CN112698597B - 播种机自动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种播种机自动控制系统，包括：可正反转动的动力部件具有双侧动力输出端；一侧通过第一传动单向轴承与作业行排种排肥部件连接，另一侧通过第二传动单向轴承与标定用排种排肥部件连接；所述第一传动单向轴承与第二传动单向轴承的锁止方向相反、自由转动方向相反；设于排种排肥部件下方的称重采集模块；GPS定位行走速度采集模块；所述动力部件带有自身的速度采集模块、播种步进驱动器；CPU模块作为整个控制系统的控制中心，分别与GPS定位行走速度采集模块、速度采集模块、播种步进驱动器、称重采集模块信号连接。本发明采用在线的方式进行标定，可以在较少的时间内完成标定，一键完成标定，无须人工称重、手动输入称重数据。

Description

播种机自动控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种播种机，具体来说，是一种播种机自动控制系统及控制方法。

背景技术

现有技术的施肥播种机排种排肥部件主要通过镇压轮或专用地轮驱动。由于土壤条件复杂多变，镇压轮或地轮在行走过程中会产生打滑、时快时慢等现象，特别是排种排肥阻力大的情况下，打滑更严重。这就会造成播种和施肥的不均匀现象。排种排肥其它驱动方式如采用电机驱动或液压驱动，在工作时需要获取机具的前进速度，根据前进速度相应地改变排种排肥的速度，这样才能保证播种和施肥的均匀性。目前这种播种机的测速方式主要是采用霍尔传感器，测量驱动轮或地轮转速，并换算出播种机前进速度。这种测速方式在湿滑土壤条件下也存在拖拉机驱动轮或地轮打滑现象，导致播种和施肥的不均匀问题。

现有技术的施肥播种机没有播种量和施肥量在线自动标定功能。用户根据当地农艺要求确定每亩播种量和施肥量后，根据播种机厂家给定的参考设置对播种机的播种量和施肥量进行设置。为了达到较精确的量，需要对播种机的实际排种、排肥量进行标定。目前通常按以下方法进行标定：将播种机停在场地上，通过拖拉机提升或使用支撑物使播种机处于悬空状态，工作部件不接触地面，使排种轴或排肥轴按一定的速度均匀转动一定圈数，同时在排种部件或排肥部件下方将排种器或排肥器转动这一固定圈数所排出的种子和肥料接住，称量种子或肥料的重量，计算出排种器或排肥器每转的排种量或排肥量，从而计算出该播种机的每亩实际排种量或排肥量。将每亩实际排种量或排肥量与目标排种量或排肥量对比，根据对比情况再对播种机的播种量或施肥量进行调节。通常，播种量和施肥量调节机构不易控制调节量，那么还需要再次接料称量，验证调节的准确性。可以看出，以上标定过程工作繁琐、效率低下，并且由于采用人工调整，误差较大。现有标定方式，机具下地作业前需要花费较长的时间在标定工作上，操作复杂，费时费力。由于人工完成称重、计算、调节等工作，存在较大误差，而现在农业生产对每亩播种量和施肥量的精度要求较高，所以通常需要反复几次标定才能达到较精确的目标值。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种播种机自动控制系统，系统主要包括GPS卫星测速功能、播种量和施肥量在线自动标定功能、种箱和肥箱料位监测及缺料报警功能、播种机作业和非作业状态监测功能、漏播漏施监测功能等功能模块。

本发明采取以下技术方案：

一种播种机自动控制系统，包括：可正反转动的动力部件具有双侧动力输出端；一侧通过第一传动单向轴承(2)与作业行排种排肥部件(1)连接，另一侧通过第二传动单向轴承(4)与标定用排种排肥部件(10)连接；所述第一传动单向轴承(2)与第二传动单向轴承(4)的锁止方向相反、自由转动方向相反；设于排种排肥部件(10)下方的称重采集模块；GPS定位行走速度采集模块；所述动力部件带有自身的速度采集模块、播种步进驱动器；CPU模块作为整个控制系统的控制中心，分别与GPS定位行走速度采集模块、速度采集模块、播种步进驱动器、称重采集模块信号连接。

