CN111630983A - 一种用于播种机的电控高速精量排种器 - Google Patents
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Abstract
一种用于播种机的电控高速精量排种器，涉及一种播种机装置，逆变器（2）通过电源电缆与蓄电池（1）连接，经过逆变器（2）后获得的电源通过电缆输入到人机交互显示器（3）；信号采集器（5）由齿轮和高分辨率的编码器组成，安装在播种机的传动轴或者地轮一侧；本发明利用PLC来精准采集、分析、控制当前排种器工作状态，取消排种器机械变速箱，采用电子齿轮精确计算排种器转速和播种株距；利用触摸屏作为人机交互的界面，将监测信息反馈给操作人员，操作人员可以通过触摸屏调节株距和设置各种工作参数，以及获取排种器的各种工作信息和报警信息，实现科学、高速、精量播种。
Description
技术领域
本发明涉及一种播种机装置，特别是涉及一种用于播种机的电控高速精量排种器。
背景技术
目前播种机安装的种子（玉米、花生、杂粮等）排种器为纯机械排种,主要有勺夹式、指夹式和气吸式等等。机械式排种器都通过连接在排种器上的机械式变速箱来调节播种株距。播种机工作时，播种机地轮旋转通过链条传动的方式带动播种机传动轴旋转，传动轴再通过链条，将动力传递到各个排种器的变速箱上，带动排种盘旋转。此种方式的排种器由于动力传递路径比较长，通过多次传动和转向后，存在着较大的累计间隙和误差，当动力传递到排种盘时，由于累计误差的作用，会极大的影响排种盘旋转的稳定性和可靠性，从而造成播种株距误差过大，影响作物生长效果；由于采用机械链条传动，在高速播种时，传动的累计间隙和误差会更大且容易产生链条脱落，断裂等现象，影响播种机的作业速度和效率，播种机只能以较低速度行驶；排种器由于采用机械式变速箱，其内部的各级齿轮减速比为固定值不能随意变动，所以在实际工作中，常常出现不能获得满意的株距的情况，往往比理想株距偏大或者偏小，而且不能调节；当排种器内部进入石子、肥料等异物时，由于机械传动，传递的扭矩比较大，容易损坏排种盘的内部结构部件，造成播种效果不理想；传统排种器在工作过程中由于缺少人机交互界面，操作人员不能实时对其工作状态进行了解和监控，发生故障和损坏并不能及时的发现和处理，致使造成大量空穴、株距不准等情况，影响播种质量。随着技术的发展，为了解决上述问题，也采取了多种方式和方法来进行弥补和改进，例如将链条传动改为轴传动，增加传动轴的强度，增加变速箱档位和齿轮齿比，增加排种报警系统等等。但是到目前为止并没有一种较为成功的方式和方法能够较好的解决上述问题，并得到广泛的应用，仍然是以传统的机械传动方式来进行作业工作，并没有从根本上解决目前存在的诸多问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于播种机的电控高速精量排种器，本发明利用PLC来精准采集、分析、控制当前排种器工作状态，取消排种器机械变速箱，采用电子齿轮精确计算排种器转速和播种株距；利用触摸屏作为人机交互的界面，将监测信息反馈给操作人员，操作人员可以通过触摸屏调节株距和设置各种工作参数，以及获取排种器的各种工作信息和报警信息，实现科学、高速、精量播种。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述装置包括蓄电池、逆变器、人机交互显示器、排种器电子信号分配盒、信号采集器、电机驱动器、电机与排种器连接板、排种器输入轴、减速器、电机、排种器外壳、电缆、排种器外端盖、排种盘、传感器、手动排故障旋钮、排种器种箱；逆变器通过电源电缆与蓄电池连接，经过逆变器后获得的电源通过电缆输入到人机交互显示器；信号采集器由齿轮和高分辨率的编码器组成，安装在播种机的传动轴或者地轮一侧，播种机作业时带动信号采集器旋转，获得相应的脉冲信号；脉冲信号被采集之后通过排种器电子信号分配盒，将信号反馈到人机交互显示器中，人机交互显示器中的PLC或单片机对信号进行分析、处理后再通过排种器电子信号分配盒，将执行脉冲信号传递到电机驱动器中；电机驱动器将获得的执行脉冲信号进行处理，直接驱动电机旋转，电机前端安装