CN110412928A - 一种基于振动反馈的智能播种机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于振动反馈的智能播种机,其包括转动轮固定装置、第一转动轮、清除装置、振动发生装置、传输带、落种速度调节装置、防种架空装置、机架、第二转动轮、振动传感器、信号处理电路、压力传感器、中央处理装置、显示装置、报警装置以及存储装置,使用振动发生装置将位于载种台上多余的待播种子通过产生精准振动的方式落下,使用振动传感器和信号处理电路对播种机在播种过程中进行精确的振动监测,以保障播种机在播种作业时的精度,还使用压力传感器对播种机是否存在漏播进行监测。
Description
技术领域
本发明涉及智能农业领域,尤其涉及一种基于振动反馈的智能播种机。
背景技术
随着中国农业装备的发展和农业产业结构的调整,精密播种机越来越广泛地应用于农业生产中,播种机在播种作业时,其播种过程全封闭,仅凭裸眼直接观测,很难及时发现播种作业时机械传动故障、排种箱排空等造成的漏播现象,尤其是使用大型播种机作业时,由于其速度高、播幅宽,一旦出现上述问题而未及时发现,就会大面积漏播,结果必将造成农业生产的损失。由此可见,将漏播监测技术应用在播种机上,具有极其重要的意义。
20 世纪40 年代,国外就开始研制精密播种机。随着国外不同类型精密播种机的相继引进及消化吸收,中国研制的精密播种机不断推陈出新。同时许多新的材料和技术也应用到漏播检测装置中,其中主要有2 种传感器件:一是光电传感器,另外一种是电容式传感器。将光电传感器置于排种管的下部,当播种机正常工作时,种子有规律的下落并通过红外对管,遮断红外光束,光敏二极管将接收到的断续红外光信号转变为电脉冲信号,经过整形放大电路传递给单片机系统;当种箱或播种机排种不正常时,种子不再通过红外对管,红外光二极管发出的红外光全部照在接收管上,光强增大,此时监测系统将对漏播进行提示。如宋鹏等研制的自清洁精密播种机工作性能实时监测系统,冯全等研制的免耕播种机高抗尘排种监测器。虽然取代人工,但光电传感器受环境光和粉尘的影响很大。将电容式传感器作为检测元件,其田间试验的可靠性、稳定性等方面还达不到实际使用的要求,所以应用电容传感器的漏播检测装置很少得到应用。随着计算机技术的发展,图像分析方法也在排种性能检测中得到了应用。
另外,在播种机作业时,播种机若产生过大振动,则对处于载种台上的待播种子会有被振落的风险,但是,现有技术中的播种机并未设置有对其振动监测的系统,也就是说,不能对播种机在播种过程中进行精确的振动监测,以保障播种机在播种作业时的精度。
发明内容
因此,为了克服上述问题,本发明提供了一种基于振动反馈的智能播种机,基于振动反馈的智能播种机包括转动轮固定装置、第一转动轮、清除装置、振动发生装置、传输带、落种速度调节装置、防种架空装置、机架、第二转动轮、振动传感器、信号处理电路、压力传感器、中央处理装置、显示装置、报警装置以及存储装置,使用振动发生装置将位于载种台上多余的待播种子通过产生精准振动的方式落下,使用振动传感器和信号处理电路对播种机在播种过程中进行精确的振动监测,以保障播种机在播种作业时的精度,还使用压力传感器对播种机是否存在漏播进行监测。
根据本发明的一种基于振动反馈的智能播种机,其包括转动轮固定装置、第一转动轮、清除装置、振动发生装置、传输带、落种速度调节装置、防种架空装置、机架、第二转动轮、振动传感器、信号处理电路、压力传感器、中央处理装置、显示装置、报警装置以及存储装置。
其中,第一转动轮和第二转动轮驱动传输带运动,传输带上设置有载种台,载种台用于承载待播种子,清除装置设置于传输带上,清除装置用于清除传输带夹带的种子,振动发生装置位于第一转动轮和第二转动轮之间,振动发生装置用于为载种台提供振动信号以清除载种台上多余的种子,振动发生装置根据待播种子的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,落种速度调节装置设置种箱内,且落种速度调节装置设置于载种台上方,落种速度调节装置用于调节待播种子落下速度,防种架空装置设置种箱侧,防种架空装置通过摆动以防止待播种子结拱,机架用于将传输带固定在一预设角度,振动传感器设置于机架上,振动传感器用于采集播种时机架的振动信号,压力传感器设置于第二转动轮的下端,待播种子在落地前触碰到压力传感器,压力传感器用于采集待播种子在落地前触碰的压力信号。
其中,振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接,信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接,压力传感器的输出端与中央处理装置的输入端连接,显示装置的输入端、报警装置的输入端以及存储装置的输入端均与中央处理装置的输出端连接。
优选的是,振动传感器用于采集播种时机架的振动信号,并将采集到的振动信号转换为电压信号后传输至信号处理电路,信号处理电路将经过信号处理后的电信号传输至报警装置,报警装置内设有一振动阈值信号,若报警装置接收到的电信号大于或等于振动阈值信号,则报警装置发出报警信息,若报警装置接收到的电信号小于振动阈值信号,则报警装置不发出报警信息。
优选的是,振动传感器用于采集播种时机架的振动信号,将采集的振动信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至信号处理电路,V1为经过信号处理电路处理后的电压信号,信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,振动传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接,信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接,信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。
