CN110050532B - 一种基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，属于农业机械领域。这种基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置包括智能监控模块和清茬整平机构。智能监控模块包括：激光测距传感器、电动推杆、螺栓Ⅱ、固定支架、微处理控制器、模数转换器、电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块、车载电瓶、电源模块。清茬整平机构包括：螺栓Ⅲ、紧定螺钉、电机驱动模块、电机座、螺栓Ⅰ、电机、旋转刀具、支撑架、压土板、弹簧Ⅰ等。本发明保证了玉米播种深度的一致性，提高了玉米种子的发芽率和工作效率，有利于玉米的增产，降低了播种成本和劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械领域，是一种基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，主要应用于农业播种作业工程中。
背景技术
我国是农业大国，而玉米又是我国主要粮食和饲料之一，在粮食生产中占有相当大的比例，对农业的发展和农作物的增产有很深的影响。播种是玉米生产过程中的关键环节之一，对玉米稳产、增产有直接关系。播种质量直接影响玉米的产量，合适的播种深度能够提高种子的出芽率和玉米幼苗质量，有利于壮苗的形成，播种过深或过浅都将影响种子贮藏物质的转化和分配，不利于出苗和壮苗的形成。在我国玉米制种主产区，播种深度应控制在5～7cm。因此，对于玉米精密播种单体来说，精确控制玉米播种的深度不仅能提高玉米的产量和工作效率，还能促进我国农业装备的精准化和智能化，实现智能农业发展具有极其重大的意义。
目前，玉米播种单体机智能化的发展已经日趋成熟，但对播种深度的测量和控制研究较少。现在使用的玉米播种单体机对播种深度的控制，主要依赖于机械仿行结构。机械仿行机构采用平行四支撑架机构，但四支撑架仿行机构存在不可控因素，不能从根本上解决播深的精确控制，更谈不上对播种深度的测量。
发明内容
为了实现玉米播种深度的精确测量控制，本发明提出一种基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，包括：清茬整平机构和智能监控模块。
所述清茬整平机构包括旋转刀具1、紧定螺钉2、电机3、电机驱动模块、电机座4、螺栓Ⅰ5、支撑架6、螺栓Ⅲ11、弹簧Ⅰ12、压土板16；
所述清茬整平机构置于玉米播种单体的开沟器13的前方，支撑架6的后端与玉米播种单体上的垂直机架10通过螺栓Ⅲ11铰接，所述支撑架6的中后部与玉米播种单体上的垂直机架10的中部通过弹簧Ⅰ12连接，所述弹簧Ⅰ12用于保证清茬整平机构与地面的作用力。所述电机座4通过螺栓Ⅰ5固定于支撑架6前端，所述电机3置于电机座4上，所述旋转刀具1通过紧定螺钉2与电机3连接，电机3带动旋转刀具1工作，所述电机驱动模块与电机3连接，用于驱动电机3旋转，压土板16的上端通过螺栓Ⅳ与支撑架6铰接，所述压土板16的下端通过弹簧Ⅱ与支撑架6连接，用于适度压实整平后土壤和阻挡土块飞溅。
所述智能监控模块包括激光测距传感器15，电动推杆8，螺栓Ⅱ9，固定支架14，微处理控制器，模数转换器，车载电瓶，电源模块，电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块。
所述固定支架14的后端与玉米播种单体上的垂直机架10连接，所述激光测距传感器15固定于固定支架14前端，所述激光测距传感器15位于玉米播种单体上的开沟器13前方，清茬整平机构的后方，电动推杆8放置于玉米播种单体上的平行四连杆机构7内，电动推杆8的上端与玉米播种单体上的平行四连杆机构7的上支撑架通过螺栓Ⅰ9铰接，电动推杆8的下端通过螺栓Ⅴ与玉米播种单体上的平行四连杆机构7后端下部的横杆铰接。
所述车载电瓶通过电源模块分别与电机驱动模块、微处理控制器、模数转换器、电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块连接，所述车载电瓶用于经过电源模块稳压后给电机驱动模块、微处理控制器、模数转换器、电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块供电。