优选的，还包括分别于CPU模块连接的种/肥堵塞报警模块，缺种报警模块。

优选的，还包括与CPU模块连接的控制器，所述控制器采用触摸屏。

进一步的，所述种/肥堵塞报警模块采用光电式种肥堵塞报警器。

优选的，所述动力部件为驱动电机(3)。

一种播种机自动控制方法，采用上述的播种机自动控制系统，依次包括：标定工作控制和运行工作控制；

标定工作控制流程：

S1、输入参数：在标定控制终端输入目标播种量和施肥量；

S2、启动：使排种排肥部件(10)转动设定的圈数，称量排下的种子或肥料质量，自动计算获取排种排肥部件平均每圈排下的种子或肥料质量，进而调整播种机前进速度与排种或排肥电机转速的相互匹配关系；

S3、接种接肥称重：控制系统驱动动力部件，使动力部件按反向旋转，此时，作业行的排种排肥部件不工作，标定行的排种排肥部件工作；种子或肥料通过标定行的排种排肥部件落下，进入下方的接种接肥盒(9)；称量排种排肥部件转动设定圈数时接种接肥盒内接到的种子或肥料质量，即可标定出每转排种量或每转排肥量；

S4、计算调整：控制系统计算出设定旋转圈数下，种子或肥料质量的值，得出排种排肥部件每转排种量或每转排肥量，计算出要达到目标播种量和施肥量所需要的驱动电机的转速与机具前进速度的比例关系，对动力部件的工作时的转速控制参数进行调整，使播种量和施肥量达到预期目标；

运行工作控制流程：

A1、在控制终端输入播种施肥机具幅宽、播种通道数、施肥通道数，目标播种量和施肥量，播种机启动，此时控制系统通过检测GPS前进速度、机具抬起或落下状态、动力部件输出轴转速、种箱料位开关状态、肥箱料位开关状态；

A2、控制步进电机，开始进行播种施肥作业；

A3、控制系统按照以下设定程序进行监控：

A3a、若各种/肥堵塞报警模块报警，同时停止施肥播种电机工作；

A3b、种子肥料低位或化肥肥料低位，报警，暂不停止电机工作，设定其后检测过程中：如果某一路堵塞报警器在1秒内时间内某通道未检测到种子或化肥经过，则判断为种箱或肥箱中的种子或化肥存量已不足以继续工作，停止电机转运，并持续报警直到操作人员响应；

A3c、采用GPS定位行走速度采集模块进行速度监测，并对应调控动力部件的转速；

A3d、在触摸屏上手动输入机具幅宽、播种通道数、每亩播量。控制系统通过GPS定位行走速度采集模块获取速度；并根据播种器每转播种量，算出在某一转速时，机具前进单位长度时播种量，在已知机具幅宽的情况下，算出此转速下的每亩播种量；

A3d1播种步进驱动器控制算法为：

令机具幅宽L、播种通道数n1、每亩播量Q1、前进速度V、播种步进电机转速ω1度/S；

标定时间定为30秒、标定时设定转速为60rpm，假定标定测得单个通道输出量为M1克；

则标定时间内电机转的圈数为：30*(60/60)＝30圈；

每圈输出量为：M1/30克；

1亩地机具行进距离：667/L；

1亩地播种时间：T＝667/L/V；

Q1＝(ω1/360)*T*(M1/30)＝(ω1/360)*(667/L/V)*(n1*M1/30)则可反推出播种电机转速为：

ω1＝360*Q1*L*V*30/(667*n1*M1)度/S；

即相应的脉冲输出频率K＝(ω1/360)*1600Hz；

A3d2、施肥步进步进驱动器控制算法为：

令机具幅宽L、施肥通道数n2、每亩施肥量Q2、前进速度V、施肥步进电机转速ω2；标定时间定为30秒、标定时转速为60rpm,标定测得单个通道输出量为M2克；

算出施肥电机转速：

ω2＝360*Q2*L*V*30/(667*n2*M2)度/S；

即相应的脉冲输出频率K＝(ω2/360)*1600Hz。

优选的，还包括步骤S5：接种接肥盒清空：动力部件停止后，控制系统向卸料电机(7)发出指令，卸料电机(7)转动设定的圈数，通过卸料变速箱以后使卸料轴转动180圈，称重传感器和接种接肥盒跟随卸料轴一起转动，接种接肥盒口朝下，种子或肥料被排出；一段时间后，种子或肥料已全部排出，控制系统向卸料电机(7)发出指令，使卸料电机反向转动同样的圈数，系统恢复到初始状态。完成一个工作流程，等待下一次标定。

