CN110595553A - Led可见光面大中籽粒作物排种检测装置 - Google Patents

Led可见光面大中籽粒作物排种检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，解决了现有检测装置结构复杂，成本高、准确性和可靠性有待提高的问题。技术方案包括导种管，所述导种管由上导种管和下导种管组成，上、下导种管的端面间具有环形通光间隙，所述环形通光间隙处设置有LED可见光发射模组和光敏接收模组，所述LED可见光发射模组由多只沿所述环形通光间隙径向均匀布置的发光二极管组成；所述光敏接收模组由多只对应接收来自所述发光二极管发射光束的光敏二极管组成；所述LED可见光发射模组和光敏接收模组被封装在导种管和外壳之间。本发明制造成本低、可靠性好、易于拆装和检修，不易积灰、使用寿命长、准确性和灵敏度高。

Description

LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置
技术领域
本发明涉及农用机械领域，具体的说是一种精量排种器用种子颗粒检测装置。
背景技术
机械化精量播种能够降低劳动强度、提高作业效率、增加农民收入，是智能农机发展的重要环节。播种过程中排种器排种质量检测、漏播检测、播量检测、播种状态图生成是精量播种智能化发展的趋势，而实现这些功能必须依靠能够实时精准采集排种频率、排种时间间隔、排种总量等排种信息的种子流传感装置作为支撑。
目前现有用于排种检测的传感装置主要有电容式和光电式两种。电容式种子流传感器由于结构复杂、成本高，不适合大规模普及。光电式种子流传感器结构简单、成本低，适合我国农业发展现状。大中籽粒作物排种光电式传感器一般是在排种器导种管的一侧安装红外发射管，另一侧安装红外接收管，红外接收管直接与比较电路相连。种子下落遮挡光束，红外接收管接收的红外光强发生变化，进而比较器输出信号发生变化。根据比较器输出信号得到排种状态。
现有的大中籽粒作物排种传感装置存在的技术问题如下：
1、大中籽粒作物排种管径较大，若要做到无盲区检测，需要复杂逻辑门控电路支撑，成本过高。
2、种子通过光路时间较长，导致检测时间分辨率低而出现相隔较近的两粒或多粒种子难以被分辨，导致难以实现对中大籽粒作物高频、高速排种的精准检测。
3、使用偶数对二极管或三极管元件周向排布，导致光电检测区域不均匀，降低传感装置稳定性。
4、传感装置无法快速装卸，且红外不可见光检测无法监测传感装置元件状态，不利于故障排查。
5、传感元件不能与田间环境完全隔绝，易受灰尘影响，降低传感装置检测准确性和灵敏度。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种制造成本低、可靠性好、易于拆装和检修，不易积灰、使用寿命长、准确性和灵敏度高的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置。
技术方案包括导种管，所述导种管由上导种管和下导种管组成，上、下导种管的端面间具有环形通光间隙，所述环形通光间隙处设置有LED可见光发射模组和光敏接收模组，所述LED可见光发射模组由多只沿所述环形通光间隙径向均匀布置的发光二极管组成，多只所述发光二极管的光束交汇于所述环形通光间隙的截面圆心；所述光敏接收模组由多只对应接收来自所述发光二极管发射光束的光敏二极管组成；所述LED可见光发射模组和光敏接收模组被封装在导种管和外壳之间。
所述上导种管和下导种管内套有长度至少覆盖环形通光间隙的透明管。
所述透明管的内径小于或等于所述LED可见光发射模组的多只发光二极管形成的最大圆形光斑的直径。
所述环形通光间隙的宽度为0.1mm～5mm。
所述环形通光间隙的宽度为0.8mm。
组成所述LED可见光发射模组的发光二极管数量为奇数，组成所述光敏接收模组的光敏二极管的数量也对应为奇数，多只发光二极管和光敏二极管沿环形通光间隙径向均匀交错布置。
还包括有外部可编程控制系统和信号处理系统，所述LED可见光发射模组连接外部可编程控制系统，所述光敏接收模组连接信号处理系统，所述信号处理系统连接外部可编程控制系统。
所述LED可见光发射模组中的多只发光二极管依次并联后外部可编程控制系统。
所述光敏接收模组中多只光敏二极管串联后连接信号处理系统。
