CN110915373B - 多功能精量播种单体 - Google Patents

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Abstract

一种多功能精量播种单体，包括：依次连接的空箱检测模块、精量播种模块和流量检测模块，以及与上述模块相连的单体控制器和上位机，其中：单体控制器设置于精量播种模块的侧面，单体控制器与空箱检测模块相连以接收其传来的空箱警告信号并传输至上位机以发出添加种子的信号，单体控制器与精量播种模块相连以传输工作参数信息至精量播种模块，单体控制器与流量检测模块相连以接收其传来的实际流量数据并与设定流量比较以调整精量播种模块的工作参数，实现闭环控制，达到精量播种。本发明能够精量播种且能够监测种子的剩余量，有效提高播种过程的自动化和多功能化，实现变量和精量播种。

Description

多功能精量播种单体
技术领域
本发明涉及的是一种农业设备领域的技术，具体是一种多功能精量播种单体。
背景技术
精量播种是精准农业的重要组成部分，槽轮速度及开口度调整是实现精量播种的重要手段。传统播种机械的播种速度调节通过输出轴转速调节实现，所有播种单体的播种速度相同，不易实现精量播种，影响产量。现有技术中的播种机不能实现单体以不同播种速度精量播种，也无法监测种子的剩余量。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种多功能精量播种单体，能够精量播种同时监测种子的剩余量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：依次连接的空箱检测模块、精量播种模块和流量检测模块，以及与上述模块相连的单体控制器和上位机，其中：单体控制器设置于精量播种模块的侧面，单体控制器与空箱检测模块相连以接收其传来的空箱警告信号并传输至上位机以发出添加种子的信号，单体控制器与精量播种模块相连以传输工作参数信息至精量播种模块，单体控制器与流量检测模块相连以接收其传来的实际流量数据并与设定流量比较以调整精量播种模块的工作参数，实现闭环控制，达到精量播种。
所述的空箱检测模块包括：播种盒、超声波传感器和空箱检测处理器，其中：超声波传感器设置于播种盒上方盖板的内侧，空箱检测处理器设置于播种盒上方盖板的外侧。
所述的精量播种模块包括：设置于壳体内的带有多个凹槽的外槽轮和带有霍尔传感器的直流减速电机，其中：壳体的一侧通过连接板与播种盒相连，其另一侧通过软管与流量检测模块相连，外槽轮通过平键与直流减速电机的输出轴连接，直流减速电机的正负驱动线与单体控制器连接并接收传来的PWM信号以调整转速。
所述的流量检测模块包括：三极板电容传感器和流量检测处理器，其中：三极板电容传感器通过软管与精量播种模块的壳体相连，三极板电容传感器的两侧是正极且背对设置，其中间为负极，流量检测处理器对电容传感器并不断充放电以读取电容值获取种子流量。
技术效果
本发明整体所解决的技术问题是：传统播种机具的单体转速一致不能实现多维度变量播种，传统播种机具通过两侧地轮驱动排种轴容易打滑漏播，传统播种机具不能实现播种箱空箱检测，传统播种机具不能实时检测播种流量。
与现有技术相比，本发明可以实现同一播种机具不同单体以不同播种速度同时工作，实现多维度变量播种，通过电机驱动单体的排种轮，不会出现打滑情况，实时检测播种箱内的种子余量，进行空箱检测避免漏播，实时检测播种流量，闭环控制提高精度。
附图说明
图1为本发明结构综合示意图；
图2为控制方法的连接图；
图3为控制方法的示意图；
图4为三极板电容传感器的示意图；
图中：空箱检测模块1、精量播种模块2、流量检测模块3、单体控制器4、上位机5、播种盒10、超声波传感器11、空箱检测处理器12、壳体20、外槽轮21、直流减速电机22、软管23、编码器24、电容传感器30、流量检测处理器31。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：依次连接的空箱检测模块1、精量播种模块2和流量检测模块3，以及与上述模块相连的单体控制器4和上位机5，其中：单体控制器4设置于精量播种模块2的侧面，单体控制器4与空箱检测模块1通过第一CAN总线相连以接收其传来的空箱警告信号并通过第二CAN总线传输至上位机5以发出添加种子的信号，单体控制器4接收上位机5通过第一CAN总线传来的目标播种流量信息并转化为精量播种模块2的工作参数传输至精量播种模块2，单体控制器4与流量检测模块3相连以接收其传来的实际流量数据并与设定流量比较以调整精量播种模块2的工作参数，实现闭环控制，达到精量播种。
