CN111788907A - 一种用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，包括：磁性开关，用于检测玉米精量排种器的排种动作；光电开关，用于检测排种动作时是否排种有效；单片机，分别与磁性开关、光电开关连接，用于判断在设定时间内，当磁性开关触发后，光电开关是否被触发；步进电机驱动器，与单片机连接，用于接收出现漏播时单片机发出的驱动信号；所述步进电机驱动器与步进电机连接，用于根据驱动信号控制步进电机旋转；补种器，与步进电机连接，用于进行补种。本发明，用自动化设备代替了人工检查播种情况，不仅满足了准确、连续、操作简单和免人工劳动的使用要求，同时也提高了玉米精量播种的播种效率、作物产量以及节省了人工成本。
Description
技术领域
本发明涉及玉米精量播种技术领域，具体说是一种用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统。
背景技术
当前，玉米的全球种植面积达20亿亩，我国玉米的种植面积占全球种植面积的17.6％左右，居世界第二位，仅次于美国。
玉米作为我国的主要粮食作物之一，每年收获量约1408亿公斤，占全球总量的22％左右。
尽管我国玉米的种植面积以及每年收获量都处于世界前列，但是，我国玉米的亩产量仅仅比世界平均亩产量略高，同发达国家相比仍有提升空间。
因此，采用高效、高质量、防漏播的玉米播种机具是提高玉米的亩产量的重要措施之一。
在玉米精量播种过程中，一般是依靠机械设备自动对玉米种子进行排种，当发生漏播情况时往往需要人工进行后续补苗，而利用人工进行补苗，工作量庞大，劳动强度大，且在实际种植过程中难以实现全部补苗。
目前，我国玉米播种机具大多数采用的是玉米精量排种器，按照工作原理不同，又分为机械式排种器和气力式播种机两大类。其中：
气力式播种机，适用于不同形状、品种、尺寸的种子，不但能够做到不伤种子和不磕籽，还可确保播种精确，具有精量选种、出苗率高等优点。
气力式播种机的不足之处在于：需要配套风机和气力系统，这导致其结构复杂，技术要求高，动力消耗大，成本较高，要求高度的气密性，需要大功率拖拉机配套，且实际的使用操作较困难。以我国目前的实际情况，很难大范围满足这些需求，导致气力式播种机无法普及。
机械式排种器，使用简单，排种质量较好，因此是目前应用最广泛的玉米精量排种器之一。
机械式排种器的不足之处在于：由于其自身的结构限制，在播种作业中不可避免地出现漏播现象，给玉米种植业带来巨大的损失。而解决这一核心问题，不但能够提高玉米的亩产量，而且节省人工后期补苗的劳动力，为玉米增产、增收提供有效装备保障，对我国的农业发展上有着非常重要的意义。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，用自动化设备代替了人工检查播种情况，不仅满足了准确、连续、操作简单和免人工劳动的使用要求，同时也提高了玉米精量播种的播种效率、作物产量以及节省了人工成本。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，包括：
磁性开关，用于检测玉米精量排种器的排种动作；
光电开关，用于检测排种动作时是否排种有效；
单片机，分别与磁性开关、光电开关连接，用于判断在设定时间内，当磁性开关触发后，光电开关是否被触发；
步进电机驱动器，与单片机连接，用于接收出现漏播时单片机发出的驱动信号；
所述步进电机驱动器与步进电机连接，用于根据驱动信号控制步进电机旋转；
补种器，与步进电机连接，用于进行补种。
在上述技术方案的基础上，所述玉米精量排种器6，设置在玉米播种机中，所述玉米播种机包括：
玉米精量排种器6，其下方设有开沟器4，其上方设有种箱1，
玉米精量排种器6设有出种口9，
光电开关安装壳5，安装在玉米精量排种器6的出种口9侧方，用于容纳并固定光电开关，
所述光电开关与玉米精量排种器6的出种口9处于同一条纵向直线上，用于检测出种口9的排种，
补种器3，设于开沟器4后侧，
补种器3设有补种出种口22，
补种器3和种箱1通过补种器导种管2连接。
在上述技术方案的基础上，玉米精量排种器6设有排种器后盖7，
磁性开关8安装在排种器后盖7上，且临近出种口9。
在上述技术方案的基础上，所述磁性开关8安装在排种器后盖7上，且临近出种口9，且位于出种口9中心线上；
或者，排种器后盖7上设有螺纹安装孔，磁性开关8旋装在螺纹安装孔内；
或者，排种器后盖7上设有两个以上螺纹安装孔，螺纹安装孔均临近出种口9，且在出种口9范围内，磁性开关8择一的旋装在螺纹安装孔内；