进一步的，步骤S3中，还具体包括以下步骤：

S3a：让标定的排种排肥部件转动X圈至稳定转速状态，称重传感器(8)记录容器及种子质量，并记入缓存；

S3b：控制排种排肥部件自动停止一设定时间后，标定排种排肥部件再次启动以默认转速转动Y圈，Y＞X；称重传感器称出时容器及种子质量，存入缓存，并以此质量减去前次X圈时的质量，则得出稳定转速下Y-X圈排出的种子净质量，所述净质量扣除容器质量；

S3c：控制系统将排种器(Y-X)圈的种子净质量除以(Y-X)，得到排种器1圈排种量，将1圈排种量记入缓存。

进一步的，所述X设定为5，Y设定为35；驱动电机驱动排种排肥部件转动5圈后停止，系统记录称重传感器在排种排肥部件转过5圈时的称重数值Q1，停止一段时间后，排种排肥部件再启动转过35圈时停止，系统再次记录称重传感器的称重数值Q2；排种排肥部件稳定转过30圈所排出的种子或肥料质量Q＝Q2-Q1。

进一步的，还包括步骤S5：接种接肥盒清空：

驱动电机停止后，控制系统向卸料电机发出指令，卸料电机转动设定圈数，通过卸料变速箱以后使卸料轴转动180圈，称重传感器和接种接肥盒跟随卸料轴一起转动，接种接肥盒口朝下，种子或肥料被排出；

一段时间后，种子或肥料已全部排出，控制系统向卸料电机发出指令，使卸料电机反向转动与所述设定圈数同样的圈数，控制系统恢复到初始状态。

本发明的有益效果在于：

1)采用在线的方式进行标定，操作简单便捷。可以在较少的时间内完成标定，一键完成标定，无须人工称重、手动输入称重数据。

2)同一驱动电机可以通过正转、反正的改变，自动实现在工作状态和标定状态的切换；接种接肥盒自动清空；自动完成称重、计算、调节等工作，精准度高；

3)可以通过算法控制实现高精度标定，排除电机起步和停止时转速不稳定对每转排种量的影响。

4)接种接肥盒实现自动清空。实现能够通过算法控制实现高精度标定，排除电机起步和停止时转速不稳定对每转排种量的影响。

5)只需标定一次，无需反复标定验证。

6)可以在现有播种施肥机基础上进行改造，通过增设单向轴承、标定用排种排肥部件、称重传感器、接种卸料部件等装置，实现发明功能，未明显增加设备成本，设备改动小，实施方便，推广方便。

7)采用GPS卫星测速，确保测速准确，从而保证了播种均匀性；另外播种机作业和非作业状态监测功能模块可以使卫星测速方式在各种特殊工况下都能正常工作，并且精确判断播种机的工作和非工作状态，根据实际情况实现自动启动和停止。

8)种箱和肥箱料位监测及缺料报警功能可以在播种机种箱和肥箱的物料剩余较少时报警提醒驾驶员提前加种加肥，以免造成缺种缺肥。漏播漏施监测功能可以在排种和排肥部件堵塞时技术报警，提醒驾驶员排除故障。

附图说明

图1是播种机播种量、施肥量自动标定装置的主视图。

图2是本发明播种机自动控制系统的硬件结构图。

图3是本发明播种机自动控制方法的控制流程图。

图中，1.作业行耕种排种排肥部件，2.第一传动单向轴承，3.驱动电机，4.第二传动单向轴承，5.卸料轴，6.卸料变速箱，7.卸料电机，8.称重传感器，9.接种接肥盒，10.标定用排种排肥部件，11.驱动变速箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

