CN112889407B - 一种用于园艺景观播种的智能播种系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于园艺景观播种的智能播种系统，播种装置设在无人车平台上，播种驱动电机与播种装置传动连接，无人车平台内设有主控单片机，播种装置内设有播种单片机，主控单片机与播种单片机电连接，播种单片机与播种装置电连接；通过AutoCAD完成园艺景观播种的设计图，导出DWG格式文件，并通过MATLAB进行读取，编写MATLAB程序，识别播种施工范围的形状，得到最佳移动路径，并将移动路径信息发送至无人车平台上的主控单片机中，识别设计图各个区域的颜色，得出播种地点与播种类别信息，并将其发送至播种装置的播种单片机内；根据作业需求控制驱动电机的转动以及在指定位置开启指定类别的种仓，并根据不同种子对播种速度需求的不同，控制电机改变播种速度。

Description

一种用于园艺景观播种的智能播种系统

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体涉及一种用于园艺景观播种的智能播种系统。

背景技术

根据《城市园林绿化当前产业政策实施办法》“城市园林绿化是以丰富的园林植物，完整的绿地系统，优美的景观和完备的设施发挥改善城市生态，美化城市环境的作用，为广大人民群众提供休息、游览，开展科学文化活动的园地，增进人民身心健康。优美的园林景观和良好的城市环境又是吸引投资、发展旅游事业的基础条件。”随着人民日益增长的对美好生活的需要，人们对花田花海等绿化景观的需求也变得更加迫切。

相比于单一的草坪，具有图案(或文字)、造型独特的创意花田景观更受大家欢迎。所以与传统农业播种相比，花田景观对播种的精细度要求更高，边界精准与造型线条流畅是花田景观效果中重要的部分，但是目前仍完全依赖于人工与传统农业机械完成作业，实现大面积的创意花田景观的过程极其繁琐且误差较大。

目前市场上传统的电动播种机可以通过人工控制转向完成对农田的单一播种，但无法按照设计图要求实现全覆盖式移动，也无法进行精确定点播种和多种种子的快速切换，故无法满足花田景观的建设需求。

现有技术中的主要问题为：如何提高播种车定位精度，如何使无人车与播种装置结构最优化；如何使提取设计图信息的程序可以适用于多种类型的设计图。

发明内容

为此，本发明提供一种用于园艺景观播种的智能播种系统，以解决现有技术中的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，一种用于园艺景观播种的智能播种系统，包括无人车平台、主控单片机、播种驱动电机、播种装置以及播种单片机，所述播种装置安装在所述无人车平台上，所述播种驱动电机与所述播种装置传动连接，所述无人车平台内设置有所述主控单片机，所述播种装置内设置有所述播种单片机，所述主控单片机与所述播种单片机电连接，所述播种单片机与所述播种装置电连接；所述主控单片机用于控制所述无人车平台的转向、加速及倒车功能；通过AutoCAD完成园艺景观播种的设计图，导出DWG格式文件，并通过MATLAB进行读取，编写MATLAB程序，识别播种施工范围的形状，得到最佳移动路径，并将移动路径信息发送至所述无人车平台上的所述主控单片机中，识别设计图各个区域的颜色，得出播种地点与播种类别信息，并将其发送至所述播种装置的所述播种单片机内；采用差分GPS以及惯性导航模块，获取所述无人车平台的实时坐标，与移动路径中的下一个坐标点进行比对，获取理想移动方向，控制所述无人车平台转向，获取所述无人车平台的实时速度，调整车速，使其保持匀速；所述播种单片机根据作业需求控制所述驱动电机的转动以及控制所述播种装置在指定位置开启指定类别的种仓，并根据不同种子对播种速度需求的不同，控制电机改变播种速度，实现精准播种。

进一步地，控制所述无人车平台转向过程中，还采用电子罗盘获取实时方向，并与理想移动方向比对进行角度修复，保证所述无人车平台的移动精度。

进一步地，所述播种装置包括排种器、种箱、分隔板、选种板以及选种电机，所述排种器的上方设置有所述种箱，所述种箱与所述排种器入口的连接处设置有所述分隔板，所述分隔板上开设有多个种仓，所述分隔板的上方转动连接有所述选种板，所述选种板上开设有所述选种孔，所述选种板在所述选种电机的带动下旋转，从而实现所述选种孔与多个所述种仓中的任意一个对正。