有减速器，减速器上安装有带动排种盘旋转的排种器输入轴；排种盘固定在排种器外壳中，外侧安装有排种器外端盖，将排种盘固定并封闭在排种器外壳内；减速器通过电机与排种器连接板和排种器外壳固定；传感器安装在排种盘内部，同时传感器连接电缆通过电机驱动器获得电能，并将传感信号通过排种器电子信号分配盒反馈到人机交互显示器中，进行分析、显示和读取；播种机带动安装在地轮或者传动轴上的信号采集器旋转，编码器旋转时发出相应的脉冲信号，将采集的脉冲信号通过排种器电子信号分配盒反馈给人机交互显示器，在排种盘上安装有传感器，当排种盘旋转时，传感器能够感应到种子的异常状况，当丢种或坏种出现时，或排种器内种子数量过少时，发出信号，并将信号反馈到人机交互显示器，当人机交互显示器对收到的脉冲信号进行分析和处理后，获得播种速度、播种面积、播种距离等信息，并将各种信息显示在人机交互显示器的显示屏幕上；人机交互显示器根据编码器发出的脉冲频率和操作人员设定的播种株距，计算出提供给电机驱动器的执行脉冲信号；执行脉冲通过排种器电子信号分配盒将信号分配给各个电机驱动器中，电机驱动器直接驱动电机旋转，电机通过安装在顶端的减速器将动力传递到排种器输入轴，并带动排种盘旋转，执行脉冲信号根据不同播种工况和设置进行加速、减速、停止等动作；电机驱动器或者排种器电子信号分配盒中安装有一套排种器卡种自动排故装置，当系统检测到电机由于卡种导致扭矩增大，电机驱动器会发出报警信号，此时人机交互显示器进行分析和计算，发出电机倒转执行脉冲，使电机倒转一定的时间，如在倒转过程中再次发生卡种现象，电机会自动正转，如此往复2-4次，如仍然没有解决卡种问题，人机交互显示器会发出故障报警，操作人员需要手动拧动手动排故障旋钮，手动排除故障。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述排种器包括勺夹式排种器、指夹式排种器或气吸式排种器以及杂粮排种器，如玉米、花生、大豆、高粱等种子排种器。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述装置采用12V或者24V蓄电池提供电能。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述装置的人机交互显示器为触摸屏PLC一体机、文本PLC一体机或者单片机文本一体机等显示设备；人机交互显示器3安装有卫星定位模块，可通过手机、电脑等电子设备APP实时的监控整个系统的工作状态，包括播种速度、播种时间、播种距离等信息；人机交互显示器内部或者外部安装有声光报警器，当出现丢种、卡种、少种等现象时，声光报警器会发出真人语音报警声音和报警灯闪烁提醒操作人员对设备进行检查。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述电机驱动器和电机是对应的，电机驱动器安装在排种器种箱上，排种器外壳上或者其他合适的位置。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述电机采用闭环步进电机、开环步进电机或者带有PWM电机调速的直流电机。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述减速器可以为涡轮蜗杆减速器、齿轮减速器、行星减速器。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述信号采集器为空心、半空心或者轴式类型结构的旋转编码器。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述传感器为光电传感器、电容传感器、霍尔传感器、激光传感器、红外传感器等。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述声光报警器可以是一体式的，既可以发出真人语音又能发出报警灯闪烁，也可以是扬声器和报警灯组合式的报警器，或者只有语音喇叭等形式；声光报警器为一体式形式，或分体或只有语音喇叭的形式；其语音发出的声音如“1号不下种、2号不下种、排种器都不下种、请注意车速”。
