CN110726389B - 一种方捆机作业信息监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农用机械技术领域，提供一种方捆机作业信息监测系统及方法，方捆机作业信息监测系统包括计量轮、第一接近开关、第二接近开关和信息处理单元；第一接近开关、第二接近开关分别用于监测计量轮与打捆针的动作；信息处理单元包括数据处理模块，数据处理模块根据第一接近开关输出的高、低电平时间和第二接近开关输出的低电平次数及在第二接近开关连续两次输出低电平的过程中第一接近开关输出的高电平次数，获取方捆机的作业状态、作业捆数及打捆的草捆体积；本发明不仅监测精度高、抗干扰能力强、监测成本低廉，而且还便于根据监测数据，以此实现对方捆机的作业质量进行科学评估，并可广泛应用于农机合作社及农机生产制造商。

Description

一种方捆机作业信息监测系统及方法

技术领域

本发明涉及农用机械技术领域，尤其涉及一种方捆机作业信息监测系统及方法。

背景技术

近年来，随着化石能源的短缺及农业环境的日益恶化，人们对可持续发展和环境保护越来越重视，生物质资源的开发利用也逐渐受到世界各国的关注。中国作为农业大国，农作物秸秆产量大、分布广、种类多，实现秸秆的综合利用，对于稳定农业生态平衡、缓解资源约束、减轻环境压力都具有十分重要的意义。

为使农作物秸秆实现高效利用，首先要解决的是秸秆的收储问题。打捆机为当前典型的秸秆收储设备，通常分为圆捆机和方捆机。方捆机相对于圆捆机而言，虽然整机结构较为复杂，但其输出的草捆为规整的矩形立方体、体积适中，便于运输和存放，并且方捆机自身尺寸较小，适合转移运输。农田细碎化是我国华北、华中地区农村土地经营的突出特征，许多农田经营者的田块分布在多个区域，每个区域的田块面积较小，形状也不规则，在这种地块特征下，结构小巧、转移运输方便、性价比较高的方捆机在这一地区获得了广泛的应用。

方捆机在使用时，通常与拖拉机配合，并由拖拉机牵引着前进。方捆机在前进的同时，由配设的螺旋上料装置收集农田中散放的各类秸秆，并将收集的秸秆分批次给进至方捆机的打捆室内，在此过程中，由打捆室内配设的压缩机构对秸秆进行往复式压缩，并通过监测设置在打捆室顶部的计量轮的旋转，来监测预压缩成型的草捆体积；在将秸秆压缩为预设的形状和尺寸时，通过打捆针和打结器对压缩成型的草捆进行捆绑打结；最后，将草捆从打捆室内推出，草捆先输送至打捆室出口处铰接的落草板上，再从落草板上滑落至农田中。

随着“互联网+农机”的逐步推进，从政府到农机合作社，再到农户本身，对农机的作业信息监测的需求也越来越高。一般来说，机器的作业位置、作业轨迹、作业状态、作业量是反应作业信息的主要指标，已经有相关文献表明，在深松机、联合收割机、拖拉机机上已有关于作业状态、作业面积、作业轨迹远程监管设备的研发。

然而，对于方捆机而言，当前有关方捆机的作业状态、作业捆数及草捆体积缺乏系统的研究，这不利于对方捆机的作业质量进行科学地评估。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种方捆机作业信息监测系统及方法，用以解决当前对方捆机的作业状态、作业捆数及草捆体积缺乏系统的研究，从而难以对方捆机的作业质量进行科学评估的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种方捆机作业信息监测系统，包括安装在方捆机的打捆室上的计量轮，还包括第一接近开关、第二接近开关和信息处理单元；所述第一接近开关与所述计量轮的锯齿边呈相对设置，所述第二接近开关与方捆机上打捆针的尾端呈相对设置；所述信息处理单元包括数据处理模块，所述数据处理模块根据第一接近开关输出的高、低电平时间和第二接近开关输出的低电平次数及在第二接近开关连续两次输出低电平的过程中第一接近开关输出的高电平次数，获取方捆机的作业状态、作业捆数及打捆的草捆体积。