进一步地，所述播种装置还包括限位弹簧和弹珠，所述选种板为圆板，所述选种板的外周侧开设有多个定位槽，所述限位弹簧的一端固定在所述分隔板的外边缘，所述限位弹簧的另一端设置有所述弹珠，所述弹珠抵接在其中一个所述定位槽内。

进一步地，所述排种器为外槽轮式排种器。

进一步地，还包括排种轴，所述播种装置为多个，多个所述播种装置的所述排种器共同安装在所述排种轴上，所述播种驱动电机通过链传动与所述排种轴传动连接。

进一步地，所述播种装置还包括播撒管，所述播撒管可拆卸连接在所述排种器的出口处，所述播撒管对播种作业过程中的种子进行导流。

进一步地，还包括路径检测模块，所述无人车平台上设置有所述路径检测模块，所述路径检测模块与所述主控单片机电连接。

进一步地，还包括移动终端和无线传输模块，所述无人车平台内设置有所述无线传输模块，所述移动终端通过所述无线传输模块与所述主控单片机无线电连接。

进一步地，还包括编码器，所述无人车平台的车轮处连接有所述编码器，所述编码器与所述主控单片机电连接，所述播种单片机根据所述主控单片机传输来的编码器信号控制所述播种装置的所述排种器转速。

本发明具有如下优点：通过本发明的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，减少人力资源消耗，无需人工操控即可实现目前繁琐的花田景观播种工作，降低人工成本，节省人力资源；操作简单，容易上手，无需专业知识，设计方只需给出景观设计图，即可命令智能播种车开展播种工作；本装置改变了传统花田建造模式，进行花田打印；实现了播种车可在设计图范围内沿规划路径自动驾驶；播种装置可以实现自动控制多类种子切换与定点播种。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一些实施例提供的一种用于园艺景观播种的智能播种系统的立体结构图。

图2为本发明一些实施例提供的一种用于园艺景观播种的智能播种系统的立体结构图。

图3为本发明一些实施例提供的一种用于园艺景观播种的智能播种系统的俯视图。

图4为本发明一些实施例提供的一种用于园艺景观播种的智能播种系统的剖面图。

图5为本发明一些实施例提供的一种用于园艺景观播种的智能播种系统的局部结构图。

图中：1、排种器，2、种箱，3、选种板，4、播撒管，5、选种孔，6、限位弹簧，7、排种轴，8、分隔板，9、种仓，10、定位槽。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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做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。

如图1至图5所示，本发明第一方面实施例中的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，包括无人车平台、主控单片机、播种驱动电机、播种装置以及播种单片机，播种装置安装在无人车平台上，播种驱动电机与播种装置传动连接，无人车平台内设置有主控单片机，播种装置内设置有播种单片机，主控单片机与播种单片机电连接，播种单片机与播种装置电连接；主控单片机用于控制无人车平台的转向、加速及倒车功能；通过AutoCAD完成园艺景观播种的设计图，导出DWG格式文件，并通过MATLAB进行读取，编写MATLAB程序，识别播种施工范围的形状，得到最佳移动路径，并将移动路径信息发送至无人车平台上的主控单片机中，识别设计图各个区域的颜色，得出播种地点与播种类别信息，并将其发送至播种装置的播种单片机内；采用差分GPS以及惯性导航模块，获取无人车平台的实时坐标，与移动路径中的下一个坐标点进行比对，获取理想移动方向，控制无人车平台转向，获取无人车平台的实时速度，调整车速，使其保持匀速；播种单片机根据作业需求控制驱动电机的转动以及控制播种装置在指定位置开启指定类别的种仓，并根据不同种子对播种速度需求的不同，控制电机改变播种速度，实现精准播种。

此外，进行整机的试验、测评和改进：装置整体搭建、编码完成后，进行实地试验，并对实际播种效果进行测评；根据反馈数据，调整装置参数、改进装置结构，使其可以更出色的完成播种任务。

在上述实施例中，需要说明的是，通过信息获取、程序设计与机械控制完成花田景观播种功能。智能播种车是一个综合的集成系统，分为感知层、决策层和执行层三部分，感知层包括多路传感器数据采集和设计图信息读取。决策层通过MATLAB和Arduino程序处理感知层提供的信息，下发决策指令给执行层。最终由执行层完成移动与播种工作。