或者，排种器后盖7上设有两个以上螺纹安装孔，螺纹安装孔均临近出种口9，且在出种口9范围内，同时在两个以上螺纹安装孔内旋装磁性开关8。
在上述技术方案的基础上，在玉米精量排种器6内设有排种器导种轮12，
沿排种器导种轮12的周向设有若干排种器递种齿11，相邻的排种器递种齿11间隔一距离形成排种器递种槽10，所述排种器递种槽10用于容纳种子，
在排种器递种齿11临近磁性开关8的一侧，居中设有盲孔，
与磁性开关8配套的钕硼磁铁13置于盲孔中。
在上述技术方案的基础上，所述光电开关安装壳5，在其一侧壳体侧壁上居中设有螺纹孔，
光电开关14旋装在螺纹孔内；
所述光电开关安装壳5，其壳体上还设有固定孔40，紧固件穿入固定孔40将光电开关安装壳5与玉米精量排种器6连接。
在上述技术方案的基础上，所述补种器3，包括：
补种器支撑体15，补种器前盖16，二者扣合构成补种器外壳；
补种器支撑体15设于补种器传动轴36的中部；
补种器传动轴36的一端设有补种器勺轮盘27，另一端设有补种器导种轮31；
所述补种器勺轮盘27设于补种器前盖16一侧。
在上述技术方案的基础上，所述补种器传动轴36，包括：
圆柱状轴体，
沿轴体的轴线方向设置的电机轴孔39，
轴体的一端设有第一螺纹34，且该一端设有第一键槽35，
轴体的另一端设有第二螺纹38，且该另一端设有第二键槽37；
补种器勺轮盘27通过勺轮盘键28、勺轮盘键槽29和补种器传动轴36的第一键槽35连接，螺母与第一螺纹34螺接将补种器勺轮盘27固定；
补种器导种轮31通过导种轮键32、导种轮键槽33和补种器传动轴36的第二键槽37连接，螺母与第二螺纹38螺接将补种器导种轮31固定。
在上述技术方案的基础上，补种器勺轮盘27上设有若干种勺26；
补种器导种轮31上设有若干递种槽30。
在上述技术方案的基础上，所述补种器支撑体15，包括：
连接耳17，用于与玉米播种机连接；
若干支撑体凸耳19，用于与补种器前盖16连接；
轴承21，居中设置，用于穿装补种器传动轴36；
补种出种口22，设于轴承21下方的补种器支撑体15的壁体上；
补种器递种口18，设于轴承21上方；
毛刷20，设于补种器递种口18内，玉米种子依靠毛刷20和惯性落入递种槽30中；
所述补种器前盖16，包括：
若干前盖凸耳25，用于与补种器支撑体15连接；
在前盖的侧面设有导种管连接口23，用于将补种器导种管2中的玉米种子引入补种器3中；
在前盖的侧面还设有检视口24，检视口24位于导种管连接口23斜下方，用于检查补种器的作业情况。
本发明所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，具有以下有益效果：
1、具有自动检测漏播的功能；
2、当出现漏播时能够自动补种；
3、节省劳动力，提高玉米产量。
本发明所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，将机械设计技术、单片机技术、传感器技术、光电技术、电机驱动技术相结合，通过光电传感器和磁性开关相结合，检测是否出现漏播，当出现漏播时，通过控制补种器实现自动补种，适用于玉米精量播种过程中出现漏播时，对漏播进行检测及自动补种，适合于推广使用。
附图说明
本发明有如下附图：
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的实施例一的结构框图。
图2本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的玉米播种机的结构示意图。
图3本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的磁性开关安装位置示意图。
图4本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的钕硼磁铁安装位置示意图。
图5本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的光电开关安装位置示意图。
图6本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的补种器主体结构示意图。
图7本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的补种器支撑体结构示意图。
图8本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的补种器前盖结构示意图。
图9本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的补种器勺轮盘结构示意图。