对比实施例：

现有技术中，纯机械传动式播种机的人工标定是：使播种机在工作状态下前进一定距离，把排下的种子或肥料称重，计算每亩播种量或施肥量，再通过更改传动比尝试调整。对于采用电机驱动排种排肥的精量播种机则采用测量排种排肥部件转动一定圈数、用电子秤称量重量、人工输入系统的方式。相对来说这些方式都存在需要人工称重、输入等步骤，这样的标定方式费时费力，更换每种肥料或种子时，都要在地头进行标定。机械传动式播种机还存在需要反复尝试的问题。采用电机驱动排种排肥的精量播种机的标定流程如下：1、首先在系统中设定标定时间和排种器转速，2、在一个播种或施肥通道中放入种子或肥料。3、在设定的标定时间内，排种器按设定的转速，排种。4、用口袋接住这个通道排出的种子或肥料。5、用电子秤称出，种子和肥料的质量。6、将这个数字输入人机界面，7、系统通过计算得到排种器每转一圈，排种的质量，并将每转一圈的排种量代入控制模型公式。

实施例一：

系统组成：控制器(触摸屏)、电源及步进电机驱动模块、步进电机、光电式种肥堵塞报警器、声光报警器、GPS模块、水银式角度开关、光电式料位报警器。

功能：

1、排种排肥管堵塞报警，并精确定位至某路排种口或排肥口，可以在触摸屏中跳出报警提示信息。光电式填塞报警器工作原理为红外光被种子遮挡，3秒未接收到红外光线则判定为种子堵塞。

2、种子及化肥料位低报警，光电式料位报警器掩埋在种子或肥料中，料位低传感器露出时，红外光不再被阻挡，则发出报警，尚有少量余料，暂不影响播种施肥。

3、通过接收GPS模块数据实测机具前进速度，根据前进速度调节步进电机转速，保证排肥及排种的均匀，提高施肥播种精度。触摸屏实时显示前进速度。

4、机具抬臂，则播种施肥电机停转功能，防无效播种施肥。此机具状态由水银角度传感器导通状态提供。

5、断电报警，以免漏播。为防止拖拉机蓄电池断电这样的小概率事件导致机手不察觉而大面积漏播事件发生，有必要专门为控制器采用双电池供电，即专门备用一块小容量蓄电池，将双电源输入控制器管理两路电源，再出到控制系统供电，确保控制器不断电，并将主电源断电信号实时报警，机手及时处理。

6、工作前进速度不得超过一定速度,否则报警。该报警信号为持续采样3次都速度超过确定为超速，以免有干扰误报。此速度可以在触摸屏设置，如6公里/小时或8公里/小时等。

7、断电记忆功能，主要设置参数不丢失，以便查询。不变的参数不用每次都要重新设定。

8、为防止设置参数时，机器误动作发生危险，处于设置界面时，程序限制电机不可动作。只有处于工作主页面时，方可动作。

9、作业数据保存于触摸屏存储空间，以便查询。

格式：作业时间、作业时长、作业田亩、播种量、施肥量、前进速度。

10、需进行标定。手动输入播种施肥机幅宽，可以显示播种施肥面积，以及某块田的播种施肥量；触摸屏直观设置每亩排肥量、每亩排种量。及其它标定过程详见标定文件。

由于各播种施肥机工作幅宽及播种施肥通道不完全一致，因此在播种施肥控制系统安装在机具上初次作业时，一定要对相应机具进行设置，在设置界面中分别输入机具幅宽、播种通道数、施肥通道数，由于这几个参数保存在断电保持寄存器中，所以在不更换机具前提下，只要设置一次。

(一)控制系统工作流程

播种机作业前，首先根据要求的每亩播种量和施肥量，对播种机进行设置和标定。完成标定后，将进入正常工作流程。

1、在控制终端输入播种施肥机具幅宽、播种通道数、施肥通道数，目标播种量和施肥量，并点击启动按键。作业系统启动，此时系统将立即检测GPS前进速度、机具抬起或落下状态、拖拉机动力输出轴转速、种箱料位开关状态、肥箱料位开关状态。

2、并结合参数状态综合判断，然后控制步进电机，开始进行播种施肥作业。

1)控制器采集到水银角度传感器导通信号表示播种机或施肥机具已落下、霍尔传感器测量出拖拉机输出轴转动代表进入作业状态，控制器通过RS485接口采集GPS模块输出$GPRMC协议中对地速度，此时可依照所测GPS速度进行播种施肥步进电机转速控制。此传感器组合可靠真实表达机具所处状态，缺一不可；判断动力输出轴转动主要用于组合式播种及施肥机，如带旋耕机功能，工作时输出轴转动状态可作为工作状态的判断依据。