所述激光测距传感器15与模数转换器连接，所述模数转换器与微处理控制器连接，所述微处理控制器通过CAN通讯模块与人机交互模块连接；所述人机交互模块通过CAN通讯模块与微处理控制器连接，所述微处理控制器与电动推杆控制器连接，所述电动推杆控制器与电动推杆8连接；
所述微处理控制器还与电机驱动模块连接，用于向电机驱动模块发送信号；
所述激光测距传感器15与玉米播种单体上设有的开沟器13的垂直距离为H1，所述激光测距传感器15用于测量并获取激光测距传感器15到地面的垂直高度H2，并将垂直高度H2通过模数转换器转换为数字信号传输给微处理控制器，微处理控制器通过CAN通讯模块将数据上传至人机交互模块中，人机交互模块用于预设播种深度H3，并通过CAN通讯模块传输至微处理控制器；所述微处理控制器实时处理数据，并根据设定播种深度H3处理偏差，将处理完毕的信号传输至电动推杆控制器，电动推杆控制器用于控制电动推杆8伸缩。
在上述方案的基础上，所述电机3为直流电机。
在上述方案的基础上，所述微处理控制器包括单片机等嵌入式控制器。
在上述方案的基础上，所述人机交互模块包括ARM处理器。
在上述方案的基础上，所述微处理控制器对激光测距传感器15传输的测量数据通过卡尔曼滤波算法处理。
在上述方案的基础上，所述微处理控制器采用PID算法精确控制电动推8的伸缩量，保证播种深度的均一性。
基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，其工作原理在于：在作业过程中，先是微处理控制器发送信号给电机驱动模块，驱动电机3旋转，旋转刀具1在电机3带动工作，用于整平开沟器13前地面。接着，压土板16在弹簧Ⅰ12的压力作用下适度压实整平后的土壤，形成测量平面。然后，激光测距传感器15测量并获取激光测距传感器15到测量平面的垂直高度H2，经模数转换器处理后将数字信号传输至微处理控制器。微处理控制器通过CAN通讯模块将数据上传至人机交互模块中，人机交互模块预设播种深度H3，并通过CAN通讯模块传输至微处理控制器。微处理控制器实时处理数据，并根据设定播种深度H3，处理偏差，将处理完毕的信号传送至电动推杆控制器。电动推杆控制器驱动电动推杆8运动来调节机具与地面的垂直高度，从而达到调节播种深度H3的目的。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
为保证激光测距传感器的测量准确，清茬整平机构对激光测距传感器的测量区域用旋转刀具清除杂物，并用压土板压实表面土壤和阻挡土块飞溅，保证测量土壤的平整度。微处理控制器还对激光测距传感器的测量数据进行卡尔曼滤波算法处理，进一步保证测量数据的可靠性和真实性。另外，微处理控制器采用PID算法精确控制电动推杆伸缩量，保证播种深度的均一性。相比传统四支撑架仿行机构控制播种深度的方法，本发明能够对播种深度进行精确测量并能保证玉米播种单体播种深度一致，有效提高玉米种子的发芽率和玉米产量，使生产效率大大提高。
附图说明
本发明有如下附图：
图1基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置示意图。
图2基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置测控原理示意图。
图3基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置工作流程框图。
图4基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置程序流程框图。
附图标记：1旋转刀具，2紧定螺钉，3电机，4电机座，5螺栓Ⅰ，6支撑架，7平行四支撑架机构，8电动推杆，9螺栓Ⅱ，10垂直机架，11螺栓Ⅲ，12弹簧Ⅰ，13开沟器，14固定支架，15激光测距传感器，16压土板。
具体实施方式
下面结合本发明附图1～4，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图所示，一种基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，包括：清茬整平机构和智能监控模块。