图10本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的补种器导种轮结构示意图。
图11本发明所述用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统的补种器传动轴结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本发明的示范性实施例做出的说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
如图1所示，本发明所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，包括：
磁性开关，用于检测玉米精量排种器的排种动作；
光电开关，用于检测排种动作时是否排种有效；
单片机，分别与磁性开关、光电开关连接，用于判断在设定时间内，当磁性开关触发后，光电开关是否被触发；
步进电机驱动器，与单片机连接，用于接收出现漏播时单片机发出的驱动信号；
所述步进电机驱动器与步进电机连接，用于根据驱动信号控制步进电机旋转；
补种器，与步进电机连接，用于进行补种。
本发明所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其作业过程如下：
玉米精量排种器有序的将玉米种子排出，在每次排种动作时，均触发一次磁性开关；
当玉米种子确实被排出时，触发一次光电开关；光电开关无触发，则表示虽然有排种动作但是没有玉米种子被排出，此即漏播；
每当磁性开关被触发(有排种动作)，磁性开关向单片机传输信号，单片机启动定时器，该定时器进行临界时间的倒计时；
如果在漏种临界时间内，光电开关向单片机传输信号，则代表有玉米种子被排出，认为排种有效，既无漏播；反之则是认为出现漏播；
出现漏播时，单片机发出的驱动信号给步进电机驱动器，步进电机驱动器根据驱动信号控制步进电机旋转；
补种器随着步进电机旋转，进行补种作业，完成一次补种动作。
在上述技术方案的基础上，如图2所示，所述玉米精量排种器6，设置在玉米播种机中，所述玉米播种机包括：
玉米精量排种器6，其下方设有开沟器4，其上方设有种箱1，
玉米精量排种器6设有出种口9，参见图3所示，
光电开关安装壳5，安装在玉米精量排种器6的出种口9侧方，用于容纳并固定光电开关，
所述光电开关与玉米精量排种器6的出种口9处于同一条纵向直线上，用于检测出种口9的排种，
补种器3，设于开沟器4后侧，
补种器3设有补种出种口22，参见图7所示，
补种器3和种箱1通过补种器导种管2连接。
图2中箭头方向向左，示意出玉米播种机的行进方向，该方向视为前侧，故补种器3设于开沟器4后侧，即：后侧是指玉米播种机行进方向相反的一侧，
在上述技术方案的基础上，所述补种出种口22与所述出种口9均开口朝向下方，
所述补种出种口22与所述出种口9间距一预设距离。
作为可选择的实施方案之一，所述预设距离为15cm。
作为可选择的实施方案之一，所述预设距离，是指：所述补种出种口22与所述出种口9最临近的侧壁之间的水平距离。
作为可选择的实施方案之一，所述预设距离为经验值，其依据为：
播种作业中，株距固定时，例如株距为20cm-40cm，补种出种口22与出种口9之间的间距(预设距离)须满足如下条件：补种后的实际株距应等于或接近株距。
当补种器的尺寸固定时，装在播种机上后，补种出种口22与所述出种口9间距15cm，满足株距为20cm-40cm的播种作业要求。
作为可选择的实施方案之一，单片机根据株距的设定值，以及补种出种口22与所述出种口9间距，通过延时控制与步进电机驱动器的驱动信号频率控制，对补种时间进行调节，实现补种作业中株距的控制。
在上述技术方案的基础上，如图3所示，玉米精量排种器6设有排种器后盖7，
磁性开关8安装在排种器后盖7上，且临近出种口9。
需要说明的是，图3所示为仅安装一个磁性开关8的示例，未给出安装两个以上磁性开关8的示例。
作为可选择的实施方案之一，所述磁性开关8安装在排种器后盖7上，且临近出种口9，且位于出种口9中心线上。
作为可选择的实施方案之一，排种器后盖7上设有螺纹安装孔，磁性开关8旋装在螺纹安装孔内。螺纹安装孔是优选方案。
作为可选择的实施方案之一，排种器后盖7上设有两个以上螺纹安装孔，螺纹安装孔均临近出种口9，且在出种口9范围内。
设有两个以上螺纹安装孔时，磁性开关8可择一的旋装在螺纹安装孔内，即：螺纹安装孔有多个(至少两个，可以更多)，但只安装一个磁性开关8，具体安装在哪一个螺纹安装孔根据需要选择；
亦可同时在两个以上螺纹安装孔内旋装磁性开关8，此方案存在以下情况：
情况一，螺纹安装孔有两个，磁性开关8有两个，分别旋装在螺纹安装孔中；