所述上导种管与下导种管分别对应与播种机械的上排种管和下排种管可拆式连接。
所述上导种管外套装有上外拆螺旋管，所述上导种管和上外拆螺旋管的上段之间螺纹配合，所述播种机械的上排种管端部被夹装在所述上导种管和上外拆螺旋管的外、内螺纹之间；所述下导种管外套装有下外拆螺旋管，所述下导种管和下外拆螺旋管的下段之间螺纹配合，所述播种机械的下排种管端部被夹装在所述下导种管和下外拆螺旋管的外、内螺纹之间。
所述外壳上设有透明观察窗。
所述上导种管的上端、下导种管的下端、以及透明管的两端内壁均为外扩的锥形。
针对背景技术中存在的问题，发明人进行了如下改进：
1.采用环形布置的LED可见光发射模组和对应的光敏接收模组形成圆形光斑用于种子检测，发光二极管及对应的光敏二极管价格极为低廉，可大幅降低生产成本；另一方面，由于普通的发光二极管的形成光层厚度大(最小的也为3mm)，会导致种子通过检测光区的时间较长，在排种器高频、高速排种情况下，当两粒或多粒种子同时进入检测光区时，若种子粒径较大、且相邻两颗种子间距较小，就会造成无法分辨而误检的问题，影响检测的准确性。对此，发明人创造性的通过在上、下导种管的端面间设置环形通光间隙以解决上述问题。多只所述发光二极管的光束交汇于所述环形通光间隙的截面圆心，这样，通过控制环形通光间隙的大小(上、下导种管的端面间隙宽度)，就可灵活的控制检测光区光面的厚度，优选所述环形通光间隙的宽度在0.1mm～5mm间调节，具体可根据待检籽粒的粒径大小及排种速度灵活控制，结构简单，应用广泛，适用于不同粒径大小的籽粒检测，巧妙的解决了发光二极管应用于籽粒作物排种检测准确性差的问题。
2.由于排种作业环境灰尘大、易磨损，为了保护LED可见光发射模组和光敏接收模组，在上导种管和下导种管内套有长度至少覆盖环形通光间隙的透明管，种子进入上导种管后经透明管下落，该透明管既不影响光束射入检测区，又能和外壳一起对LED可见光发射模组和光敏接收模组进行有效封装，共同防止来自内部和外部的灰尘侵扰，也避免种子在环形通光间隙处堆积影响检测，延长设备寿命，进一步提高检测的稳定性和准确性。
3.采用本发明多只发光二极管沿所述环形通光间隙径向均匀布置，可根据管径大小合理选择单色发光二极管的数量，从而使形成的最大圆形光斑能够全部覆盖管径截面，达到无盲区检测。进一步的，申请人发现，当发光二极管的数量为偶数时，必然会存在至少两个发光二极管和光敏二级管相邻的情况，这样会导致光电检测区域不均匀，降低传感装置稳定性的问题，发明人发现使用奇数的发光二极管和对应的光敏二级管正好能实现发光二极管和对应的光敏二级管均匀交替布置，使得光斑分布均匀，避免上述问题。
4.当随着管径增大，发光二极管和对应的光敏二级管的数量相应增加时，会使得逻辑门控电路越来越复杂，增加了生产成本，对此发明人依据发光二极管环形布置的结构，将控制简单化，多只发光二极管依次并联后外部可编程控制系统，多只光敏二极管串联后连接信号处理系统。对于并联的多只发光二极管而言，若任一发光二极管损坏不亮，则通过简单观察就能很快发现，直接更换相应的发光二极管即可；对于串联的多只光敏二极管而言，某一时间内若任一只光敏二极管接收的光路被全部或部分遮挡，则对应输出单个脉冲，即使同一时间内其它光敏二极管也同时接收到遮挡信号，也只输出单个脉冲，这样使下落的单粒种子对应输出单个脉冲，最终实现种子序列对应脉冲序列，实现种子流的数字化；同时多只光敏二极管通过简单的串联设计替代复杂的逻辑门控电路，使设备的可靠性、准确性、稳定性和灵敏度显著提升，并且当任一光敏二极管失效时，由于串联连联会直接出现无法检测的问题，因而不需要复杂的检测过程，能够很快发现问题，避免漏检。所述信号处理系统可以封装在外壳内，用于采集、处理来自光敏接收模组感光量发生变化产生的电压信号扰动，其包括但不限于放大电路、电压比较器电路、单稳态触发电路等；所述外部可编程控制系统可以为单片机或PLC等，用于接收来自信号处理系统的数据并进行处理和分析，并根据需要传输给其它控制系统或显示器等。
5.所述上导种管与下导种管分别与播种机械的上排种管和下排种管可拆式连接，通过可拆式连接，使得本发明装置可根据需要拆卸，有利于维护和检修，提高设备使用寿命。
有益效果：