2)种箱料位开关状态、肥箱料位开关状态。并在播种作业过程中种箱料位开关、肥箱料位开关报警时，代表此时种箱的种子或肥箱中的肥料已不多，需要及时添加，但还可以工作一小段时间，因此只声光报警，但不停止播种或施肥电机的工作。

3)作业过程中种肥可能由于某种原因堵塞，尤其肥料可能因受潮结块，堵塞概率更大。种肥堵塞时立即停止作业，并声光报警，停机清堵后，才可重新作业，这样可避免漏播或漏施。

4)当作业过程中，并根据机具前进速度实时调整播种施肥步进电机转速，播种量及施肥量完全与机具前进速度相匹配，实现预定亩均播种施肥量下的均匀播种施肥，从而实现精量化播种施肥。

5)并可以排除播种施肥过程中出现漏播或漏施；并可以消除泥泞环境下播种机或施肥机因可能的打滑而原地播种施肥现象；并可以根据水银角度传感器导通状态判断机具处于抬起或落下状态，据此可以控制在机具抬起时自动停转，以免在播种机或施肥机在调头或转弯时无效播种或施肥。

6)断电报警，以免漏播。为防止拖拉机蓄电池断电这样的小概率事件导致机手不察觉而大面积漏播事件发生，有必要专门为控制器采用双电池供电，即专门备用一块小容量蓄电池，将双电源输入控制器管理两路电源，再出到控制系统供电，确保控制器不断电，并将主电源断电信号实时报警，机手及时处理。

3、控制算法或各参数间逻辑关系

1)各施肥或播种管堵塞报警，同时停止施肥播种电机工作。

2)种子肥料低位或化肥肥料低位，报警，暂不停止电机工作，可设定其后检测过程中，如果某一路堵塞报警器在1秒内时间内某通道未检测到种子或化肥经过，则判断为种箱或肥箱中的种子或化肥存量已不足以继续工作。停止电机转运。并持续报警直到操作人员响应。

3)速度检测采用GPS模块，GPS模块的RS485口或RS485口与PLC通信通过Modbus协议通信，GPS模块数据格式为NMEA0183标准输出。采用其中的$GPRMC语句。

读取RMC参数中的所有数据，并利用其中速度信息调控电机转速。

4)播种步进电机及施肥步进电机的控制

采用86步进电机，由于两种电机的转速都不会太快，所以步进电机驱动器不必细分太多，暂设为1600步/转。

由于步进电机步距角为1.8°，选择驱动器细分数为8，则电机实际步距角&＝1.8°/8＝0.225°，电机转速ω＝&*K(K脉冲频率)。

5)在触摸屏上手动输入机具幅宽、播种通道数、每亩播量。PLC通过GPS获取速度。

并根据播种器每转播种量(可通过标定时设定转速、转固定时间如20秒或30秒，用电子秤称测量播种器下来的种子重量)，即可算出在某一转速时，机具前进单位长度时播种量，在已知机具幅宽的情况下，就可以算出此转速下的每亩播种量。同理也可在设定每亩播种量时，由此时的前进速度、播种器每转播种量，反推出电机转速。

a、播种步进电机控制算法：

令机具幅宽L、播种通道数n1、每亩播量Q1、前进速度V、播种步进电机转速ω1度/S；

标定时间定为30秒、标定时设定转速为60rpm，假定标定测得单个通道输出量为M1克。

则标定时间内电机转的圈数为：30*(60/60)＝30圈

每圈输出量为：M1/30克。

1亩地机具行进距离：667/L

1亩地播种时间：T＝667/L/V

Q1＝(ω1/360)*T*(M1/30)＝(ω1/360)*(667/L/V)*(n1*M1/30)则可反推出播种电机转速为：

ω1＝360*Q1*L*V*30/(667*n1*M1)度/S

即相应的脉冲输出频率K＝(ω1/360)*1600Hz

b、施肥步进电机控制算法

同理，令机具幅宽L、施肥通道数n₂、每亩施肥量Q₂、前进速度V、施肥步进电机转速ω₂；标定时间定为30秒、标定时转速为60rpm,标定测得单个通道输出量为M₂克。