情况二，螺纹安装孔多于两个(三个或更多)，磁性开关8有两个，分别旋装在螺纹安装孔中，部分螺纹安装孔中不安装磁性开关8；
情况三，螺纹安装孔多于两个(三个或更多)，磁性开关8一对一的旋装在螺纹安装孔中。
情况二为优选方案，兼顾准确性、灵敏性、可靠性及成本控制。
在上述技术方案的基础上，如图4所示，在玉米精量排种器6内设有排种器导种轮12，
沿排种器导种轮12的周向设有若干排种器递种齿11，相邻的排种器递种齿11间隔一距离形成排种器递种槽10，所述排种器递种槽10用于容纳种子，
在排种器递种齿11临近磁性开关8的一侧，居中设有盲孔，
与磁性开关8配套的钕硼磁铁13置于盲孔中。
作为可选择的实施方案之一，钕硼磁铁13通过密封胶固定在盲孔中。
当排种器导种轮12旋转时，排种器递种齿11上的盲孔与磁性开关8位置相对应，通过磁性开关8感应钕硼磁铁13可判断排种动作。
在上述技术方案的基础上，如图5所示，所述光电开关安装壳5，在其一侧壳体侧壁上居中设有螺纹孔，
光电开关14旋装在螺纹孔内；
所述光电开关安装壳5，其壳体上还设有固定孔40，紧固件穿入固定孔40将光电开关安装壳5与玉米精量排种器6连接。
在上述技术方案的基础上，如图6-11所示，所述补种器3，包括：
补种器支撑体15，补种器前盖16，二者扣合构成补种器外壳；例如：补种器支撑体15和补种器前盖16扣合合，并采用螺栓和螺母固定，构成补种器外壳；
补种器支撑体15设于补种器传动轴36的中部；
补种器传动轴36的一端设有补种器勺轮盘27，另一端设有补种器导种轮31；
所述补种器勺轮盘27设于补种器前盖16一侧。
补种器勺轮盘27与补种器前盖16相邻，用于将单粒玉米种子递入补种器导种轮31中；
补种器导种轮31用于将玉米种子(递种槽30中的玉米种子，递种槽30见下述)排出。
在上述技术方案的基础上，如图11所示，所述补种器传动轴36，包括：
圆柱状轴体，
沿轴体的轴线方向设置的电机轴孔39，用于与步进电机输出轴连接，
轴体的一端设有第一螺纹34，且该一端设有第一键槽35，
轴体的另一端设有第二螺纹38，且该另一端设有第二键槽37。
作为可选择的实施方案之一，如图9所示，补种器勺轮盘27通过勺轮盘键28、勺轮盘键槽29和补种器传动轴36的第一键槽35连接，螺母与第一螺纹34螺接将补种器勺轮盘27固定；
作为可选择的实施方案之一，如图10所示，补种器导种轮31通过导种轮键32、导种轮键槽33和补种器传动轴36的第二键槽37连接，螺母与第二螺纹38螺接将补种器导种轮31固定。
在上述技术方案的基础上，如图9所示，补种器勺轮盘27上设有若干种勺26；
如图10所示，补种器导种轮31上设有若干递种槽30。
在上述技术方案的基础上，如图7所示，所述补种器支撑体15，包括：
连接耳17，用于与玉米播种机连接；
若干支撑体凸耳19，用于与补种器前盖16连接；
轴承21，居中设置，用于穿装补种器传动轴36；
补种出种口22，设于轴承21下方的补种器支撑体15的壁体上；
补种器递种口18，设于轴承21上方；
毛刷20，设于补种器递种口18内，玉米种子依靠毛刷20和惯性落入递种槽30中。
在上述技术方案的基础上，如图8所示，所述补种器前盖16，包括：
若干前盖凸耳25，用于与补种器支撑体15连接；例如：通过螺栓和螺母将支撑体凸耳19、前盖凸耳25连接；
在前盖的侧面设有导种管连接口23，用于将补种器导种管2中的玉米种子引入补种器3中；
在前盖的侧面还设有检视口24，检视口24位于导种管连接口23斜下方，用于检查补种器的作业情况。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，包括：
磁性开关，用于检测玉米精量排种器的排种动作；
光电开关，用于检测排种动作时是否排种有效；
单片机，分别与磁性开关、光电开关连接，用于判断在设定时间内，当磁性开关触发后，光电开关是否被触发；
步进电机驱动器，与单片机连接，用于接收出现漏播时单片机发出的驱动信号；
所述步进电机驱动器与步进电机连接，用于根据驱动信号控制步进电机旋转；
补种器，与步进电机连接，用于进行补种。
2.如权利要求1所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，所述玉米精量排种器(6)，设置在玉米播种机中，所述玉米播种机包括：
玉米精量排种器(6)，其下方设有开沟器(4)，其上方设有种箱(1)，
玉米精量排种器(6)设有出种口(9)，
光电开关安装壳(5)，安装在玉米精量排种器(6)的出种口(9)侧方，用于容纳并固定光电开关，
所述光电开关与玉米精量排种器(6)的出种口(9)处于同一条纵向直线上，用于检测出种口(9)的排种，
