CN111083968A - 一种面向播量补偿的精密播种装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业播种技术领域，公开了一种面向播量补偿的精密播种装置及其方法，该精密播种装置包括人机交互单元、信息采集单元和控制单元；人机交互单元用于设定播种参数；信息采集单元用于采集预设时间内播种机上地轮的转速信息与精密排种器输出的播量信息；控制单元用于根据播种参数计算出播种时的理论粒距与播量补偿延迟距离，获取播量补偿差值，并进一步计算出播种时与排种盘的转速初值相对应的转速更新值，以相应地调控排种电机的转动状态；本发明有效克服了现有精密排种系统固有漏播、重播的缺点，可根据播种机当前的播量补偿差值，适应性调整播种株距值，面向播量进行主动补偿，达到了播种的合格率及播量控制精度的效果。

Description

一种面向播量补偿的精密播种装置及其方法

技术领域

本发明涉及农业播种技术领域，特别是涉及一种面向播量补偿的精密播种装置及其方法。

背景技术

精密播种通过单粒等距播种，在省种的同时保证产量，成为玉米、大豆等大田作物主要的种植方式。精密播种进行单粒等距播种的目的是实现单位面积的播种量均匀地在田间播种，由于受到环境、播种机固有排种性能的影响，利用播种机实现田间高精度的单粒等距播种是十分困难的，因此，GB/T6973-2005规定了精密播种重播、合格和漏播时播种粒距的数值范围，当播种粒距大于0.5倍理论粒距，小于等于1.5倍理论粒距时，均认为是合格粒距范围。

基于当前对精密播种的要求，播量的准确性直接影响作物的产量，从而在播种机上设置精密排种器。当前主要从提高排种器排种的均匀性，及提高播种机车速与排种器排种速率匹配精度两个方面，来确保精密排种器的单粒等距播种。

在提高精密排种器的排种均匀性性能方面，主要通过结合机械式与气力式结构，对相关动力参数进行优化，来提高单排种器的排种均匀性。在提高播种机的车速与精密排种器的排种速率的匹配精度方面，为了克服地轮传动过程中打滑、传动机构卡死等缺点，利用电动机驱动和液压马达驱动等可控动力单元来取代地轮传动，通过监测车速，来主动匹配排种速率。

对于上述两种精密播种方式而言，精密排种器在排种性能上提高比较明显，但在田间播种状态下仍存在漏播、重播的现象。相比于重播而言，出现漏播的现象更为明显，当前可通过漏播补偿装置对漏播现象进行改进，但由于漏播补偿装置的相应机构比较复杂，造成成本的增加，使推广使用受限，且不能解决重播的问题。

由此可见，当前在进行精密播种时，难以有效解决漏播和重播的问题，在保证播量精度方面有所缺陷。

发明内容

本发明实施例提供一种面向播量补偿的精密播种装置及其方法，用于至少解决当前在进行精密播种时，出现漏播和重播，并难以确保播量精度的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种面向播量补偿的精密播种装置，包括播种机和精密排种器，所述播种机上安装所述精密排种器，所述精密排种器包括排种盘及与所述排种盘同轴连接的排种电机；还包括人机交互单元、信息采集单元和控制单元；所述人机交互单元用于设定播种参数，并将所述播种参数传输至所述控制单元，所述播种参数包括播种单体行距、目标播量、播量补偿延迟数及排种盘单圈排种数；所述信息采集单元用于采集预设时间内所述播种机上地轮的转速信息与所述精密排种器输出的播量信息；所述控制单元用于根据所述播种参数计算出播种时的理论粒距与播量补偿延迟距离，获取播量补偿差值，并进一步计算出播种时与所述排种盘的转速初值相对应的转速更新值，以相应地调控所述排种电机的转动状态。

其中，所述信息采集单元包括车速码盘、接近开关和播量监测传感器；所述车速码盘同轴安装在所述地轮的一侧，所述车速码盘包括盘体及以中心辐射状沿圆周均匀排布在所述盘体上的栅条；所述接近开关安装在所述播种机的机体上，并与所述栅条呈相对布置；所述播量监测传感器安装在导种管上，所述导种管的一端连通所述精密排种器的排种口，另一端伸向预播种的田地；所述接近开关与所述播量监测传感器均通讯连接所述控制单元。