所述清茬整平机构包括旋转刀具1，紧定螺钉2、电机3，电机驱动模块，电机座4，螺栓Ⅰ5，支撑架6，螺栓Ⅲ11，弹簧Ⅰ12，压土板16等。
所述清茬整平机构置于玉米播种单体的开沟器13的前方，支撑架6的后端与玉米播种单体上的垂直机架10通过螺栓Ⅲ11铰接，所述支撑架6的中后部与玉米播种单体上的垂直机架10的中部通过弹簧Ⅰ12连接，并用弹簧Ⅰ12保证清茬整平机构与地面的作用力。所述电机座4通过螺栓Ⅰ5固定于支撑架6前端，电机3安装在电机座4上，旋转刀具1用紧定螺钉2与电机3连接，电机3带动旋转刀具1工作，所述电机驱动模块与电机3连接，用于驱动电机3旋转，压土板16的上端通过螺栓Ⅳ与支撑架6铰接，所述压土板16的下端通过弹簧Ⅱ与支撑架6连接，用于适度压实整平后土壤和阻挡土块飞溅。
所述智能监控模块包括激光测距传感器15，电动推杆8，螺栓Ⅱ9，固定支架14，微处理控制器，模数转换器，车载电瓶，电源模块，电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块等。
所述固定支架14的后端与玉米播种单体上的垂直机架10连接，所述激光测距传感器15固定于固定支架14前端，所述激光测距传感器15位于玉米播种单体上的开沟器13前方，清茬整平机构的后方，电动推杆8放置于玉米播种单体上的平行四连杆机构7内，电动推杆8的上端与玉米播种单体上的平行四连杆机构7的上支撑架通过螺栓Ⅰ9铰接，电动推杆8的下端通过螺栓Ⅴ与玉米播种单体上的平行四连杆机构7后端下部的横杆铰接。
所述车载电瓶通过电源模块分别与电机驱动模块、微处理控制器、模数转换器、电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块连接，所述车载电瓶用于经过电源模块稳压后给电机驱动模块、微处理控制器、模数转换器、电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块供电。
所述激光测距传感器15与模数转换器连接，所述模数转换器与微处理控制器连接，所述微处理控制器通过CAN通讯模块与人机交互模块连接；所述人机交互模块通过CAN通讯模块与微处理控制器连接，所述微处理控制器与电动推杆控制器连接，所述电动推杆控制器与电动推杆8连接；
所述微处理控制器还与电机驱动模块连接，用于向电机驱动模块发送信号；
所述激光测距传感器15与玉米播种单体上设有的开沟器13的垂直距离为H1，所述激光测距传感器15用于测量并获取激光测距传感器15到地面的垂直高度H2，并将垂直高度H2通过模数转换器转换为数字信号传输给微处理控制器，微处理控制器通过CAN通讯模块将数据上传至人机交互模块中，人机交互模块用于预设播种深度H3，并通过CAN通讯模块传输至微处理控制器；所述微处理控制器实时处理数据，并根据设定播种深度H3处理偏差，将处理完毕的信号传输至电动推杆控制器，电动推杆控制器用于控制电动推杆8伸缩。
在上述方案的基础上，所述电机3为直流电机。
在上述方案的基础上，所述微处理控制器包括单片机等嵌入式控制器。
在上述方案的基础上，所述人机交互模块包括ARM处理器。
在上述方案的基础上，所述微处理控制器对激光测距传感器15传输的测量数据通过卡尔曼滤波算法处理。
在上述方案的基础上，所述微处理控制器采用PID算法精确控制电动推8的伸缩量，保证播种深度的均一性。
基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，其工作原理在于：在作业过程中，先是微处理控制器发送信号给电机驱动模块，驱动电机3旋转，旋转刀具1在电机3带动工作，用于整平开沟器13前地面。接着，压土板16在弹簧Ⅰ12压力作用下适度压实整平后的土壤，形成测量平面。然后，激光测距传感器15测量并获取距测量平面的垂直高度H2，经模数转换器处理后将数字信号传输至微处理控制器。微处理控制器通过CAN通讯模块将数据上传至人机交互模块中，人机交互模块预设播种深度H3，并通过CAN通讯模块传输至微处理控制器。微处理控制器实时处理数据，并根据设定播种深度H3，处理偏差，将处理完毕的信号传送至电动推杆控制器。电动推杆控制器驱动电动推杆8运动来调节机具与地面的垂直高度，从而达到调节播种深度H3的目的。