本发明检测装置结构简单、生产成本低、结构精巧体积小、安装简便、易于拆卸检修，具有优异的抗尘性、可靠性、准确性、稳定性和灵敏度，不仅适用于小颗粒籽粒作物的排种检测，也适用于大中籽粒作物排种检测。
附图说明
图1为本发明检测装置结构示意图；
图2为本发明检测装置的外观图；
图3为发光二极管与光敏二极管分布图及LED可见光发射与接收投影图；
图4为本发明实施例的控制原理图；
图5为本发明实施例的信号处理系统的电原理框图。
其中，1-上导种管、2-下导种管、3-环形通光间、4-发光二极管、5-光敏二极管、6-外壳、7-透明管、8-二极管固定环、9-上外拆螺旋管、10-下外拆螺旋管、11-上排种管、12-下排种管、13-光面、14-透明观察窗、15-排种状态指示灯、16-电源指示灯。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步解释说明：
参见图1及图2，导种管由上导种管1和下导种管2组成，上、下导种管1、2的端面间具有环形通光间隙3，所述环形通光间隙3的宽度为0.1mm～5mm，优选为为0.8mm，面厚度仅为0.8mm时，中大籽粒作物种子穿过所述光面13的时间足够短，两粒种子间距只要大于0.8mm都能检测出来，在农业实际播种过程中，中大粒作物种子间隔小于0.8mm的情况极少发生，从而提高种子检测的时间分辨率，有利于中大粒作物种子精准检测；
所述环形通光间隙3处设置有LED可见光发射模组和光敏接收模组，所述LED可见光发射模组由多只沿所述环形通光间隙3径向均匀布置的发光二极管4组成；所述光敏接收模组由多只对应接收来自所述发光二极管4发射光束的光敏二极管5组成；所述上导种管1和下导种管2内套有长度至少覆盖环形通光间隙3的透明管7，多只所述发光二极管4的光束穿过所述环形通光间隙3交汇于环形通光间隙3的截面圆心形成光面13；
参见图3，优选的，组成所述LED可见光发射模组的单色发光二极管4数量为奇数，组成所述光敏接收模组的光敏二极管5的数量也对应为奇数，多只发光二极管4和光敏二极管5沿环形通光间隙3径向均匀交错布置，形成的光面15均匀无肓区，所述透明管7的内径小于或等于所述LED可见光发射模组的多只单色发光二极管形成的最大圆形光斑的直径。如作为示例，如设定透明管6内径为26mm时，发光二极管4及7只光敏二极管5的尺寸为5mm，则需要7只发光二极管4及7只光敏二极管5，经几何运算后得到形成的最大圆形光面15的直径为28.8mm，大于透明管6内径，从而保证光面13能够全部覆盖住透明管6内径截面，消除了检测所可能产生的盲区。
所述LED可见光发射模组和光敏接收模组固定在二极管固定环8后被封装在导种管和外壳6之间，所述外壳6上设有透明观察窗14，可随时观察外壳6中发光二极管4的发光状态，及时发现损坏的发光二极管4，方便的更换，而不需要复杂的检测过程；所述上导种管1与下导种管2分别对应与播种机械的上排种管11和下排种管12可拆式连接，本领域技术人员可根据需要设计各种可拆式连接的结构。优选的，所述上导种管1外套装有上外拆螺旋管9，所述上导种管1和上外拆螺旋管9的上段之间采用外、内螺纹配合，所述播种机械的上排种管11端部被夹装在所述上导种管1和上外拆螺旋管9的外、内螺纹之间；所述下导种管2外套装有下外拆螺旋管10，所述下导种管2和下外拆螺旋管10的下段之间外、内螺纹配合，所述播种机械的下排种管12端部被夹装在所述下导种管2和下外拆螺旋管10的外、内螺纹之间。参见图1，所述上导种管1的上端、下导种管2的下端、以及透明管7的两端内壁均为外扩的锥形。
参见图4，本发明还包括有外部可编程控制系统和信号处理系统，所述LED可见光发射模组中的多只发光二极管4依次并联后外部可编程控制系统，所述光敏接收模组中的多只光敏二极管5串联后连接信号处理系统，所述信号处理系统连接外部可编程控制系统，同时还分别连接排种状态指示灯15和电源指示灯16。参见图5，所述信号处理系统包括依次连接的放大电路200、电压比较器电路300和单稳态触发电路400，所述放大电路200由LM358芯片搭建而成，用于对种子遮挡部分光路后产生的原始信号100进行放大，放大倍数调节范围为1～10000倍，优选为600～1000倍；所述电压比较器电路300包括LM393芯片、可变电阻，所述可变电阻用以调节所述电压比较器电路比较电压阈值，将所述放大电路的输出信号转变成具有一定脉冲宽度的规整方波，所述脉冲宽度随所述比较电压阈值的改变而改变；所述单稳态触发电路500包括74HC123芯片、可变电容、可变电阻，所述可变电容、可变电阻用以调节延时时间，延时时间优选为2ms，并将所述电压比较器电路输出信号整合成为与种子序列相对应的脉冲序列信号。形成所述种子脉冲序列500，实现单粒种子对应输出单个脉冲，即实现种子序列对用脉冲序列。