补种器(3)，设于开沟器(4)后侧，
补种器(3)设有补种出种口(22)，
补种器(3)和种箱(1)通过补种器导种管(2)连接。
3.如权利要求2所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，玉米精量排种器(6)设有排种器后盖(7)，
磁性开关(8)安装在排种器后盖(7)上，且临近出种口(9)。
4.如权利要求3所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，所述磁性开关(8)安装在排种器后盖(7)上，且临近出种口(9)，且位于出种口(9)中心线上；
或者，排种器后盖(7)上设有螺纹安装孔，磁性开关(8)旋装在螺纹安装孔内；
或者，排种器后盖(7)上设有两个以上螺纹安装孔，螺纹安装孔均临近出种口(9)，且在出种口(9)范围内，磁性开关(8)择一的旋装在螺纹安装孔内；
或者，排种器后盖(7)上设有两个以上螺纹安装孔，螺纹安装孔均临近出种口(9)，且在出种口(9)范围内，同时在两个以上螺纹安装孔内旋装磁性开关(8)。
5.如权利要求3所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，在玉米精量排种器(6)内设有排种器导种轮(12)，
沿排种器导种轮(12)的周向设有若干排种器递种齿(11)，相邻的排种器递种齿(11)间隔一距离形成排种器递种槽(10)，所述排种器递种槽(10)用于容纳种子，
在排种器递种齿(11)临近磁性开关(8)的一侧，居中设有盲孔，
与磁性开关(8)配套的钕硼磁铁(13)置于盲孔中。
6.如权利要求2所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，所述光电开关安装壳(5)，在其一侧壳体侧壁上居中设有螺纹孔，
光电开关(14)旋装在螺纹孔内；
所述光电开关安装壳(5)，其壳体上还设有固定孔(40)，紧固件穿入固定孔(40)将光电开关安装壳(5)与玉米精量排种器(6)连接。
7.如权利要求2所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，所述补种器(3)，包括：
补种器支撑体(15)，补种器前盖(16)，二者扣合构成补种器外壳；
补种器支撑体(15)设于补种器传动轴(36)的中部；
补种器传动轴(36)的一端设有补种器勺轮盘(27)，另一端设有补种器导种轮(31)；
所述补种器勺轮盘(27)设于补种器前盖(16)一侧。
8.如权利要求7所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，所述补种器传动轴(36)，包括：
圆柱状轴体，
沿轴体的轴线方向设置的电机轴孔(39)，
轴体的一端设有第一螺纹(34)，且该一端设有第一键槽(35)，
轴体的另一端设有第二螺纹(38)，且该另一端设有第二键槽(37)；
补种器勺轮盘(27)通过勺轮盘键(28)、勺轮盘键槽(29)和补种器传动轴(36)的第一键槽(35)连接，螺母与第一螺纹(34)螺接将补种器勺轮盘(27)固定；
补种器导种轮(31)通过导种轮键(32)、导种轮键槽(33)和补种器传动轴(36)的第二键槽(37)连接，螺母与第二螺纹(38)螺接将补种器导种轮(31)固定。
9.如权利要求7所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，补种器勺轮盘(27)上设有若干种勺(26)；
补种器导种轮(31)上设有若干递种槽(30)。
10.如权利要求7所述的用于玉米精量播种过程中漏播检测及自动补种系统，其特征在于，所述补种器支撑体(15)，包括：
连接耳(17)，用于与玉米播种机连接；
若干支撑体凸耳(19)，用于与补种器前盖(16)连接；
轴承(21)，居中设置，用于穿装补种器传动轴(36)；
补种出种口(22)，设于轴承(21)下方的补种器支撑体(15)的壁体上；
补种器递种口(18)，设于轴承(21)上方；
毛刷(20)，设于补种器递种口(18)内，玉米种子依靠毛刷(20)和惯性落入递种槽(30)中；
所述补种器前盖(16)，包括：
若干前盖凸耳(25)，用于与补种器支撑体(15)连接；
在前盖的侧面设有导种管连接口(23)，用于将补种器导种管(2)中的玉米种子引入补种器(3)中；
在前盖的侧面还设有检视口(24)，检视口(24)位于导种管连接口(23)斜下方，用于检查补种器的作业情况。
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