其中，所述人机交互单元包括车载计算机，所述控制单元包括控制器；所述车载计算机与所述控制器均安装在所述播种机上；所述车载计算机与所述控制器通讯连接，所述接近开关与所述播量监测传感器均通讯连接所述控制器，所述控制器与所述排种电机构成电连接。

本发明实施例还提供了一种基于上述面向播量补偿的精密播种装置的精密播种方法，包括：

S1，设定播种参数，播种参数包括播种单体行距P、目标播量Q、播量补偿延迟数O及排种盘单圈排种数A，计算播种时的理论粒距s与播量补偿延迟距离L；

S2，启动播种作业，采集预设时间内播种机上地轮的转速信息与精密排种器输出的播量信息，计算播种机的车速v与排种盘的转速初值N；

S3，获取播量补偿差值n_c，并进一步计算出播种时与排种盘的转速初值N相对应的转速更新值N'，以相应地调控排种电机的转动状态，并进行播量补偿。

其中，还包括S4：根据S1-S3，循环查找播量补偿差值，计算理论粒距更新值，求出排种盘的转速更新值，以播量补偿延迟距离为最小单位，按照精密播种合格粒距的要求，进行播量补偿。

其中，S1中按照如下公式计算理论粒距与播量补偿延迟距离：

L＝O×s。

其中，S1中设定的播种参数还包括车速脉冲距离X；S2中采集预设时间内的所述转速信息包括车速脉冲时间T与累计的脉冲数n_s，及S2中采集预设时间内的所述播量信息包括精密排种器输出的实际播种数n_a；

S2中按照如下公式计算播种机的车速v与排种盘的转速初值N：

其中，S3中在满足如下条件时获取播量补偿差值n_c：

n_s×X≥L。

其中，S3中在计算排种盘的转速更新值N'之前，按照如下步骤计算播种时的理论粒距更新值s'：

获取播量补偿差值n_c，n_c＝O-n_a；

获取播量补偿更新值n'_a，n'_a＝n_c+O；

获取理论粒距更新值s'，按照合格粒距范围(0.5s，1.5s)对通过公式

计算得到的s'进行取值：s'在小于0.5s时，则令s'等于0.5s；s'在大于等于0.5s且小于1.5s时，则令s'为实际计算值；s'在大于等于1.5s时，则令s'等于1.5s；

相应地，S3中按照如下公式计算排种盘的转速更新值N'：

本发明实施例提供的面向播量补偿的精密播种装置及其方法，通过人机交互单元设定包括播种单体行距、目标播量、播量补偿延迟数及排种盘单圈排种数的播种参数，以获取播种时的理论粒距与播量补偿延迟距离，并通过信息采集单元获取预设时间内播种机上地轮的转速信息与精密排种器输出的播量信息，以获取播种机的车速及与该车速相关联的排种盘的转速初值，进而得到播量补偿差值，及播种时与排种盘的转速初值相对应的转速更新值，以相应地调控排种电机的转动状态，并进行播量补偿。

由此，本发明区别于现有的在播量、行距确定后，以播种株距为定值输出的播种方法，有效克服了现有精密排种系统固有漏播、重播的缺点，可根据播种机当前的播量补偿差值，适应性调整播种株距值，面向播量进行主动补偿，从而达到了播种的合格率及播量控制精度的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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面向播量补偿的精密播种装置的控制结构框图；

图2为本发明实施例所示的面向播量补偿的精密播种装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所示的基于面向播量补偿的精密播种装置的精密播种方法的流程图。

附图标记说明：101、人机交互单元；102、信息采集单元；103、控制单元；201、地轮；202、车速码盘；203、接近开关；204、精密排种器；205、排种电机；206、导种管；207、播量监测传感器；208、车载计算机；209、控制器。