所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，所述远程操控装置是一种远程操控模块，可以远程使用电脑和手机来修改程序，以及系统的远程设置。
本发明的优点与效果是：
1.本发明改变了传统的机械传动的动力传递方式，采用12v或24V直流蓄电池驱动，利用PLC来精准采集、分析、控制当前排种器工作状态，取消排种器机械变速箱，采用电子齿轮精确计算排种器转速和播种株距。
2.本发明采用高分辨率的编码器和安装在排种器内部的传感器来监测当前车速、行驶距离、播种面积、空穴数量、播种数量、平均每亩播种数量等数据。并利用触摸屏作为人机交互的界面，将监测信息反馈给操作人员，操作人员可以通过触摸屏调节株距和设置各种工作参数，以及获取排种器的各种工作信息和报警信息。
3.本发明取消了传统的链条传动，机械变速箱等传动机构，降低了累积误差，排种盘通过电子信号和电子齿轮进行配比转速，可以提高排种器排种盘的排种精度。株距可以通过触摸屏随意调节，不受传统减速器齿轮减速比限制。由于取消了大部分的机械传动部件，降低故障率，降低结构重量，可大大提高播种机的作业速度，使播种机能够在每小时12公里以上的高速状态下作业，同时不影响播种机播种精度和播种数量，并可降低拖拉机能耗。
4.本发明排种器中传感器感应到进入异物时，触摸屏会发出报警，保护排种器不受外来异物损坏，并提醒操作人员及时排除异物，更好的保护排种器各个部件，使其正常工作。
5.本发明使用12V直流电源，用拖拉机自身铅酸蓄电池提供电能，用电量低，安全方便。
附图说明
图1为本发明工作原理图；
图2为本发明排种器装置整体结构图；
图3为本发明实施例所示排种器结构图。
图中部件：1.蓄电池、2.逆变器、3.人机交互显示器、4.排种器电子信号分配盒、5.信号采集器、6.电机驱动器、7.电机与排种器连接板、8.排种器输入轴、9.减速器、10.电机、11.排种器外壳、12.电缆、13.排种器外端盖、14.排种盘、15.传感器、16.手动排故障旋钮、17.排种器种箱。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明所述排种器装置包括有人机交互显示器、排种器电子信号分配盒、信号采集器、电机、电机驱动器、减速器、逆变器、电缆、蓄电池。
本发明所述的排种器装置为：将种子按照一定株距播种在土地里的机械装置；
本发明所述人机交互显示器：作为操作人员和排种器之间的交互界面，反馈排种器的各种监控信息，如当前车速、行驶距离、播种面积、空穴数量、播种数量、平均每亩播种数量等数据以及发出报警信息，同时可以设置、修改排种器排种株距并对排种器进行参数设置；
本发明所述排种器电子信号分配盒：将人机交互显示器、信号采集器、电机驱动器等设备进行集中信号、电能分配的中继电子分配盒；
本发明所述信号采集器：用于采集车速、行驶距离、播种面积、播种数量等信息的装置；
本发明所述电机：驱动排种盘转动的动力来源；
本发明所述电机驱动器：用于驱动电机旋转和电机控制装置；
本发明所述减速器：与电机连接，用于提高排种盘扭矩，降低转速的作用；
本发明所述逆变器：用于将蓄电池电压转换成合理范围的使用电压的装置；
本发明所述电缆：维持各个电子元件电能、信号传输的线缆；
本发明所述蓄电池：为整套电控系统提供电力能源的装置。
实施例
如图所示，图2中排种器的数量为两个，排种器数量根据播种机单次播种行数决定，如两行、四行、五行、八行等，分别有两个、四个、五个、八个排种器，不局限于两个排种器。
本发明所述排种器包括勺夹式排种器、指夹式排种器或气吸式排种器以及各种杂粮排种器，如玉米、花生、大豆、高粱等多种种子形式的排种器。