可算出施肥电机转速：

ω₂＝360*Q2*L*V*30/(667*n2*M2)度/S

即相应的脉冲输出频率K＝(ω2/360)*1600Hz

采用GPS卫星测速，确保测速准确，从而保证了播种均匀性；另外播种机作业和非作业状态监测功能模块可以使卫星测速方式在各种特殊工况下都能正常工作，并且精确判断播种机的工作和非工作状态，根据实际情况实现自动启动和停止；种箱和肥箱料位监测及缺料报警功能可以在播种机种箱和肥箱的物料剩余较少时报警提醒驾驶员提前加种加肥，以免造成缺种缺肥。漏播漏施监测功能可以在排种和排肥部件堵塞时技术报警，提醒驾驶员排除故障。

(二)标定工作流程

1、输入参数：播种机正式开始工作前需要进行标定，标定时播种机处于停止、非工作状态。

2、启动：启动一键标定按钮，标定系统开始工作。(标定的原理是使排种排肥部件以常规作业转速转动固定的圈数，比如30圈，称量排下的种子或肥料质量，计算出排种排肥部件平均每圈排下的种子或肥料质量，进而调整播种机前进速度与排种或排肥电机转速的相互匹配关系，使种子在地面的分布达到预期的量，即达到预设的每亩播种量或施肥量)。

3、接种接肥称重：控制系统首先驱动“驱动电机”(如图1所示)，使电机按“反向”旋转，此时，作业行的排种排肥部件不工作，标定行的排种排肥部件工作。种子或肥料通过标定行的排种排肥部件落下，进入下方的接种接肥盒。称量排种排肥部件转动固定圈数(比如30圈)时接种接肥盒内接到的种子或肥料质量，即可标定出每转排种量或每转排肥量。

此处存在这个问题：现有的标定方法是这样来实施：排种排肥部件转动前，先把接种接肥的容器放在下面放好，然后使排种排肥部件转动固定圈数(比如30圈)，使排种排肥部件停止，种子或肥料全部掉下来后，取下接种接肥的容器，称量其中的种子或肥料质量。其实，排种排肥部件在启动或停止的阶段，排种排肥的速度不稳定，比如启动时，部件的速度是从零加速到稳定速度，有一个加速过程(虽然时间比较短)，这一过程中排种排肥量与稳定转动时每转排量是不同的。停止时与此类似。由于存在启动和停止两个阶段，所以标定过程中的接种量存在一定的误差。本控制系统的设计，读取重量时有意避开启动和停止两个阶段，只计算速度稳定时30圈的质量。本控制系统的设计，读取重量时有意避开启动和停止两个不稳定阶段，只计算速度稳定时30圈的质量。实现方式是：先让标定的排种排肥部件转动5圈(这5圈包括了从启动开始、经过一段速度稳定时间、再到完全停止)称重传感器记录容器及种子质量，并记入缓存。然后控制排种排肥部件自动停止一段时间(比如3秒)后，标定排种排肥部件再次启动以默认转速转动35圈，称重传感器称出时容器及种子质量，存入缓存，并以此质量减去前次5圈时的质量，则得出正常转速30圈排出的种子净质量。此质量已扣除容器质量，并已排除了电机起步及停止时转速不稳定形成的精度误差。系统自动将排种器30圈的种子净质量除以30，得到排种器1圈排种量，将1圈排种量记入缓存，并自动代入控制模型公式。

具体实现方式是：“驱动电机”驱动排种排肥部件转动5圈后停止，系统记录称重传感器在排种排肥部件转过5圈时的称重数值Q₁，停止一段时间后，排种排肥部件再启动转过35圈时停止，系统再次记录称重传感器的称重数值Q₂。排种排肥部件稳定转过30圈所排出的种子或肥料质量Q＝Q₂-Q₁。

4、计算调整：控制系统计算出Q的值，得出排种排肥部件每转排种量或每转排肥量，计算出要达到目标播种量和施肥量所需要的驱动电机的转速与机具前进速度的比例关系，对排种排肥驱动电机的工作时的转速控制参数进行调整，使播种量和施肥量达到预期目标。