显然，本发明的上述实施例的原理阐述仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里没有对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，其特征在于，
包括：清茬整平机构和智能监控模块；
所述清茬整平机构包括旋转刀具(1)、紧定螺钉(2)、电机(3)、电机驱动模块、电机座(4)、螺栓Ⅰ(5)、支撑架(6)、螺栓Ⅲ(11)、弹簧Ⅰ(12)、压土板(16)；
所述清茬整平机构置于玉米播种单体的开沟器(13)的前方，支撑架(6)的后端与玉米播种单体上的垂直机架(10)通过螺栓Ⅲ(11)铰接，所述支撑架(6)的中后端与玉米播种单体上的垂直机架(10)的中部通过弹簧Ⅰ(12)连接，所述弹簧Ⅰ(12)用于保证清茬整平机构与地面的作用力；所述电机座(4)通过螺栓Ⅰ(5)固定于支撑架(6)前端，所述电机(3)置于电机座(4)上，所述旋转刀具(1)通过紧定螺钉(2)与电机(3)连接，电机(3)带动旋转刀具(1)工作，所述电机驱动模块与电机(3)连接，用于驱动电机(3)旋转，压土板(16)的上端通过螺栓Ⅳ与支撑架(6)铰接，所述压土板(16)的下端通过弹簧Ⅱ与支撑架(6)连接，用于适度压实整平后土壤和阻挡土块飞溅；
所述智能监控模块包括激光测距传感器(15)，电动推杆(8)，螺栓Ⅱ(9)，固定支架(14)，微处理控制器，模数转换器，车载电瓶，电源模块，电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块；
所述固定支架(14)的后端与玉米播种单体上的垂直机架(10)连接，所述激光测距传感器(15)固定于固定支架(14)前端，所述激光测距传感器(15)位于玉米播种单体上的开沟器(13)前方，清茬整平机构的后方，电动推杆(8)放置于玉米播种单体上的平行四连杆机构(7)内，电动推杆(8)的上端与玉米播种单体上的平行四连杆机构(7)的上支撑架通过螺栓Ⅰ(5)铰接，电动推杆(8)的下端通过螺栓Ⅴ与玉米播种单体上的平行四连杆机构(7)后端下部的横杆铰接；
所述车载电瓶通过电源模块分别与电机驱动模块、微处理控制器、模数转换器、电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块连接，所述车载电瓶用于经过电源模块稳压后给电机驱动模块、微处理控制器、模数转换器、电动推杆控制器、CAN通讯模块、人机交互模块供电；
所述激光测距传感器(15)与模数转换器连接，所述模数转换器与微处理控制器连接，
所述微处理控制器通过CAN通讯模块与人机交互模块连接；所述人机交互模块通过CAN通讯模块与微处理控制器连接，所述微处理控制器与电动推杆控制器连接，所述电动推杆控制器与电动推杆(8)连接；
所述微处理控制器还与电机驱动模块连接，用于向电机驱动模块发送信号；
所述激光测距传感器(15)与玉米播种单体上设有的开沟器(13)的垂直距离为H1，所述激光测距传感器(15)用于测量并获取激光测距传感器(15)到地面的垂直高度H2，并将垂直高度H2通过模数转换器转换为数字信号传输给微处理控制器，微处理控制器通过CAN通讯模块将数据上传至人机交互模块中，人机交互模块用于预设播种深度H3，并通过CAN通讯模块传输至微处理控制器；所述微处理控制器实时处理数据，并根据设定播种深度H3处理偏差，将处理完毕的信号传输至电动推杆控制器，电动推杆控制器用于控制电动推杆(8)伸缩；
所述微处理控制器对激光测距传感器(15)传输的测量数据通过卡尔曼滤波算法处理；
所述微处理控制器采用PID算法精确控制电动推(8)的伸缩量。
2.如权利要求1所述的基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，其特征在于，所述电机(3)为直流电机。
3.如权利要求1所述的基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，其特征在于，所述微处理控制器为单片机。
4.如权利要求1所述的基于玉米播种单体播种深度的智能监控装置，其特征在于，所述人机交互模块为ARM处理器。
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