本发明采用12V或者24V蓄电池1提供电能，蓄电池1使用车载铅酸蓄电池，也可以为锂电池，蓄电池电能需要能够满足电控排种器作业需要。逆变器2通过电源电缆与蓄电池1连接，逆变器2将12V或24V的蓄电池1转换成电路元器件所需要的24V-72V电源，使用电源电压根据不同型号而定。经过逆变器2后获得的电源通过电缆输入到人机交互显示器3中，为其提供所需电能，人机交互显示器3为操作人员提供监测信息和株距调节。人机交互显示器3可以是触摸屏PLC一体机、文本PLC一体机或者单片机文本一体机等显示设备。信号采集器5是由齿轮和高分辨率的旋转编码器组成，安装在播种机的传动轴或者地轮一侧，当播种机作业时带动信号采集器5旋转，获得相应的脉冲信号。脉冲信号被采集之后通过排种器电子信号分配盒4，将信号反馈到人机交互显示器3中，人机交互显示器3中的PLC或单片机对信号进行分析、处理后再通过排种器电子信号分配盒4，将执行脉冲信号传递到电机驱动器6中，电机驱动器6和电机10是对应的（电机驱动器6可以安装在排种器种箱17上，排种器外壳11上或者其他合适的位置），电机驱动器6将获得的执行脉冲信号进行处理，驱动电机10旋转，电机采用闭环步进电机、开环步进电机或者带有PWM电机调速的直流电机。电机10前端安装有减速器9，减速器9可以为涡轮蜗杆减速器、齿轮减速器、行星减速器等，减速器9上安装有带动排种盘14旋转的排种器输入轴8。排种盘14固定在排种器外壳11中，外侧安装有排种器外端盖13，将排种盘14固定并封闭在排种器外壳11内。减速器9通过电机与排种器连接板7与排种器外壳11固定。传感器15安装在排种盘14内部，同时传感器15连接电缆通过电机驱动器6获得电能，并将传感信号通过排种器电子信号分配盒4反馈到人机交互显示器3中，进行分析、显示和读取。
本发明排种器在工作时，由蓄电池1提供电能,蓄电池可以是铅酸电池或锂电池。播种机作业时带动安装在地轮或者传动轴上的信号采集器5旋转，信号采集器5为空心、半空心或者轴式等多种类型结构的旋转编码器，编码器旋转时发出相应的脉冲信号，将采集的脉冲信号通过排种器电子信号分配盒4反馈给人机交互显示器3(人机交互显示器为触摸屏PLC一体机、文本PLC一体机或者单片机文本一体机，也可以是触摸屏与PLC单独组合、触摸屏和单片机电路板单独组合），在排种盘14上安装有传感器15（传感器可以为光电传感器、电容传感器、霍尔传感器、激光传感器、红外传感器等），当排种盘14旋转时，传感器15能够感应到种子的异常状况，当丢种、坏种或卡种出现时，或排种器内种子数量过少时，可以发出信号，并将信号反馈到人机交互显示器3中，当人机交互显示器3对收到的脉冲信号进行分析和处理后，获得播种速度、播种面积、播种距离等信息，并将各种信息显示在人机交互显示器3的显示屏幕上。人机交互显示器3根据编码器发出的脉冲频率和操作人员设定的播种株距，计算出提供给电机驱动器6的执行脉冲信号。执行脉冲通过排种器电子信号分配盒4将信号分配给各个电机驱动器6中，电机驱动器6直接驱动电机10旋转，电机10通过安装在顶端的减速器9将动力传递到排种器输入轴8，并带动排种盘14旋转。执行脉冲信号根据不同播种工况和设置进行加速、减速、停止等动作，达到精量播种的目的。
在电机驱动器6或者排种器电子信号分配盒4中安装有一套排种器卡种自动排故装置，当系统检测到电机由于卡种导致扭矩增大，电机驱动器6会发出报警信号，此时人机交互显示器3进行分析和计算，发出电机10倒转执行脉冲，使电机10倒转一定的时间，如在倒转过程中再次发生卡种现象，电机10会自动正转，如此往复2-4次，如仍然没有解决卡种问题，人机交互显示器3会发出故障报警，操作人员需要手动拧动手动排故障旋钮16，手动排除故障。
在人机交互显示器3安装有卫星定位模块，可通过手机、电脑等电子设备APP实时的监控整个系统的工作状态，包括播种速度、播种时间、播种距离等信息。
在人机交互显示器3内部或者外部安装有声光报警器，当出现丢种、卡种、少种等现象时，声光报警器会发出真人语音报警声音和报警灯闪烁提醒操作人员对设备进行检查。声光报警器可以是一体式的，既可以发出真人语音、又能发出报警灯闪烁，也可以是扬声器和报警灯组合式的报警器，或者只有语音喇叭等形式。
语音喇叭发出声音为：
（1）当排种器不播种时，对应的排种器发出信号反馈给人机交互显示器3，人机交互显示器3控制报警器或者喇叭发出“1号不下种”；或“2号不下种”、“3号不下种”等等；
（2）当所有排种器都不播种时报警器或者喇叭发出“排种器都不下种”；
（3）当排种器转速超过了设定速度时，报警器或喇叭发出“请注意车速”。
同时，在本发明系统中安装有远程操控模块，可以远程使用电脑和手机来修改程序、以及系统的远程设置。