优选的是,信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11。
其中,振动传感器的输出端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R1的一端接地,电阻R1的另一端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R3的一端接地,电阻R3的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接,电阻R3的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接,电阻R2的另一端还与集成运放A2的同相输入端连接,电阻R5的一端接地,电阻R5的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接,电阻R5的另一端还与电阻R4的一端连接,电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接,电阻R4的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接,电阻R7的一端接地,电阻R7的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接,电阻R7的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端与集成运放A3的输出端连接,电阻R6的另一端与电容C1的一端连接,电阻R8的一端接地,电阻R8的另一端与电容C1的另一端连接,电阻R8的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端还与集成运放A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端还与电阻R9的一端连接,电阻R9的另一端与集成运放A4的输出端连接,电阻R9的另一端还与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与信号滤波单元的输入端连接。
优选的是,信号滤波单元包括电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6。
其中,信号放大单元的输出端与电阻R12的一端连接,信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接,电阻R12的输出端与电阻R13的输入端连接,电容C3的的另一端与电容C4的一端连接,电阻C3的另一端还与电阻R14的一端连接,电阻R14的另一端与电容C2的一端连接,电容C2的另一端与电阻R13的一端连接,电容C4的一端与电容R14的一端连接,电阻R14的另一端与集成运放A6的反相输入端连接,集成运放A6的输出端与电容C2的一端连接,电阻R13的另一端与集成运放A5的同相输入端连接,集成运放A5的反相输入端与集成运放A5的输出端连接,电容C4的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R16的一端接地,电阻R16的另一端与集成运放A6的同相输入端连接,电阻R16的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与集成运放A5的输出端连接,集成运放A5的输出端与中央处理装置的输入端连接,信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。
优选的是,振动发生装置根据待播种子的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,其中,若载种台内承载有两个待播种子,则振动发生装置发出振动信号将其中一颗待播种子振动掉落,设每颗待播种子的质量为m的球体,垂直于传输带的方向为x轴方向,待播种子在振动发生装置产生的振动信号作用下进行振动运动,振动发生装置产生的位移可表示为:
;
;
其中,S为振动发生装置的位移,为振动发生装置的振幅,为振动角频率,t为时间,为振动相位角;
;
;
其中,为x轴方向的速度,为x轴方向加速度;
当上面的待播种子与传输带之间的压力N≤0时,此时待播种子和传输带产生了相对位移,则有:
;
;
;
其中,g为重力加速度,为待播种子间的摩擦力,μ为待播种子间的摩擦系数,为位移指数,D为投抛指数;为待播种子开始发生位移时的最小相角;
;
其中,K为振动强度;则有,
;
当位移指数或投抛指数等于1时,为产生位移的临界条件,此时可求出待播种子位移的临界振动角频率或临界振幅,则有,
;
;
当振动角频率>或振幅>时,位于上方的待播种子与传输带间的正压力为0,同时,待播种子与传输带之间的摩擦力也为0,此时上方的待播种子只受重力和下方待播种子对其的支持力,当两个力不共线时,将会对待播种子产生转矩,在此转矩作用下位于上方的待播种子将产生翻转,位于上方的待播种子会跳离载种台。
优选的是,机架用于将传输带固定在一预设角度,预设角度为20°-30°。
优选的是,压力传感器设置于第二转动轮的下端,待播种子在落地前触碰到压力传感器,压力传感器用于采集待播种子在落地前触碰的压力信号,压力传感器将采集到的信号传输至中央处理装置,在有待播种子在落地前触碰到压力传感器时,压力传感器会产生一尖峰信号,中央处理装置获取每个尖峰信号之间的时间间隔,中央处理装置通过时间间隔判断是否有待播种子漏播。
优选的是,中央处理装置将接收到的振动信号和压力信号传输至显示装置进行显示,中央处理装置将接收到的振动信号和压力信号传输至存储装置进行存储。
优选的是,中央处理装置包括ARM处理器。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