进一步地，全覆盖式路径规划方法：确定无人车要进行的全覆盖式移动的范围，在范围的外围边缘选取多个边界点；获取边界点的经纬度坐标，将经纬度坐标换算成单位长度相等的横纵坐标；取边界点与覆盖式飞行范围中心点的连线，无人车在连线上进行螺旋移动，直至完全覆盖所有范围；或通过相邻两个边界点进行连线，求出所选范围横向移动长度，在横向移动长度上取等分点与边界点连线得到交点，连接交点进行蛇形移动，直至覆盖所有范围；将依次连接的各点的坐标取出，存储并发送给无人车上的Arduino，实现无人车的全覆盖式路径规划。

上述实施例达到的技术效果为：通过本实施例的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，减少人力资源消耗，无需人工操控即可实现目前繁琐的花田景观播种工作，降低人工成本，节省人力资源；操作简单，容易上手，无需专业知识，设计方只需给出景观设计图，即可命令智能播种车开展播种工作；本装置改变了传统花田建造模式，进行花田打印；实现了播种车可在设计图范围内沿规划路径自动驾驶；播种装置可以实现自动控制多类种子切换与定点播种。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，控制无人车平台转向过程中，还采用电子罗盘获取实时方向，并与理想移动方向比对进行角度修复，保证无人车平台的移动精度。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，播种装置包括排种器1、种箱2、分隔板8、选种板3以及选种电机，排种器1的上方设置有种箱2，种箱2与排种器1入口的连接处设置有分隔板8，分隔板8上开设有多个种仓9，分隔板8的上方转动连接有选种板3，选种板3上开设有选种孔5，选种板3在选种电机的带动下旋转，从而实现选种孔5与多个种仓9中的任意一个对正。

在上述优选的实施例中，需要说明的是，设计播种装置时，查阅相关文献及专利，对市场现有播种装置进行调研，借鉴市面上的产品，通过solidworks构建播种装置模型，进行仿真模拟分析，完善播种装置功能，达到定点播种、多仓切换、可控出种的设计要求；通过够买、3D打印等方式，加工获得播种装置。

上述优选的实施例的有益效果为：通过本实施例的播种装置，实现了不同类型种子的精确播种。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，播种装置还包括限位弹簧6和弹珠，选种板3为圆板，选种板3的外周侧开设有多个定位槽10，限位弹簧6的一端固定在分隔板8的外边缘，限位弹簧6的另一端设置有弹珠，弹珠抵接在其中一个定位槽10内。

需要说明的是，定位槽10绕选种板3的外周侧等间隔分布，定位槽10的数量可与种仓9的数量相同。

上述优选的实施例的有益效果为：通过设置限位弹簧6和弹珠，实现了对选种板3转动后的位置的锁定。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，排种器1为外槽轮式排种器。

上述优选的实施例的有益效果为：通过采用外槽轮式排种器，显著降低了加工成本。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括排种轴7，播种装置为多个，多个播种装置的排种器1共同安装在排种轴7上，播种驱动电机通过链传动与排种轴7传动连接。

在上述优选的实施例中，需要说明的是，排种轴7为圆轴或六方轴。

上述优选的实施例的有益效果为：通过设置共同的排种轴7，实现了多个播种装置共用一个播种驱动电机，减少了加工成本，保证了各个播种装置排种的一致性。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，播种装置还包括播撒管4，播撒管4可拆卸连接在排种器1的出口处，播撒管4对播种作业过程中的种子进行导流。

上述优选的实施例的有益效果为：通过设置播撒管4，避免了种子下落产生的弹跳现象。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括路径检测模块，无人车平台上设置有路径检测模块，路径检测模块与主控单片机电连接。

上述优选的实施例的有益效果为：实现了对无人车平台的路径的检测和导向作用。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括移动终端和无线传输模块，无人车平台内设置有无线传输模块，移动终端通过无线传输模块与主控单片机无线电连接。

在上述优选的实施例中，需要说明的是，例如，移动终端为手机等。

上述优选的实施例的有益效果为：通过移动终端的设置，实现了对装置的远距离无线操控。

优选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括编码器，无人车平台的车轮处连接有编码器，编码器与主控单片机电连接，播种单片机根据主控单片机传输来的编码器信号控制播种装置的排种器1转速。