优选的，本发明中所述信息处理单元还包括定位模块和数据传输模块，所述数据处理模块与所述定位模块分别通讯连接所述数据传输模块；所述定位模块用于采集方捆机的作业位置信息；所述数据传输模块用于将获取的所述数据处理模块与所述定位模块的信息实时传输至后台服务器。

优选的，本发明中所述信息处理单元还包括数据采集变送器、显示器和存储模块；所述第一接近开关、所述第二接近开关分别通讯连接所述数据采集变送器；所述数据采集变送器、所述显示器、所述存储模块分别通讯连接所述数据处理模块。

优选的，本发明在另一方面还提供了一种基于上述方捆机作业信息监测系统的监测方法，包括：

S1，采集第一接近开关输出的高电平时间t₁、低电平时间t₂与第二接近开关输出的低电平次数n₁及在第二接近开关连续两次输出低电平的过程中第一接近开关输出的高电平次数n₂；

S2，信息处理单元通过第一接近开关监测到的信息获取方捆机的作业状态与每次打捆操作中计量轮的转动角度θ，根据计量轮的转动角度θ计算得到草捆体积，并且根据第二接近开关监测到的信息获取作业捆数。

优选的，本发明中在设定时间T₁内，若t₁＞0且t₂＞0，则表示方捆机在进行打捆作业。

优选的，本发明中步骤S1还包括：采集第二接近开关连续两次输出低电平的时间间隔t₃；

若时间间隔t₃小于设定时间T₂，则表示方捆机的打捆动作无效，并通过信息处理单元进行报警提示。

优选的，本发明中所述草捆体积通过如下公式获取：

θ＝n₂*2π/n；

V＝R*θ*S；

其中，n为计量轮的齿数，R为计量轮的最大回转半径，S为打捆室出口的截面积，V为草捆体积。

优选的，本发明中还包括S3：信息处理单元在预定地段进行作业时，对预定的时间内的作业捆数与草捆体积进行累加求和，以对方捆机的作业量进行分段统计。

(三)技术效果

本发明提供的方捆机作业信息监测系统及方法，在对方捆机的作业信息进行监测时，通过采集第一接近开关输出的高、低电平时间，来监测计量轮是否在转动，以此判定打捆室内草捆是否被不断压缩，从而可判断方捆机是否在进行打捆作业；与此同时，由于每个草捆在完成压缩后，需要通过打捆针和打结器对压缩成型的草捆进行捆绑打结，从而通过采集第二接近开关输出的低电平次数，可相应的采集打捆针的动作次数，以此来获取方捆机的作业捆数；另外，由于草捆在从压缩成型到从打捆室内输出时，会随之带动计量轮进行转动，从而通过采集在第二接近开关连续两次输出低电平的过程中第一接近开关输出的高电平次数，可通过公式计算得到单个草捆在从打捆室内输出的过程中计量轮转动的角度，并在计量轮的最大回转半径与打捆室出口的截面积为已知的情况下，可结合计量轮转动的角度，进一步计算得到打捆室输出的单个草捆的体积。

由上可知，本发明实现了对方捆机作业状态、作业捆数及草捆体积的有效监测，不仅监测精度高、抗干扰能力强、监测成本低廉，而且还便于根据监测数据，以此实现对方捆机的作业质量进行科学评估，并可广泛应用于农机合作社及农机生产制造商。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的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为本发明实施例所示的方捆机作业信息监测系统的控制结构框图；

图2为本发明实施例所示的方捆机在拖拉机的牵引下进行作业的结构示意图；

图3为本发明实施例所示的第一接近开关的安装结构示意图；

图4为本发明实施例所示的第二接近开关的安装结构示意图；

图5为本发明实施例所示的基于上述方捆机作业信息监测系统的监测方法的流程框图；

图6为本发明实施例所示的监测方法在具体实施时的流程框图。

图中：1、第一接近开关；2、第二接近开关；3、数据采集变送器；4、数据处理模块；5、定位模块；6、数据传输模块；7、显示器；8、存储模块；9、电源管理模块；10、打捆室；11、拖拉机；12、落草板；13、计量轮；14、打捆针；15、第一支架；16、第二支架。