(1)本发明提供的基于振动反馈的智能播种机,基于振动反馈的智能播种机包括转动轮固定装置、第一转动轮、清除装置、振动发生装置、传输带、落种速度调节装置、防种架空装置、机架、第二转动轮、振动传感器、信号处理电路、压力传感器、中央处理装置、显示装置、报警装置以及存储装置,使用振动发生装置将位于载种台上多余的待播种子通过产生精准振动的方式落下,使用振动传感器和信号处理电路对播种机在播种过程中进行精确的振动监测,以保障播种机在播种作业时的精度,还使用压力传感器对播种机是否存在漏播进行监测。
(2)本发明提供的基于振动反馈的智能播种机的发明点还在于,由于振动传感器采集的信号为微弱的电压信号,因而信号放大单元通过集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11对振动传感器输出的电压信号V0进行放大处理,由集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11构成的信号放大单元只有2.75μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内1.35nV的噪声。其中,信号滤波单元使用电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6对经过放大后的电信号进行滤波处理,从而提高了振动检测的精度。
(3)使用压力传感器对播种器漏播进行监测,其结构简单,效果明显,待播种子在落地前触碰到压力传感器,压力传感器用于采集待播种子在落地前触碰的压力信号,压力传感器将采集到的信号传输至中央处理装置,在有待播种子在落地前触碰到压力传感器时,压力传感器会产生一尖峰信号,中央处理装置获取每个尖峰信号之间的时间间隔,中央处理装置通过时间间隔判断是否有待播种子漏播。
附图说明
图1为本发明的基于振动反馈的智能播种机的结构图。
图2为本发明的基于振动反馈的智能播种机的示意图;
图3为本发明的振动发生装置产生振动的原理及受力简图;
图4为本发明的信号处理电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的基于振动反馈的智能播种机进行详细说明。
如图1-2所示,本发明提供的基于振动反馈的智能播种机包括转动轮固定装置1、第一转动轮2、清除装置3、振动发生装置4、传输带5、落种速度调节装置6、防种架空装置7、机架8、第二转动轮9、振动传感器、信号处理电路、压力传感器、中央处理装置、显示装置、报警装置以及存储装置。
其中,第一转动轮2和第二转动轮9驱动传输带5运动,传输带5上设置有载种台,载种台用于承载待播种子,清除装置3设置于传输带5上,清除装置3用于清除传输带5夹带的种子,振动发生装置4位于第一转动轮2和第二转动轮9之间,振动发生装置4用于为载种台提供振动信号以清除载种台上多余的种子,振动发生装置4根据待播种子的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,落种速度调节装置6设置种箱内,且落种速度调节装置6设置于载种台上方,落种速度调节装置6用于调节待播种子落下速度,防种架空装置7设置种箱侧,防种架空装置7通过摆动以防止待播种子结拱,机架8用于将传输带5固定在一预设角度,振动传感器设置于机架8上,振动传感器用于采集播种时机架8的振动信号,压力传感器设置于第二转动轮9的下端,待播种子在落地前触碰到压力传感器,压力传感器用于采集待播种子在落地前触碰的压力信号。
其中,振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接,信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接,压力传感器的输出端与中央处理装置的输入端连接,显示装置的输入端、报警装置的输入端以及存储装置的输入端均与中央处理装置的输出端连接。
上述实施方式中,基于振动反馈的智能播种机包括转动轮固定装置、第一转动轮、清除装置、振动发生装置、传输带、落种速度调节装置、防种架空装置、机架、第二转动轮、振动传感器、信号处理电路、压力传感器、中央处理装置、显示装置、报警装置以及存储装置,使用振动发生装置将位于载种台上多余的待播种子通过产生精准振动的方式落下,使用振动传感器和信号处理电路对播种机在播种过程中进行精确的振动监测,以保障播种机在播种作业时的精度,还使用压力传感器对播种机是否存在漏播进行监测。
另外,本发明提供的基于振动反馈的智能播种机使用压力传感器对播种器漏播进行监测,其结构简单,效果明显,待播种子在落地前触碰到压力传感器,压力传感器用于采集待播种子在落地前触碰的压力信号,压力传感器将采集到的信号传输至中央处理装置,在有待播种子在落地前触碰到压力传感器时,压力传感器会产生一尖峰信号,中央处理装置获取每个尖峰信号之间的时间间隔,中央处理装置通过时间间隔判断是否有待播种子漏播。
具体地,振动传感器用于采集播种时机架8的振动信号,并将采集到的振动信号转换为电压信号后传输至信号处理电路,信号处理电路将经过信号处理后的电信号传输至报警装置,报警装置内设有一振动阈值信号,若报警装置接收到的电信号大于或等于振动阈值信号,则报警装置发出报警信息,若报警装置接收到的电信号小于振动阈值信号,则报警装置不发出报警信息。
如图4所示,振动传感器用于采集播种时机架8的振动信号,将采集的振动信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至信号处理电路,V1为经过信号处理电路处理后的电压信号,信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,振动传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接,信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接,信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。