5、接种接肥盒清空：为了下次继续标定工作正常进行，需要将接种接肥盒清空。驱动电机停止后，控制系统向卸料电机发出指令，卸料电机转动一定的圈数，通过卸料变速箱以后使卸料轴转动180圈，称重传感器和接种接肥盒跟随卸料轴一起转动，接种接肥盒口朝下，种子或肥料被排出。一段时间后(比如3秒钟)，种子或肥料已全部排出，控制系统向卸料电机发出指令，使卸料电机反向转动同样的圈数，系统恢复到初始状态。完成一个工作流程，等待下一次标定。

采用在线的方式进行标定，操作简单便捷。可以在较少的时间内完成标定，一键完成标定，无须人工称重、手动输入称重数据。同一驱动电机可以通过正转、反正的改变，自动实现在工作状态和标定状态的切换。接种接肥盒自动清空。可以通过算法控制实现高精度标定，排除电机起步和停止时转速不稳定对每转排种量的影响。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种播种机自动控制方法，其特征在于：

播种机自动控制系统包括：

可正反转动的动力部件具有双侧动力输出端；一侧通过第一传动单向轴承(2)与作业行排种排肥部件(1)连接，另一侧通过第二传动单向轴承(4)与标定用排种排肥部件(10)连接；所述第一传动单向轴承(2)与第二传动单向轴承(4)的锁止方向相反、自由转动方向相反；

设于排种排肥部件(10)下方的称重采集模块；

GPS定位行走速度采集模块；

所述动力部件带有自身的速度采集模块、播种步进驱动器；

CPU模块作为整个控制系统的控制中心，分别与GPS定位行走速度采集模块、速度采集模块、播种步进驱动器、称重采集模块信号连接；

分别于CPU模块连接的种/肥堵塞报警模块，缺种报警模块；

播种机自动控制方法依次包括：标定工作控制和运行工作控制；标定工作控制流程：

S1、输入参数：在标定控制终端输入目标播种量和施肥量；

S2、启动：使排种排肥部件(10)转动设定的圈数，称量排下的种子或肥料质量，自动计算获取排种排肥部件平均每圈排下的种子或肥料质量，进而调整播种机前进速度与排种或排肥电机转速的相互匹配关系；

S3、接种接肥称重：控制系统驱动动力部件，使动力部件按反向旋转，此时，作业行的排种排肥部件不工作，标定行的排种排肥部件工作；种子或肥料通过标定行的排种排肥部件落下，进入下方的接种接肥盒(9)；称量排种排肥部件转动设定圈数时接种接肥盒内接到的种子或肥料质量，即可标定出每转排种量或每转排肥量；

S4、计算调整：控制系统计算出设定旋转圈数下，种子或肥料质量的值，得出排种排肥部件每转排种量或每转排肥量，计算出要达到目标播种量和施肥量所需要的驱动电机的转速与机具前进速度的比例关系，对动力部件的工作时的转速控制参数进行调整，使播种量和施肥量达到预期目标；

运行工作控制流程：

A1、在控制终端输入播种施肥机具幅宽、播种通道数、施肥通道数，目标播种量和施肥量，播种机启动，此时控制系统通过检测GPS前进速度、机具抬起或落下状态、动力部件输出轴转速、种箱料位开关状态、肥箱料位开关状态；

A2、控制步进电机，开始进行播种施肥作业；

A3、控制系统按照以下设定程序进行监控：

A3a、若各种/肥堵塞报警模块报警，同时停止施肥播种电机工作；A3b、种子肥料低位或化肥肥料低位，报警，暂不停止电机工作，设定其后检测过程中：如果某一路堵塞报警器在1秒内时间内某通道未检测到种子或化肥经过，则判断为种箱或肥箱中的种子或化肥存量已不足以继续工作，停止电机转运，并持续报警直到操作人员响应；A3c、采用GPS定位行走速度采集模块进行速度监测，并对应调控动力部件的转速；

A3d、在触摸屏上手动输入机具幅宽、播种通道数、每亩播量； 控制系统通过GPS定位行走速度采集模块获取速度；并根据播种器每转播种量，算出在某一转速时，机具前进单位长度时播种量，在已知机具幅宽的情况下，算出此转速下的每亩播种量；

