一步地，所述处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制具体为：处理器对播种状态数据处理，检测到正常播种时，处理器通过水费控制模块控制洒水施肥出口打开，实现洒水施肥。
进一步地，所述处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制具体为：处理器根据播种分布，处理器通过电机驱动模块控制播种机轮胎电机的驱动从而控制播种机的行进速度。
进一步地，所述播种深度测量模块为超声波测距模块。
进一步地，所述播种检测模块包括红外对射光电开关、光栅、槽型光耦传感器。
进一步地，所述播种路径检测模块包括加速度传感器，旋转角度传感器，磁力计。
实施例2
本实施例结合附图对本发明进行说明。如图1所示，本实施例中处理器具体为MIMXRT1052CVL5B单片机。其中播种检测模块测量播种重播、漏播、正常播种数；播种管状态检测模块检测播种管是否堵塞；播种深度测量模块测量种子播种具体的深度；播种路径检测模块检测机体行驶路径；显示模块为可选择的交互界面。播种检测模块、播种路径检测模块、播种深度检测模块、播种管状态检测模块分别与处理器连接。此外还包括语处理器连接的报警模块。
其中播种检测模块包括：红外对管对射光电开关、槽型光耦传感器、光栅，如图2所示。所述红外对管对射光电开关，安置于排种管两侧，用于检测是否有种子通过；所述槽型光耦传感器与光栅组合，其中光栅与传动齿轮同轴联结，用于反映播种盘的转动，并通过槽型光耦传感器得到种子理想播种次数。
外对管对射光电开关其感应方式为红外光速遮断，输出方式为高低电平；光栅随播种盘随动转动，并置于槽型光耦传感器槽中，槽中无遮挡时，接收管导通，传感器输出低电平，遮挡时输出高电平。播种盘转动一次，槽中遮挡一次。处理器对播种检测模块的到数据进行处理，通过判段红外对射光电开关被遮断的情况来判段播种情况。
若红外对管对射光电开关在时间间隔图T1至间隔T2内被遮断，则为正常播种；若超过时间间隔T2，红外对管对射光电开关未被遮断，则为漏播；若红外对管对射光电开关在时间间隔T1内被遮断多次，则为重播。
处理器通过对播种状态数据的处理判段出现正常播种、漏播、重播的状态，并对三者出现次数进行分别的计数。
其中播种路径检测模块包括一种九轴组合传感器，三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计，三轴加速度计测量播种机运动加速度，三轴陀螺仪测量播种机自身运转角度，三轴磁力计测量播种机运动方位，处理器利用这些信息整合出机播种机运动路径、行驶速度等。
处理器通过检测正常播种出现时间，同时结合播种机的运动路径、行驶速度等可得到播种分布以及种子间距等。
其得到种子间距的具体处理方法为，通过任意两正常播种间的时间间隔乘以对应时间段的平均速度，即可得到对应播种种子间的间距。
其得到播种分布的具体处理方法为，检测到正常播种时，对播种机的运动路径数据中对应时间点的数据进行标记。最后整合标记后的运动路径数据即可得到播种分布情况。
其中播种深度检测模块包括采用超声波测距模块，超声波测距传感器21放置于排种管出口下方如图3所示，用于测量播种深度。
例如，HC-SR04超声波测距模块采用IO触发测距，给8-15us的高电平信号即可，模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回，通过IO输出-高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。则测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2。
其中播种管状态检测模块包括微动开关，微动开关置于排种管出口内壁，用于检测排种管是否被土壤堵塞。当播种管堵塞时，微动开关呈闭合状态。处理器通过处理播种管堵塞状态数据，判读微动开关是否呈闭合状态，进一步判段播种管的堵塞状态。
其中显示模块用于显示处理器得到处理结果。
其中异常报警模块为灯光报警模块或声音报警模块。当播种机整体状态出现异常，比如，长时间漏播、播种管堵塞时，处理器控制异常报警器工作。
实施例3
包含主处理器、从处理器、图像采集模块、远程控制模块、显示模块、电机驱动模块、播种检测模块、水肥控制模块、播种管状态检测模块、播种深度测量模块、播种路径检测模块和异常报警模块共十二部分。如图4示,此实施例中，主处理器为MIMXRT1052CVL5B单片机，从处理器为树莓派。
树莓派承担的主要作用是集中处理分析采集到的图像和远程控制发出的指令并与PC上位机和单片机通信；图像采集模块进行视频采集；显示模块进行视频和各项播种数据显示；远程控制模块人为输入指令控制工作行为；电机驱动模块用于控制播种机轮胎电机的驱动；播施控制模块用于控制播种机精量洒水和施肥；播种检测模块测量播种重播、漏播、正常播种数；播种管状态检测模块检测播种管是否堵塞，若堵塞则异常报警模块发出警报；播种深度测量模块测量种子播种具体的深度；播种路径检测模块检测机体行驶路径；单片机采集所有信息分析处理并传送给树莓派至PC上位机实时显示。