具体地,信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11。
其中,振动传感器的输出端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R1的一端接地,电阻R1的另一端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R3的一端接地,电阻R3的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接,电阻R3的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接,电阻R2的另一端还与集成运放A2的同相输入端连接,电阻R5的一端接地,电阻R5的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接,电阻R5的另一端还与电阻R4的一端连接,电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接,电阻R4的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接,电阻R7的一端接地,电阻R7的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接,电阻R7的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端与集成运放A3的输出端连接,电阻R6的另一端与电容C1的一端连接,电阻R8的一端接地,电阻R8的另一端与电容C1的另一端连接,电阻R8的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端还与集成运放A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端还与电阻R9的一端连接,电阻R9的另一端与集成运放A4的输出端连接,电阻R9的另一端还与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与信号滤波单元的输入端连接。
具体地,信号滤波单元包括电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6。
其中,信号放大单元的输出端与电阻R12的一端连接,信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接,电阻R12的输出端与电阻R13的输入端连接,电容C3的的另一端与电容C4的一端连接,电阻C3的另一端还与电阻R14的一端连接,电阻R14的另一端与电容C2的一端连接,电容C2的另一端与电阻R13的一端连接,电容C4的一端与电容R14的一端连接,电阻R14的另一端与集成运放A6的反相输入端连接,集成运放A6的输出端与电容C2的一端连接,电阻R13的另一端与集成运放A5的同相输入端连接,集成运放A5的反相输入端与集成运放A5的输出端连接,电容C4的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R16的一端接地,电阻R16的另一端与集成运放A6的同相输入端连接,电阻R16的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与集成运放A5的输出端连接,集成运放A5的输出端与中央处理装置的输入端连接,信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。
上述实施方式中,信号处理电路的噪声在1.35nV以内,漂移为2.75μV/℃,集成运放A1-A4的型号均为LT1223,集成运放A5-A6的型号均为LT1192。
在信号放大单元中,电阻R1的阻值为50Ω,电阻R2的阻值为1kΩ,电阻R3的阻值为365Ω,电阻R4的阻值为1kΩ,电阻R5的阻值为365Ω,电阻R6的阻值为1kΩ,电阻R7的阻值为365Ω,电阻R8的阻值为1kΩ,电阻R9的阻值1kΩ,电阻R10的阻值为365Ω,电阻R11的阻值为50Ω,电容C1的电容值为1μF。
本实施例中的信号放大单元对振动传感器输出的电压信号响应速度快,信号放大单元为40MHz放大器。信号放大单元不仅能够对传感器采集的信号进行有效放大,并且放大后的信号平滑不失真。
在信号滤波单元中,电阻R12-R16的阻值、电容C2-C4的电容值为根据滤波需求进行设置。
本实施例中优选一组电阻R12-R16的阻值、电容C2-C4的电容值的值,其中,电阻R12=R13=2R14=R,C3=C4=C2/2=C。
滤波频率为,滤波质量参数为Q。
其中,
;
;
以上实施例中,中心频率f0=60Hz。
振动传感器采集的信号为微弱的电压信号,因而信号放大单元通过集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11对振动传感器输出的电压信号V0进行放大处理,由集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11构成的信号放大单元只有2.75μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内1.35nV的噪声。其中,信号滤波单元使用电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6对经过放大后的电信号进行滤波处理,从而提高了振动检测的精度。
如图3所示,振动发生装置4根据待播种子的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,其中,若载种台内承载有两个待播种子,则振动发生装置4发出振动信号将其中一颗待播种子振动掉落,设每颗待播种子的质量为m的球体,垂直于传输带5的方向为x轴方向,待播种子在振动发生装置4产生的振动信号作用下进行振动运动,振动发生装置4产生的位移可表示为:
;
;
其中,S为振动发生装置4的位移,为振动发生装置4的振幅,为振动角频率,t为时间,为振动相位角;
;
;
其中,为x轴方向的速度,为x轴方向加速度;
当上面的待播种子与传输带5之间的压力N≤0时,此时待播种子和传输带5产生了相对位移,则有:
;
;
;
其中,g为重力加速度,为待播种子间的摩擦力,μ为待播种子间的摩擦系数,为位移指数,D为投抛指数;为待播种子开始发生位移时的最小相角;
;
其中,K为振动强度;则有,
;
当位移指数或投抛指数等于1时,为产生位移的临界条件,此时可求出待播种子位移的临界振动角频率或临界振幅,则有,
;
;
当振动角频率>或振幅>时,位于上方的待播种子与传输带5间的正压力为0,同时,待播种子与传输带5之间的摩擦力也为0,此时上方的待播种子只受重力和下方待播种子对其的支持力,当两个力不共线时,将会对待播种子产生转矩,在此转矩作用下位于上方的待播种子将产生翻转,位于上方的待播种子会跳离载种台。
具体地,机架8用于将传输带5固定在一预设角度,预设角度为20°-30°。
具体地,压力传感器设置于第二转动轮9的下端,待播种子在落地前触碰到压力传感器,压力传感器用于采集待播种子在落地前触碰的压力信号,压力传感器将采集到的信号传输至中央处理装置,在有待播种子在落地前触碰到压力传感器时,压力传感器会产生一尖峰信号,中央处理装置获取每个尖峰信号之间的时间间隔,中央处理装置通过时间间隔判断是否有待播种子漏播。
具体地,中央处理装置将接收到的振动信号和压力信号传输至显示装置进行显示,中央处理装置将接收到的振动信号和压力信号传输至存储装置进行存储。
具体地,中央处理装置包括ARM处理器。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述基于振动反馈的智能播种机包括转动轮固定装置(1)、第一转动轮(2)、清除装置(3)、振动发生装置(4)、传输带(5)、落种速度调节装置(6)、防种架空装置(7)、机架(8)、第二转动轮(9)、振动传感器、信号处理电路、压力传感器、中央处理装置、显示装置、报警装置以及存储装置;
其中,所述第一转动轮(2)和所述第二转动轮(9)驱动所述传输带(5)运动,所述传输带(5)上设置有载种台,所述载种台用于承载待播种子,所述清除装置(3)设置于所述传输带(5)上,所述清除装置(3)用于清除所述传输带(5)夹带的种子,所述振动发生装置(4)位于所述第一转动轮(2)和所述第二转动轮(9)之间,所述振动发生装置(4)用于为所述载种台提供振动信号以清除所述载种台上多余的种子,所述振动发生装置(4)根据待播种子的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,所述落种速度调节装置(6)设置种箱内,且所述落种速度调节装置(6)设置于所述载种台上方,所述落种速度调节装置(6)用于调节待播种子落下速度,所述防种架空装置(7)设置种箱侧,所述防种架空装置(7)通过摆动以防止待播种子结拱,所述机架(8)用于将所述传输带(5)固定在一预设角度,所述振动传感器设置于所述机架(8)上,所述振动传感器用于采集播种时所述机架(8)的振动信号,所述压力传感器设置于所述第二转动轮(9)的下端,待播种子在落地前触碰到所述压力传感器,所述压力传感器用于采集待播种子在落地前触碰的压力信号;
其中,所述振动传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接,所述信号处理电路的输出端与所述中央处理装置的输入端连接,所述压力传感器的输出端与所述中央处理装置的输入端连接,所述显示装置的输入端、所述报警装置的输入端以及所述存储装置的输入端均与所述中央处理装置的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述振动传感器用于采集播种时所述机架(8)的振动信号,并将采集到的振动信号转换为电压信号后传输至所述信号处理电路,所述信号处理电路将经过信号处理后的电信号传输至所述报警装置,所述报警装置内设有一振动阈值信号,若所述报警装置接收到的电信号大于或等于所述振动阈值信号,则所述报警装置发出报警信息,若所述报警装置接收到的电信号小于所述振动阈值信号,则所述报警装置不发出报警信息。
3.根据权利要求1所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述振动传感器用于采集播种时所述机架(8)的振动信号,将采集的振动信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至所述信号处理电路,V1为经过所述信号处理电路处理后的电压信号,所述信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,所述振动传感器的输出端与所述信号放大单元的输入端连接,所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接,所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理装置的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11;