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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图4，本实施例提供了一种方捆机作业信息监测系统，包括安装在方捆机的打捆室10上的计量轮13，还包括第一接近开关1、第二接近开关2和信息处理单元；第一接近开关1与计量轮13的锯齿边呈相对设置，第二接近开关2与方捆机上打捆针14的尾端呈相对设置；信息处理单元包括数据处理模块4，数据处理模块4根据第一接近开关1输出的高、低电平时间和第二接近开关2输出的低电平次数及在第二接近开关2连续两次输出低电平的过程中第一接近开关1输出的高电平次数，获取方捆机的作业状态、作业捆数及打捆的草捆体积。

具体的，参见图2，方捆机包括打捆室10，打捆室10的前端连接用于提供牵引力的拖拉机11，打捆室10的后端作为草捆的输出端，打捆室10出口处铰接的落草板12，在打捆室10上设有计量轮13、打捆针14和打结器(图2中未示出)，其中，计量轮13设置在打捆室10顶部，并用于对压缩成型的草捆进行监测，打捆针14和打结器用于对压缩成型的草捆进行捆绑打结。

参见图3，在打捆室10的顶部设有第一支架15，在第一支架15上安装第一接近开关1，第一接近开关1垂直于计量轮13的端面设置，并且第一接近开关1的检测端靠近与计量轮13的锯齿边，在第一接近开关1在检测到计量轮13上的锯齿时，第一接近开关1动作并输出高电平信号；在计量轮13上的锯齿远离第一接近开关1的监测端时，第一接近开关1输出低电平信号(第一接近开关1不动作)。

参见图4，在打捆室10的底部设有第二支架16，在第二支架16上安装第二接近开关2，第二接近开关2的监测端靠近打捆针14的尾端，在打捆机处于初始状态或打捆室10内正在对草捆进行压缩时，即打捆针14不动作，第二接近开关2的监测端与打捆针14的尾端相靠近，第二接近开关2动作并输出输出高电平信号；在草捆压缩成型时，打捆针14动作，此时打捆针14的尾端远离第二接近开关2的监测端，第二接近开关2输出低电平信号(第二接近开关2不动作)。

由此，本实施例基于第一接近开关1与第二接近开关2的动作特性，在对方捆机的作业信息进行监测时，通过采集第一接近开关1输出的高、低电平时间，来监测计量轮13是否在转动，以此判定打捆室10内草捆是否被不断压缩，从而可判断方捆机是否在进行打捆作业；与此同时，由于每个草捆在完成压缩后，需要通过打捆针14和打结器对压缩成型的草捆进行捆绑打结，从而通过采集第二接近开关2输出的低电平次数，可相应的采集打捆针14的动作次数，以此来获取方捆机的作业捆数；另外，由于草捆在从压缩成型到从打捆室10内输出时，会随之带动计量轮13进行转动，从而通过采集在第二接近开关2连续两次输出低电平的过程中第一接近开关1输出的高电平次数，可通过公式计算得到单个草捆在从打捆室10内输出的过程中计量轮13转动的角度，并在计量轮13的最大回转半径与打捆室10出口的截面积为已知的情况下，可结合计量轮13转动的角度，进一步计算得到打捆室10输出的单个草捆的体积。

因而，本实施例所示的方捆机作业信息监测系统，实现了对方捆机作业状态、作业捆数及草捆体积的有效监测，不仅监测精度高、抗干扰能力强、监测成本低廉，而且还便于根据监测数据，以此实现对方捆机的作业质量进行科学评估，并可广泛应用于农机合作社及农机生产制造商。

进一步的，参见图1，本实施例中信息处理单元还包括定位模块5和数据传输模块6，数据处理模块4与定位模块5分别通讯连接数据传输模块6；定位模块5用于采集方捆机的作业位置信息；数据传输模块6用于将获取的数据处理模块4与定位模块5的信息实时传输至后台服务器。