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2，本实施例提供了一种面向播量补偿的精密播种装置，包括播种机和精密排种器204，播种机上安装精密排种器204，精密排种器204包括排种盘及与排种盘同轴连接的排种电机205；还包括人机交互单元101、信息采集单元102和控制单元103；人机交互单元101用于设定播种参数，并将播种参数传输至控制单元103，播种参数包括播种单体行距、目标播量、播量补偿延迟数及排种盘单圈排种数；信息采集单元102用于采集预设时间内播种机上地轮201的转速信息与精密排种器204输出的播量信息；控制单元103用于根据播种参数计算出播种时的理论粒距与播量补偿延迟距离，获取播量补偿差值，并进一步计算出播种时与排种盘的转速初值相对应的转速更新值，以相应地调控排种电机205的转动状态。

具体的，本实施例所示的精密播种装置区别于现有的在播量、行距确定后，以播种株距为定值输出的相应精密排种系统，有效克服了现有精密排种系统固有漏播、重播的缺点，可根据播种机当前的播量补偿差值，适应性调整播种株距值，面向播量进行主动补偿，从而达到了播种的合格率及播量控制精度的效果。

在此应指出的是，本实施例在具体实施时，人机交互单元101可采用本领域所公知的具有数据输入、数据传输及显示功能的相应单元模块，例如：计算机、触摸屏控制器、手持终端等，在此不作限制。信息采集单元102可以为分别采集地轮201的转速信息与精密排种器204输出的播量信息的多种传感器，在此也不作限制。控制单元103可以为集成有通讯接口并具有相应逻辑运算能力的控制模块，例如：单片机、PLC控制器等，在此也不作限制，控制单元103具体执行的操作如下：

通过预设的播种单体行距与目标播量计算得到播种时的理论粒距，通过播种时的理论粒距与预设的播量补偿延迟数计算得到播量补偿延迟距离；通过计算得到的理论粒距、排种盘单圈排种数及地轮201的转速信息，获得排种盘的转速初值；通过采集的实际播量信息与预设的播量补偿延迟数，获得播量补偿差值，并根据播量补偿差值获取播量补偿更新值及相应的理论粒距更新值，并进一步根据计算得到的理论粒距更新值、排种盘单圈排种数及地轮201的转速信息可得到与排种盘的转速初值相对应的转速更新值，以相应地通过变频器或其它调速模块调控排种电机205的转动状态，并进行播量补偿。

优选地，参见图2，本实施例中信息采集单元102包括车速码盘202、接近开关203和播量监测传感器207；车速码盘202同轴安装在地轮201的一侧，车速码盘202包括盘体及以中心辐射状沿圆周均匀排布在盘体上的栅条；接近开关203安装在播种机的机体上，并与栅条呈相对布置；播量监测传感器207安装在导种管206上，导种管206的一端连通精密排种器204的排种口，另一端伸向预播种的田地；接近开关203与播量监测传感器207均通讯连接控制单元103。

具体的，在实际播种时，公知地轮201与播种机同步运行，地轮201的行进速度与播种机的车速相同，从而可将车速码盘202同轴安装在地轮201的一侧，并随着地轮201同步转动，车速码盘202的盘体上设置有8～20个呈中心辐射状的栅条，接近开关203垂直于盘体设置，并且接近开关203的检测端与栅条相靠近，由此根据输入的车速脉冲距离及预设时间内采集到的车速脉冲时间，可获得播种机的车速。

与此同时，本实施例中精密排种器204优选为本领域所公知的单粒排种器，其固定形式不受限制；该单粒排种器具有圆盘状壳体，壳体内装设上述所述的排种盘，排种盘相应地呈圆形，在排种盘上均匀分布着排种部件，排种部件的具体形式不受限制，其中，排种盘在图2中未示意出；在壳体的侧面安装与排种盘同轴连接的排种电机205，该排种电机205具有转速反馈功能，以便由控制单元103对应的控制器209对其转速进行准确地调控，并相应地对精密排种器204的排种速度进行调控；壳体的上侧和下侧对应设有进料口和排种口，精密排种器204从其排种口排出的种子通过导种管206排向地面，导种管206的具体形式也不受限制。