所述的空箱检测模块1包括：播种盒10、超声波传感器11和空箱检测处理器12，其中：超声波传感器11设置于播种盒10上方盖板的内侧，空箱检测处理器12设置于播种盒10上方盖板的外侧。
所述的超声波传感器11选用HC-SR04，测距范围为2cm至450cm，测距精度为3mm，测量角度为15°，该超声波传感器11采用I0口TRIG触发测距并输出至少10μs的高电平信号，通过发送8个40kHz的方波，并在有信号返回时通过I0口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。
所述的空箱检测处理器12采用但不限于STM32处理器作为主芯片。
所述的精量播种模块2包括：设置于壳体20内的带有16个均布的凹槽的外槽轮21和带有霍尔传感器的直流减速电机22，其中：壳体20的一侧通过连接板与播种盒10相连，其另一侧通过软管23与流量检测模块3相连，外槽轮21通过平键与直流减速电机22的输出轴连接，直流减速电机22的正负驱动线与单体控制器4连接并接收传来的PWM信号以调整转速。
所述的直流减速电机22采用但不限于ASLONG 3530GB，额定电压为12V，减速比为131，空载转速为80rpm，轴颈6mm。
所述的霍尔传感器对直流减速电机22的电机轴转动角度进行编码，编码器24的信号将传输至单体控制器4，该编码器24为YC2010系列磁传感器，每个磁编码器24包含一个磁栅磁敏检测电路，输出两个通道正交相位角90°的方波A和B，直流减速电机22有5个引脚，分别是信号B输出点、信号A输出点、传感器电源VCC、传感器地线GND、电机电源-和电机电源+，电机电源+和电机电源-连接单体控制器的PWM输出端，传感器电源VCC和GND接系统5V供电，信号A和B输出接单体控制器4的输入端。
如图4所示，所述的流量检测模块3包括：三极板电容传感器30和流量检测处理器31，其中：三极板电容传感器30通过软管23与精量播种模块2的壳体相连，三极板电容传感器 30的两侧是正极且背对设置，其中间为负极，流量检测处理器31与正极相连并不断充放电以读取电容值获取种子流量。
所述的三极板电容传感器30的极板的尺寸为28mm*29mm，其中正负极板的间距为15mm。
所述的流量检测处理器31采用但不限于STM32F8芯片。
所述的单体控制器4包括：控制器PCB板和控制器外壳。
所述的单体控制器4采用但不限于STM32F103芯片，使用L298n芯片控制直流减速电机的转速。
如图2和图3所示，上述装置通过以下方式工作：播种作业开始，驾驶员通过上位机5 的人机交互接口向控制系统输入变量播种的作业要求，上位机5根据作业车辆的速度计算出需要的设定流量。通过第二CAN总线发送给各个播种单体控制器4，单体控制器4将设定流量与流量检测模块3上传来的实际流量进行比较，得出流量误差，由误差值计算出电驱动外槽轮21 的设定转速，将设定转速与直流减速电机22尾端的霍尔传感器检测的实际转速做比较，得出转速误差，根据转速误差输出相应频率的PWM信号，通过直流减速电机22的正负驱动线驱动直流减速电机22旋转，直流减速电机22以实际转速旋转，直流减速电机22尾部的霍尔磁编码器24对直流减速电机22的角位移进行编码，将编码信号通过霍尔传感器的AB信号线传回单体控制器4，单体控制器4对编码信号处理计算得出直流减速电机22的实际转速，实现电机转速的内闭环控制，直流减速电机22通过平键带动电驱动外槽轮21旋转，电驱动外槽轮21 上均布的16个凹槽会将播种盒10内的种子拨入软管23，拨入的种子流量与电驱动外槽轮21 的转速成正相关，进入软管23的种子会通过流量检测模块3，进入背靠背三极板电容传感器 30的极板之间，引起背靠背三极板电容传感器30极板之间电容值的变化，流量检测处理器31 读取电容值，计算出极板间的种子流量，相加后得到软管23内种子的实际流量，将实际流量通过第一CAN总线传给单体控制器4，实现播种流量的外闭环控制。超声波传感器11接收单体控制器4发出的激励信号，超声波传感器11发出超声波至种子平面并得到反射波，由此空箱检测处理器12测得播种盒10内的种子余量并将种子余量信息传输至单体控制器4，单体控制器4在种子余量达到预设的警戒值时，通过第二CAN总线向上位机5发送空箱警告信息，提醒驾驶员暂停作业并添加种子。
所述的空箱检测模块使用超声波传感器检测高度信号并通过空箱检测处理器进行信号处理，所述的精量播种模块的形状结构改进点/技术细节具体为：每个单体单独用直流减速电机驱动，并使用编码器实现闭环控制，所述的流量检测模块的形状结构改进点/技术细节具体为：使用背靠电容传感器实时检测种子流量实现闭环控制。