具体的，本实施例中数据处理模块4可选择型号为STM32F407的主控芯片，定位模块5可选择GPS定位模块，数据传输模块6可选择GPRS数据传输模块，并且信息处理单元还配置有为各个模块单元提供直流稳压电源的电源管理模块9，数据处理模块4通过RS232接口通讯连接数据传输模块6。由此，数据传输模块6可将方捆机作业的位置信息与方捆机的作业状态、作业捆数及打捆的草捆体积信息实时无线远程传输至后台服务器，以便相关人员在远端进行实时监测。

进一步的，参见图1，本实施例中信息处理单元还包括数据采集变送器3、显示器7和存储模块8，其中，存储模块8为SD卡；第一接近开关1、第二接近开关2分别通讯连接数据采集变送器3；数据采集变送器3、显示器7、存储模块8分别通讯连接数据处理模块4。

具体的，数据采集变送器3用于将第一接近开关1、第二接近开关2检测到的模拟信号转换成数字信号，转化后的数字信号通过RS232接口通讯连接数据处理模块4，数据处理模块4用于完成相关数据的处理和计算，计算结果由存储模块8进行存储，并由显示器7进行同步显示。

进一步的，参见图5，本实施例还提供了一种基于上述方捆机作业信息监测系统的监测方法，包括：

S1，采集第一接近开关输出的高电平时间t₁、低电平时间t₂与第二接近开关输出的低电平次数n₁及在第二接近开关连续两次输出低电平的过程中第一接近开关输出的高电平次数n₂；

S2，信息处理单元通过第一接近开关监测到的信息获取方捆机的作业状态与每次打捆操作中计量轮的转动角度θ，根据计量轮的转动角度θ计算得到草捆体积，并且根据第二接近开关监测到的信息获取作业捆数。

具体的，基于上述实施例可知，本实施例通过采用第一接近开关1、第二接近开关2在对方捆机作业状态、作业捆数及草捆体积实施有效的监测时，不仅监测精度高、抗干扰能力强、监测成本低廉，而且还便于根据监测数据，以此实现对方捆机的作业质量进行科学评估。

进一步的，参见图6，本实施例中在设定时间T₁内，若t₁＞0且t₂＞0，则表示方捆机在进行打捆作业。

具体的，由图6可知，监测系统在读取到Flash参数后，对方捆机的作业状态进行判断，由于方捆机的作业状态是通过第一接近开关1监测计量轮13的转动状态来实现的，在设定时间T₁内，若检测到t₁＞0且t₂＞0，则表示方捆机在进行打捆作业，并且作业状态没有超时，否则，认为方捆机的作业状态超时，这相应地表示方捆机的作业状态无效。方捆机在作业时，考虑机型及秸秆稀疏程度不同，优选设定时间T₁为5s。

进一步的，本实施例中步骤S1还包括：采集第二接近开关连续两次输出低电平的时间间隔t₃；

若时间间隔t₃小于设定时间T₂，则表示方捆机的打捆动作无效，并通过信息处理单元进行报警提示。

具体的，参见图6，再对方捆机的作业捆数进行判断，本实施例采用的方法是通过第二接近开关2监测打捆针14的动作次数，来判断打结次数，进而推导出方捆机的作业捆数。

对方捆机作业捆数的监测是在方捆机处于作业状态的前提下进行的，初始作业状态下，第二接近开关2始终输出高电平，打捆针14动作一次，第二接近开关2输出一次低电平，由此，可将采集到的第二接近开关2输出低电平的次数n₁作为打捆数。

另外，考虑操作人员认为作弊及相应传感器监测不稳定等情况，在第二接近开关2连续两次输出低电平的时间间隔t₃小于设定时间T₂时，则认为打捆动作无效，系统不计数，显示器7提示报警；相反，在第二接近开关2连续两次输出低电平的时间间隔t₃大于设定时间T₂时，则认为打捆机在进行正常的打捆作业，并且认为打捆动作有效，此时系统向后台服务器发送方捆机的作业状态及作业捆数。在监测的过程中，优选设定时间T₂为2s。