Claims (10)
1.一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述装置包括蓄电池（1）、逆变器（2）、人机交互显示器（3）、排种器电子信号分配盒（4）、信号采集器（5）、电机驱动器（6）、电机与排种器连接板（7）、排种器输入轴（8）、减速器（9）、电机（10）、排种器外壳（11）、电缆（12）、排种器外端盖（13）、排种盘（14）、传感器（15）、手动排故障旋钮（16）、排种器种箱（17）；排种器电机连接减速器然后带动排种器输入轴旋转；逆变器（2）通过电源电缆与蓄电池（1）连接，经过逆变器(2)后获得的电源通过电缆输入到人机交互显示器（3）；信号采集器（5）由齿轮和高分辨率的编码器组成，安装在播种机的传动轴或者地轮一侧；电机10前端安装有减速器（9），减速器（9）上安装有带动排种盘（14）旋转的排种器输入轴（8）；排种盘（14）固定在排种器外壳（11）中，外侧安装有排种器外端盖（13），将排种盘（14）固定并封闭在排种器外壳（11）内；减速器（9）通过电机与排种器连接板（7）与排种器外壳（11）固定；传感器（15）安装在排种盘（14）内部，同时传感器（15）连接电缆通过电机驱动器（6）获得电能，并将传感信号通过排种器电子信号分配盒（4）反馈到人机交互显示器（3）中，排种盘（14）上安装有传感器（15），当排种盘（14）旋转时，传感器（15）能够感应到种子的异常状况，发出信号，并将信号反馈到人机交互显示器（3）中，当人机交互显示器（3）对收到的脉冲信号进行分析和处理后，获得播种速度、播种面积、播种距离等信息，计算出提供给电机驱动器（6）的执行脉冲信号；执行脉冲通过排种器电子信号分配盒（4）将信号分配给各个电机驱动器（6）中，电机驱动器（6）直接驱动电机（10）旋转，电机（10）通过安装在顶端的减速器（9）将动力传递到排种器输入轴（8），并带动排种盘（14）旋转，执行脉冲信号根据不同播种工况和设置进行加速、减速、停止等动作；电机驱动器（6）或者排种器电子信号分配盒（4）中装有排种器卡种自动排故装置。
2.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述排种器包括不同类型种子形式的排种器。
3.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述装置采用直流蓄电池供电。
4.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述装置的人机交互显示器（3）触摸屏为触摸屏显示设备；内部安装有PLC和触摸屏一体机、文本一体机、单片机，以及计算、分析、控制设备。
5.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述电机驱动器（6）安装在排种器种箱（17）上或机壳上；电机采用直流电机、开环步进电机、闭环步进电机、带有PWM信号的调速直流电机。
6.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述减速器为通用齿轮减速器。
7.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述信号采集器（5）为光电旋转编码器。
8.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述传感器为通用传感器。
9.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述声光报警器为一体式形式、分体形式或只有语音喇叭的形式；其语音发出的声音如“1号不下种、2号不下种、排种器都不下种、请注意车速”。
10.根据权利要求1所述的一种用于播种机的电控高速精量排种器，其特征在于，所述远程操控装置是一种远程操控模块，可远程使用电脑和手机来修改程序、以及系统的远程设置。
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