其中,所述振动传感器的输出端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R1的一端接地,电阻R1的另一端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R3的一端接地,电阻R3的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接,电阻R3的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接,电阻R2的另一端还与集成运放A2的同相输入端连接,电阻R5的一端接地,电阻R5的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接,电阻R5的另一端还与电阻R4的一端连接,电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接,电阻R4的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接,电阻R7的一端接地,电阻R7的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接,电阻R7的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端与集成运放A3的输出端连接,电阻R6的另一端与电容C1的一端连接,电阻R8的一端接地,电阻R8的另一端与电容C1的另一端连接,电阻R8的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端还与集成运放A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端还与电阻R9的一端连接,电阻R9的另一端与集成运放A4的输出端连接,电阻R9的另一端还与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与所述信号滤波单元的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述信号滤波单元包括电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6;
其中,所述信号放大单元的输出端与电阻R12的一端连接,所述信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接,电阻R12的输出端与电阻R13的输入端连接,电容C3的的另一端与电容C4的一端连接,电阻C3的另一端还与电阻R14的一端连接,电阻R14的另一端与电容C2的一端连接,电容C2的另一端与电阻R13的一端连接,电容C4的一端与电容R14的一端连接,电阻R14的另一端与集成运放A6的反相输入端连接,集成运放A6的输出端与电容C2的一端连接,电阻R13的另一端与集成运放A5的同相输入端连接,集成运放A5的反相输入端与集成运放A5的输出端连接,电容C4的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R16的一端接地,电阻R16的另一端与集成运放A6的同相输入端连接,电阻R16的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与集成运放A5的输出端连接,集成运放A5的输出端与所述中央处理装置的输入端连接,所述信号滤波单元将电压信号V1传输至所述中央处理装置的ADC端口。
6.根据权利要求1所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述振动发生装置(4)根据待播种子的类型不同发出不同角频率和振幅的振动信号,其中,若所述载种台内承载有两个待播种子,则所述振动发生装置(4)发出振动信号将其中一颗待播种子振动掉落,设每颗待播种子的质量为m的球体,垂直于所述传输带(5)的方向为x轴方向,待播种子在所述振动发生装置(4)产生的振动信号作用下进行振动运动,所述振动发生装置(4)产生的位移可表示为:
;
;
其中,S为所述振动发生装置(4)的位移,为所述振动发生装置(4)的振幅,为振动角频率,t为时间,为振动相位角;
;
;
其中,为x轴方向的速度,为x轴方向加速度;
当上面的待播种子与所述传输带(5)之间的压力N≤0时,此时待播种子和所述传输带(5)产生了相对位移,则有:
;
;
;
其中,g为重力加速度,为待播种子间的摩擦力,μ为待播种子间的摩擦系数,为位移指数,D为投抛指数;为待播种子开始发生位移时的最小相角;
;
其中,K为振动强度;则有,
;
当位移指数或投抛指数等于1时,为产生位移的临界条件,此时可求出待播种子位移的临界振动角频率或临界振幅,则有,
;
;
当振动角频率>或振幅>时,位于上方的待播种子与所述传输带(5)间的正压力为0,同时,待播种子与所述传输带(5)之间的摩擦力也为0,此时上方的待播种子只受重力和下方待播种子对其的支持力,当两个力不共线时,将会对待播种子产生转矩,在此转矩作用下位于上方的待播种子将产生翻转,位于上方的待播种子会跳离所述载种台。
7.根据权利要求1所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述机架(8)用于将所述传输带(5)固定在一预设角度,所述预设角度为20°-30°。
8.根据权利要求1所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述压力传感器设置于所述第二转动轮(9)的下端,待播种子在落地前触碰到所述压力传感器,所述压力传感器用于采集待播种子在落地前触碰的压力信号,所述压力传感器将采集到的信号传输至所述中央处理装置,在有待播种子在落地前触碰到所述压力传感器时,所述压力传感器会产生一尖峰信号,所述中央处理装置获取每个尖峰信号之间的时间间隔,所述中央处理装置通过时间间隔判断是否有待播种子漏播。
9.根据权利要求1所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述中央处理装置将接收到的振动信号和压力信号传输至所述显示装置进行显示,所述中央处理装置将接收到的振动信号和压力信号传输至所述存储装置进行存储。
10.根据权利要求1所述的基于振动反馈的智能播种机,其特征在于,所述中央处理装置包括ARM处理器。
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