另外，播量监测传感器207可优选为安装在导种管206外侧壁上的非接触式接近开关或红外对射传感器，用于对精密排种器204排种至导种管206内的种子进行计数，并满足不受监测环境、种子下落速率、种子体积、重播粒数小于等于3等因素的变化的影响，以保证播种粒数监测的准确性。

进一步的，参见图2，本实施例中人机交互单元101优选为车载计算机208，该车载计算机208用于人机交互，能够完成数据的输入、计算、输出及显示。

与此同时，控制单元103包括控制器209；车载计算机208与控制器209均安装在播种机上；车载计算机208与控制器209通过以太网通讯连接，该控制器209能够读取来自接近开关203与播量监测传感器207的信号，运行相应的程序以执行相应的运算，并对排种电机205实现转速的调节，同时采用总线通讯，并可对控制器209的数量进行扩展。

优选地，参见图3，本实施例还提供了一种基于上述实施例所示的面向播量补偿的精密播种装置的精密播种方法，包括：

S1，设定播种参数，播种参数包括播种单体行距P、目标播量Q、播量补偿延迟数O及排种盘单圈排种数A，计算播种时的理论粒距s与播量补偿延迟距离L；

S2，启动播种作业，采集预设时间内播种机上地轮的转速信息与精密排种器输出的播量信息，计算播种机的车速v与排种盘的转速初值N；

S3，获取播量补偿差值n_c，并进一步计算出播种时与排种盘的转速初值N相对应的转速更新值N'，以相应地调控排种电机的转动状态，并进行播量补偿。

具体的，本实施例中S1中按照如下公式计算播种时的理论粒距s与播量补偿延迟距离L：

L＝O×s。

其中，播种单体行距P与理论粒距s及播量补偿延迟距离L的单位均为米；目标播量Q的单位为粒/ha；播量补偿延迟数O的单位为个。

进一步的，S2中按照如下公式计算播种机的车速v与排种盘的转速初值N：

其中，车速脉冲距离X为S1中设定的播种参数，其单位为米；车速脉冲时间T与累计的脉冲数n_s分别为S2中通过上述实施例所示的接近开关203采集预设时间内播种机上地轮201的转速信息，车速脉冲时间T的单位为s，累计的脉冲数n_s的单位为个；播种机的车速v的单位为km/h；排种盘的转速初值N的单位为r/min。

进一步的，在n_s×X≥L时，即在播种机行驶的距离大于播量补偿延迟距离L时，向总线发出达到播量补偿延迟距离的信息，并记录播量监测传感器207在对应的时间内监测的精密排种器204输出的实际播种数n_a,，其中，在导种管206中每次有种子输出时，播量监测传感器207感应并输出一次脉冲信号，实际播种数n_a,具体为播量监测传感器207在对应的时间内输出的脉冲个数的累加值。

由此，可根据实际播种数n_a，获取播量补偿差值n_c：

n_c＝O-n_a，其中，播量补偿差值n_c与实际播种数n_a的单位为个。

进一步的，获取播量补偿更新值n'_a，n'_a＝n_c+O；

进一步的，获取理论粒距更新值s'，按照合格粒距范围(0.5s，1.5s)对通过公式

计算得到的s'进行取值：s'在小于0.5s时，则令s'等于0.5s；s'在大于等于0.5s且小于1.5s时，则令s'为实际计算值；s'在大于等于1.5s时，则令s'等于1.5s；

相应地，S3中按照如下公式计算排种盘的转速更新值N'：

在获取排种盘的转速更新值N'后，精密排种器204输出的实际播种数的累加记录清零，播种车行驶时监测的地轮201相应的脉冲数的累加记录清零，控制器209按照转速更新值N'输出控制指令，以调控排种电机205达到相应的转速，并进行播量补偿。

优选地，本实施例中还包括S4：根据S1-S3，循环查找播量补偿差值，计算理论粒距更新值，求出排种盘的转速更新值，以播量补偿延迟距离L为最小单位，按照精密播种合格粒距的要求，进行播量补偿，其中，精密播种合格粒距的范围为如上所示的(0.5s，1.5s)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种面向播量补偿的精密播种装置，包括播种机和精密排种器，所述播种机上安装所述精密排种器，所述精密排种器包括排种盘及与所述排种盘同轴连接的排种电机；其特征在于，