所述远程控制模块，通过手机微信小程序，发送微信操作界面控制消息，通过微信服务器将消息转发到搭建的公共服务器，进行机器学习语义解析，判断操作指令。显示模块包括：PC上位机，用于实时显示播种情况（播种路径，播种深度，重播漏播数目等）以及对播种状况的视频显示，并可切换异常播种显示模式。
其中水肥控制模块包括步进电机，当处理器得到播种检测模块检测到有正常播种时，处理器即通过水肥控制模块控制步进电机进而控制洒水施肥口的开闭，进行精量的洒水施肥。
整个过程为播种机开始行驶，系统启动，所述播种路径检测模块对播种机播种行驶路径进行检测，所述播种检测模块对播种机正常播种、重播、漏播等情况进行检测，当检测到正常播种，所述水肥控制模块控制洒水施肥出口进行打开动作，实现精量施肥洒水。所述播种管状态检测模块检测种子排种管是否堵塞，当播种管堵塞致使播种机无法正常播种时，所述异常报警模块发出报警信号，提醒作业人员及时排除故障，所述播种深度测量模块检测播种深度，所述电机驱动模块控制播种机运动状态，所述图像采集模块进行图像采集，并发送给树莓派处理，所述远程控制模块可让工作人员进行远程操作，树莓派收集信息处理后，与MIMXRT1052CVL5B单片机进行通信，所述树莓派对接收到的信号进行分析处理，通过显示模块在PC上位机实时显示播种各项数据及播种视频供操作人员及时观看。
本发明提供的用于播种机的播种检测控制方法，利用播种机的行进状态和播种状态联合处理，得到播种的分布情况，其中包括种子的相对间距等，实现对播种整体布局的实时检测，有利于播种工作在播种分布上的把控，从而有益于调整播种间距分布等，进一步的有益于后期植株的生长以及收成等。对播种机的整体状态的检测，比如：播种状态、播种管堵状态、播种路径等、播种分布等，利用检测结果实现对播种机进行有益有效的调整控制，可进一步扩大播种机在自动化农业的应用中。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：模块初始化，所述模块初始化过程包括播种路径检测模块初始化、播种检测模块初始化、播种管检测模块初始化、播种深度测量模块初始化；
S2：模块进行检测工作，所述模块进行检测工作过程包括路径检测模块对播种机的行驶状态进行检测得到行驶状态数据；播种检测模块对播种机的播种状态进行检测得到播种状态数据；播种管检测模块对检测播种管的堵塞状态进行检测得到播种管堵塞状态数据；播种深度测量模块对播种深度进行检测得到播种深度数据；
S3：处理器对模块得到数据进行处理得到播种机工作状态结果，所述播种机工作状态结果包括播种数、播种深度、播种路径、播种分布、播种管堵塞状态；所述播种数包括正常播种数、重播数、漏播数；
S4：根据播种机工作状态结果参数对播种机工作过程进行控制，包括自动化控制、人工控制两者的任意组合控制。
2.如权利要求1所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，处理器对播种深度数据进行处理得到播种深度；处理器对行驶状态数据进行处理得到播种路径；处理器对播种状态数据进行处理得到播种数；处理器对播种状态数据和行驶状态数据进行处理得到播种分布；处理器对播种管堵塞状态数据进行处理得到播种管堵塞状态。
3.如权利要求2所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述处理器对行驶状态数据处理获得行进速度、加速度、行进方向。
4.如权利要求2所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述播种数包括正常播种数、漏播数、重复播种数 。
5.如权利要求1所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述自动化控制具体为处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制；所属人工控制具体为人工根据处理器反馈至交互界面的播种机工作状态结果参数进行控制。
6.如权利要求5所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制具体为：处理器对播种状态数据处理，检测到正常播种时，处理器通过水肥制模块控制洒水施肥出口打开，实现洒水施肥。
7.如权利要求5所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述处理器根据播种机工作状态结果参数进行自动化控制具体为：处理器根据播种分布，处理器通过电机驱动模块控制播种机轮胎电机的驱动从而控制播种机的行进速度。
8.如权利要求1-7之一所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述播种深度测量模块为超声波测距模块。
9.如权利要求1-7之一所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述播种检测模块包括红外对射光电开关、光栅、槽型光耦传感器。
10.如权利要求1-7之一所述的用于播种机的播种检测控制方法，其特征在于，所述播种路径检测模块包括加速度传感器，旋转角度传感器，磁力计。
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