上述优选的实施例的有益效果为：通过设置编码器，提高了播种的均匀度，实现了播种速度随着无人车平台速度的改变而改变，保证了株距的一致性。

具体的，种箱由固定件与播种车连接，底板具有一定倾斜度，便于种子流动，防止滞留情况；由可拆卸隔板将种箱分隔成1～4个种仓，底部开四圆孔，对应不同种仓，另有一开孔圆板选种器置于种箱底部，该选种器通过Arduino及伺服电机控制旋转，由弹簧和弹珠组成的锁止结构辅助圆板完成对准定位，实现不同种子的出仓；排种轴为圆轴整体式，轴与外槽轮用销固定，外槽轮装在箱体内，侧壁与箱体切合，能有效挡住种子泄露；排种时，由Arduino控制的电机带动固连在排种轴上的齿轮，实现排种轴和槽轮的转动，车走即播，车停即停，于交界处避免种子混合，于边界处避免种子浪费，有效提高播种精度；并可通过控制电机转速改变排种槽轮的转速，以适应不同种子对排种速度的要求；播撒管对种子进行一定程度的导流，保证种子平顺落地。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (8)

1.一种用于园艺景观播种的智能播种系统，包括无人车平台、主控单片机、播种驱动电机、播种装置以及播种单片机，其特征在于，所述播种装置安装在所述无人车平台上，所述播种驱动电机与所述播种装置传动连接，所述无人车平台内设置有所述主控单片机，所述播种装置内设置有所述播种单片机，所述主控单片机与所述播种单片机电连接，所述播种单片机与所述播种装置电连接；

所述主控单片机用于控制所述无人车平台的转向、加速及倒车功能；

通过AutoCAD完成园艺景观播种的设计图，导出DWG格式文件，并通过MATLAB进行读取，编写MATLAB程序，识别播种施工范围的形状，得到最佳移动路径，并将移动路径信息发送至所述无人车平台上的所述主控单片机中，识别设计图各个区域的颜色，得出播种地点与播种类别信息，并将其发送至所述播种装置的所述播种单片机内；

采用差分GPS以及惯性导航模块，获取所述无人车平台的实时坐标，与移动路径中的下一个坐标点进行比对，获取理想移动方向，控制所述无人车平台转向，获取所述无人车平台的实时速度，调整车速，使其保持匀速；

所述播种单片机根据作业需求控制所述驱动电机的转动以及控制所述播种装置在指定位置开启指定类别的种仓，并根据不同种子对播种速度需求的不同，控制电机改变播种速度，实现精准播种；

所述播种装置包括排种器(1)、种箱(2)、分隔板(8)、选种板(3)以及选种电机，所述排种器(1)的上方设置有所述种箱(2)，所述种箱(2)与所述排种器(1)入口的连接处设置有所述分隔板(8)，所述分隔板(8)上开设有多个种仓(9)，所述分隔板(8)的上方转动连接有所述选种板(3)，所述选种板(3)上开设有选种孔(5)，所述选种板(3)在所述选种电机的带动下旋转，从而实现所述选种孔(5)与多个所述种仓(9)中的任意一个对正；

所述播种装置还包括限位弹簧(6)和弹珠，所述选种板(3)为圆板，所述选种板(3)的外周侧开设有多个定位槽(10)，所述限位弹簧(6)的一端固定在所述分隔板(8)的外边缘，所述限位弹簧(6)的另一端设置有所述弹珠，所述弹珠抵接在其中一个所述定位槽(10)内。

2.根据权利要求1所述的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，其特征在于，控制所述无人车平台转向过程中，还采用电子罗盘获取实时方向，并与理想移动方向比对进行角度修复，保证所述无人车平台的移动精度。

3.根据权利要求1所述的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，其特征在于，所述排种器(1)为外槽轮式排种器。

4.根据权利要求1所述的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，其特征在于，还包括排种轴(7)，所述播种装置为多个，多个所述播种装置的所述排种器(1)共同安装在所述排种轴(7)上，所述播种驱动电机通过链传动与所述排种轴(7)传动连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，其特征在于，所述播种装置还包括播撒管(4)，所述播撒管(4)可拆卸连接在所述排种器(1)的出口处，所述播撒管(4)对播种作业过程中的种子进行导流。

6.根据权利要求1所述的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，其特征在于，还包括路径检测模块，所述无人车平台上设置有所述路径检测模块，所述路径检测模块与所述主控单片机电连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，其特征在于，还包括移动终端和无线传输模块，所述无人车平台内设置有所述无线传输模块，所述移动终端通过所述无线传输模块与所述主控单片机无线电连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于园艺景观播种的智能播种系统，其特征在于，还包括编码器，所述无人车平台的车轮处连接有所述编码器，所述编码器与所述主控单片机电连接，所述播种单片机根据所述主控单片机传输来的编码器信号控制所述播种装置的所述排种器(1)转速。

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