还包括人机交互单元、信息采集单元和控制单元；

所述人机交互单元用于设定播种参数，并将所述播种参数传输至所述控制单元，所述播种参数包括播种单体行距、目标播量、播量补偿延迟数及排种盘单圈排种数；

所述信息采集单元用于采集预设时间内所述播种机上地轮的转速信息与所述精密排种器输出的播量信息；

所述控制单元用于根据所述播种参数计算出播种时的理论粒距与播量补偿延迟距离，获取播量补偿差值，并进一步计算出播种时与所述排种盘的转速初值相对应的转速更新值，以相应地调控所述排种电机的转动状态。

2.根据权利要求1所述的面向播量补偿的精密播种装置，其特征在于，所述信息采集单元包括车速码盘、接近开关和播量监测传感器；

所述车速码盘同轴安装在所述地轮的一侧，所述车速码盘包括盘体及以中心辐射状沿圆周均匀排布在所述盘体上的栅条；所述接近开关安装在所述播种机的机体上，并与所述栅条呈相对布置；

所述播量监测传感器安装在导种管上，所述导种管的一端连通所述精密排种器的排种口，另一端伸向预播种的田地；

所述接近开关与所述播量监测传感器均通讯连接所述控制单元。

3.根据权利要求2所述的面向播量补偿的精密播种装置，其特征在于，所述人机交互单元包括车载计算机，所述控制单元包括控制器；

所述车载计算机与所述控制器均安装在所述播种机上；

所述车载计算机与所述控制器通讯连接，所述接近开关与所述播量监测传感器均通讯连接所述控制器，所述控制器与所述排种电机构成电连接。

4.一种基于权利要求1-3中任意一项所述的面向播量补偿的精密播种装置的精密播种方法，其特征在于，包括：

S1，设定播种参数，播种参数包括播种单体行距P、目标播量Q、播量补偿延迟数O及排种盘单圈排种数A，计算播种时的理论粒距s与播量补偿延迟距离L；

S2，启动播种作业，采集预设时间内播种机上地轮的转速信息与精密排种器输出的播量信息，计算播种机的车速v与排种盘的转速初值N；

S3，获取播量补偿差值n_c，并进一步计算出播种时与排种盘的转速初值N相对应的转速更新值N'，以相应地调控排种电机的转动状态，并进行播量补偿。

5.根据权利要求4所述的精密播种方法，其特征在于，

还包括S4：

根据S1-S3，循环查找播量补偿差值，计算理论粒距更新值，求出排种盘的转速输出值，以播量补偿延迟距离为最小单位，按照精密播种合格粒距的要求，进行播量补偿。

6.根据权利要求4所述的精密播种方法，其特征在于，

S1中按照如下公式计算理论粒距s与播量补偿延迟距离L：

L＝O×s。

7.根据权利要求6所述的精密播种方法，其特征在于，

S1中设定的播种参数还包括车速脉冲距离X；

S2中采集预设时间内的转速信息包括车速脉冲时间T与累计的脉冲数n_s，及S2中采集预设时间内的播量信息包括实际播种数n_a；

S2中按照如下公式计算播种机的车速v与排种盘的转速初值N：

8.根据权利要求7所述的精密播种方法，其特征在于，

S3中在满足如下条件时获取播量补偿差值n_c：

n_s×X≥L。

9.根据权利要求7或8所述的精密播种方法，其特征在于，

S3中在计算排种盘的转速更新值N'之前，按照如下步骤计算播种时的理论粒距更新值s'：

获取播量补偿差值n_c，n_c＝O-n_a；

获取播量补偿更新值n'_a，n'_a＝n_c+O；

获取理论粒距更新值s'，按照合格粒距范围(0.5s，1.5s)对通过公式

计算得到的s'进行取值：s'在小于0.5s时，则令s'等于0.5s；s'在大于等于0.5s且小于1.5s时，则令s'为实际计算值；s'在大于等于1.5s时，则令s'等于1.5s；

相应地，S3中按照如下公式计算排种盘的转速更新值N'：

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