A3d1播种步进驱动器控制算法为：

令机具幅宽L、播种通道数n1、每亩播量Q1、前进速度V、播种步进电机转速ω1度/S；

标定时间定为30秒、标定时设定转速为60rpm，假定标定测得单个通道输出量为M1克；

则标定时间内电机转的圈数为：30*(60/60)＝30圈；

每圈输出量为：M1/30克；

1亩地机具行进距离：667/L；

1亩地播种时间：T＝667/L/V；

Q1＝(ω1/360)*T*(M1/30)＝(ω1/360)*(667/L/V)*(n1*M1/30)则可反推出播种电机转速为：

ω1＝360*Q1*L*V*30/(667*n1*M1)度/S

即相应的脉冲输出频率K＝(ω1/360)*1600Hz；

A3d2、施肥步进步进驱动器控制算法为：

令机具幅宽L、施肥通道数n2、每亩施肥量Q2、前进速度V、施肥步进电机转速ω2；标定时间定为30秒、标定时转速为60rpm,标定测得单个通道输出量为M2克；

算出施肥电机转速：

ω2＝360*Q2*L*V*30/(667*n2*M2)度/S

即相应的脉冲输出频率K＝(ω2/360)*1600Hz。

2.如权利要求1所述的播种机自动控制方法，其特征在于：还包括步骤S5：接种接肥盒清空：动力部件停止后，控制系统向卸料电机(7)发出指令，卸料电机(7)转动设定的圈数，通过卸料变速箱以后使卸料轴转动180圈，称重传感器和接种接肥盒跟随卸料轴一起转动，接种接肥盒口朝下，种子或肥料被排出；一段时间后，种子或肥料已全部排出，控制系统向卸料电机(7)发出指令，使卸料电机反向转动同样的圈数，系统恢复到初始状态； 完成一个工作流程，等待下一次标定。

3.如权利要求2所述的播种机自动控制方法，其特征在于：

步骤S3中，还具体包括以下步骤：

S3a：让标定的排种排肥部件转动X圈至稳定转速状态，称重传感器(8)记录容器及种子质量，并记入缓存；

S3b：控制排种排肥部件自动停止一设定时间后，标定排种排肥部件再次启动以默认转速转动Y圈，Y＞X；称重传感器称出时容器及种子质量，存入缓存，并以此质量减去前次X圈时的质量，则得出稳定转速下Y-X圈排出的种子净质量，所述净质量扣除容器质量；

S3c：控制系统将排种器(Y-X)圈的种子净质量除以(Y-X)，得到排种器1圈排种量，将1圈排种量记入缓存。

4.如权利要求3所述的播种机自动控制方法，其特征在于：所述X设定为5，Y设定为35；驱动电机驱动排种排肥部件转动5圈后停止，系统记录称重传感器在排种排肥部件转过5圈时的称重数值Q1，停止一段时间后，排种排肥部件再启动转过35圈时停止，系统再次记录称重传感器的称重数值Q2；排种排肥部件稳定转过30圈所排出的种子或肥料质量Q＝Q2-Q1。

5.如权利要求1所述的播种机自动控制方法，其特征在于：

还包括步骤S5：接种接肥盒清空：

驱动电机停止后，控制系统向卸料电机发出指令，卸料电机转动设定圈数，通过卸料变速箱以后使卸料轴转动180圈，称重传感器和接种接肥盒跟随卸料轴一起转动，接种接肥盒口朝下，种子或肥料被排出；

一段时间后，种子或肥料已全部排出，控制系统向卸料电机发出指令，使卸料电机反向转动与所述设定圈数同样的圈数，控制系统恢复到初始状态。

6.如权利要求1所述的播种机自动控制方法，其特征在于：播种机自动控制系统还包括与CPU模块连接的控制器，所述控制器采用触摸屏。

7.如权利要求1所述的播种机自动控制方法，其特征在于：所述种/肥堵塞报警模块采用光电式种肥堵塞报警器。

8.如权利要求1所述的播种机自动控制方法，其特征在于：所述动力部件为驱动电机(3)。

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