所述发光二极管4(可为LED灯珠，可不限颜色和亮度，为可见光即可)和对应的光敏二极管5常见尺寸为3mm、5mm、10mm、20mm，本实施例中优选为5mm。
工作原理：
种子由上排种管11进入上导种管1下落，穿过上、下导种管1、2之间的环形通光间隙3落入多只发光二极管4形成的光面13时，至少一只发光二极管4发出的光路被遮挡，用于接收该发光二极管4发出光束的对应的光敏二极管5发出原始信号100给信号处理系统，由信号处理系统进行采集、处理后形成脉冲序列500给外部可编程控制系统，由外部可编程控制系统(PLC或单片机)进行处理分析，最终实现计量种子流的数字化。经过光面13后的种子继续下落穿过下种子管2落入下排种管12后排出。

Claims (10)

1.一种LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，包括导种管，其特征在于，所述导种管由上导种管和下导种管组成，上、下导种管的端面间具有环形通光间隙，所述环形通光间隙处设置有LED可见光发射模组和光敏接收模组，所述LED可见光发射模组由多只沿所述环形通光间隙径向均匀布置的发光二极管组成，多只所述发光二极管的光束交汇于所述环形通光间隙的截面圆心；所述光敏接收模组由多只对应接收来自所述发光二极管发射光束的光敏二极管组成；所述LED可见光发射模组和光敏接收模组被封装在导种管和外壳之间。
2.如权利要求1所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，所述上导种管和下导种管内套有长度至少覆盖环形通光间隙的透明管。
3.如权利要求2所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，所述透明管的内径小于或等于所述LED可见光发射模组的多只发光二极管形成的最大圆形光斑的直径。
4.如权利要求1-3任一项所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，所述环形通光间隙的宽度为0.1mm～5mm。
5.如权利要求1-3任一项所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，组成所述LED可见光发射模组的发光二极管数量为奇数，组成所述光敏接收模组的光敏二极管的数量也对应为奇数，多只发光二极管和光敏二极管沿环形通光间隙径向均匀交错布置。
6.如权利要求1所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，还包括有外部可编程控制系统和信号处理系统，所述LED可见光发射模组连接外部可编程控制系统，所述光敏接收模组连接信号处理系统，所述信号处理系统连接外部可编程控制系统。
7.如权利要求6所述的所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，所述LED可见光发射模组中的多只发光二极管依次并联后外部可编程控制系统。
8.如权利要求6或7所述的所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，所述光敏接收模组中的多只光敏二极管串联后连接信号处理系统。
9.如权利要求1所述的所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，所述上导种管与下导种管分别对应与播种机械的上排种管和下排种管可拆式连接。
10.如权利要求2或3所述的所述的LED可见光面大中籽粒作物排种检测装置，其特征在于，所述上导种管的上端、下导种管的下端、以及透明管的两端内壁均为外扩的锥形。
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