经过具体实际实验，在额定工况的具体环境设置下，以20r/min至55r/min转速参数运行，播种流量试验相对误差介于-2.16％～2.22％之间。
与现有技术相比，本装置可以实现同一播种机具不同单体以不同播种速度同时工作，实现多维度变量播种，通过电机驱动单体的排种轮，不会出现打滑情况，实时检测播种箱内的种子余量，进行空箱检测避免漏播，实时检测播种流量，闭环控制提高精度。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种多功能精量播种单体，其特征在于，包括：依次连接的空箱检测模块、精量播种模块和流量检测模块，以及与上述模块相连的单体控制器和上位机，其中：单体控制器设置于精量播种模块的侧面，单体控制器与空箱检测模块相连以接收其传来的空箱警告信号并传输至上位机以发出添加种子的信号，单体控制器与精量播种模块相连以传输工作参数信息至精量播种模块，单体控制器与流量检测模块相连以接收其传来的实际流量数据并与设定流量比较以调整精量播种模块的工作参数，实现闭环控制，达到精量播种；
所述的空箱检测模块包括：播种盒、超声波传感器和空箱检测处理器，其中：超声波传感器设置于播种盒上方盖板的内侧，空箱检测处理器设置于播种盒上方盖板的外侧；
所述的精量播种模块包括：设置于壳体内的带有多个凹槽的外槽轮和带有霍尔传感器的直流减速电机，其中：壳体的一侧通过连接板与播种盒相连，其另一侧通过软管与流量检测模块相连，外槽轮通过平键与直流减速电机的输出轴连接，直流减速电机的正负驱动线与单体控制器连接并接收传来的PWM信号以调整转速；
所述的流量检测模块包括：三极板电容传感器和流量检测处理器，其中：三极板电容传感器通过软管与精量播种模块的壳体相连，三极板电容传感器的两侧是正极且背对设置，其中间为负极，流量检测处理器与正极相连并不断充放电以读取电容值获取种子流量；
所述的超声波传感器测距范围为2cm至450cm，测距精度为3mm，测量角度为15°，该超声波传感器采用I0口TRIG触发测距并输出至少10μs的高电平信号，通过发送8个40kHz的方波，并在有信号返回时通过I0口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2；
所述的霍尔传感器对直流减速电机的电机轴转动角度进行编码，编码器的信号将传输至单体控制器，每个磁编码器包含一个磁栅磁敏检测电路，输出两个通道正交相位角90°的方波A和B，直流减速电机有五个引脚，分别是信号B输出点、信号A输出点、传感器电源VCC、传感器地线GND、电机电源-和电机电源+，电机电源+和电机电源-连接单体控制器的PWM输出端，传感器电源VCC和GND接系统5V供电，信号A和B输出接单体控制器的输入端；
所述的精量播种是指：通过上位机的人机交互接口向控制系统输入变量播种的作业要求，上位机根据作业车辆的速度计算出需要的设定流量；通过第二总线发送给各个播种单体控制器，单体控制器将设定流量与流量检测模块上传来的实际流量进行比较，得出流量误差，由误差值计算出电驱动外槽轮的设定转速，将设定转速与直流减速电机尾端的霍尔传感器检测的实际转速做比较，得出转速误差，根据转速误差输出相应频率的信号，通过直流减速电机的正负驱动线驱动直流减速电机旋转，直流减速电机以实际转速旋转，直流减速电机尾部的霍尔磁编码器对直流减速电机的角位移进行编码，将编码信号通过霍尔传感器的信号线传回单体控制器，单体控制器对编码信号处理计算得出直流减速电机的实际转速，实现电机转速的内闭环控制，直流减速电机通过平键带动电驱动外槽轮旋转，电驱动外槽轮上均布的个凹槽会将播种盒内的种子拨入软管，拨入的种子流量与电驱动外槽轮的转速成正相关，进入软管的种子会通过流量检测模块，进入背靠背三极板电容传感器的极板之间，引起背靠背三极板电容传感器极板之间电容值的变化，流量检测处理器读取电容值，计算出极板间的种子流量，相加后得到软管内种子的实际流量，将实际流量通过第一总线传给单体控制器，实现播种流量的外闭环控制；超声波传感器接收单体控制器发出的激励信号，超声波传感器发出超声波至种子平面并得到反射波，由此空箱检测处理器测得播种盒内的种子余量并将种子余量信息传输至单体控制器，单体控制器在种子余量达到预设的警戒值时，通过第二总线向上位机发送空箱警告信息，提醒暂停作业并添加种子。
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