进一步的，本实施例中草捆体积通过如下公式获取：

θ＝n₂*2π/n；

V＝R*θ*S；

其中，n为计量轮的齿数，R为计量轮的最大回转半径，S为打捆室出口的截面积，V为草捆体积。

具体的，在对草捆体积进行监测时，通过监测在完成一次打捆动作时计量轮13的转动角度θ，来计算草捆的推送距离l，其中，l＝R*θ，进而可通过草捆体积的计算公式，推导出草捆的体积。

在此应当指出的是，对草捆体积的监测是在方捆机处于作业状态的前提下进行的，在初始作业状态下，第二接近开关2始终输出高电平，考虑系统的稳定性，本系统从第二个草捆开始监测其体积，当第二接近开关2输出第一个低电平时，系统开始计量，直至第二接近开关2输出下一个低电平且t₃大于设定时间T₂时，系统采集获取第一接近开关1输出高电平的次数n₂，以此来确保对草捆体积监测的准确性。

进一步的，本实施例中还包括S3：信息处理单元在预定地段进行作业时，对预定的时间内的作业捆数与草捆体积进行累加求和，以对方捆机的作业量进行分段统计。

具体的，通过分段统计方式可获取方捆机在指定地段和时间段进行作业的参数，以便直观地对方捆机作业质量的评价提供数据支撑。

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 (8)

1.一种方捆机作业信息监测系统，包括安装在方捆机的打捆室上的计量轮，其特征在于，

还包括第一接近开关、第二接近开关和信息处理单元；

所述第一接近开关与所述计量轮的锯齿边呈相对设置，所述第二接近开关与方捆机上打捆针的尾端呈相对设置；

所述信息处理单元包括数据处理模块，所述数据处理模块根据第一接近开关输出的高、低电平时间，获取方捆机的作业状态；所述数据处理模块根据第二接近开关输出的低电平次数，获取方捆机的作业捆数；所述数据处理模块根据在第二接近开关连续两次输出低电平的过程中第一接近开关输出的高电平次数，获取方捆机打捆的草捆体积。

2.根据权利要求1所述的方捆机作业信息监测系统，其特征在于，所述信息处理单元还包括定位模块和数据传输模块，所述数据处理模块与所述定位模块分别通讯连接所述数据传输模块；

所述定位模块用于采集方捆机的作业位置信息；

所述数据传输模块用于将获取的所述数据处理模块与所述定位模块的信息实时传输至后台服务器。

3.根据权利要求1或2所述的方捆机作业信息监测系统，其特征在于，所述信息处理单元还包括数据采集变送器、显示器和存储模块；

所述第一接近开关、所述第二接近开关分别通讯连接所述数据采集变送器；

所述数据采集变送器、所述显示器、所述存储模块分别通讯连接所述数据处理模块。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方捆机作业信息监测系统的监测方法，其特征在于，包括：

S1，采集第一接近开关输出的高电平时间t₁、低电平时间t₂与第二接近开关输出的低电平次数n₁及在第二接近开关连续两次输出低电平的过程中第一接近开关输出的高电平次数n₂；

S2，信息处理单元通过第一接近开关监测到的信息获取方捆机的作业状态与每次打捆操作中计量轮的转动角度θ，根据计量轮的转动角度θ计算得到草捆体积，并且根据第二接近开关监测到的信息获取作业捆数。

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，

在设定时间T₁内，若t₁＞0且t₂＞0，则表示方捆机在进行打捆作业。

6.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，

步骤S1还包括：采集第二接近开关连续两次输出低电平的时间间隔t₃；

若时间间隔t₃小于设定时间T₂，则表示方捆机的打捆动作无效，并通过信息处理单元进行报警提示。

7.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，

所述草捆体积通过如下公式获取：

θ＝n₂*2π/n；

V＝R*θ*S；

其中，n为计量轮的齿数，R为计量轮的最大回转半径，S为打捆室出口的截面积，V为草捆体积。

8.根据权利要求4-7中任意一项所述的监测方法，其特征在于，

还包括S3：信息处理单元在预定地段进行作业时，对预定的时间内的作业捆数与草捆体积进行累加求和，以对方捆机的作业量进行分段统计。

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