CN113366298A - 颗粒计数设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，通过第一LED发射器阵列跨通道产生第一光平面。对应的光电二极管接收器阵列检测通过构成第一光平面的第一数量的光通道的颗粒。在第二实施例中，通过第二LED发射器阵列，与第一光平面成90°，并且纵向偏离第一光平面地跨通道产生第二光平面。对应的光电二极管接收器阵列检测通过构成第二光平面的第二数量的光通道的颗粒。第二光平面能够识别在通过第一光平面时可能未被检测到的第三维度的颗粒。由各个光电二极管产生的原始输出信号被归一化、分析并表征，以将通过光平面的颗粒区分为单个颗粒或将被单独计数的重叠颗粒组。

Description

颗粒计数设备、系统和方法
背景技术
当操作气力播种机时，特别是当以高施用速率施用产品，比如小种子(例如油菜籽、亚麻、小米、燕麦、小麦、黑麦、大麦等)时，产品通常以基本连续的产品流通过分配管线流到每个行单元(row unit)。从而，应意识到的是，为了获得精确的种子计数，需要一种感测系统，该感测系统能够检测和计数同时通过分配管线的多个种子，同时将种子和可能与种子一起通过分配管线的碎屑区分开。
附图说明
图1A是沿通道布置的颗粒计数器组件的单阵列实施例的透视图。
图1B是沿通道布置的颗粒计数器组件的双阵列实施例的透视图。
图2A是沿图1A的线2A-2A观察的单阵列颗粒计数器组件的横截面视图。
图2B是沿图1B的线2B-2B观察的双阵列颗粒计数器组件的横截面视图。
图3A是通过颗粒计数器组件的第一光平面的图2A或2B中所示的种子的原始电压信号的表示。
图3B是在图3A的原始电压信号被反相和归一化之后的归一化输出信号输出(NOS)扫描的表示。
图4是用于识别图3B的NOS扫描的开始状态和停止状态，以便定义和标记主事件(Master Event)的处理的逻辑流程图。
图5是用于在图3B的NOS扫描中识别低谷单元的处理的逻辑流程图。
图6是用于拆分主事件并标记拆分事件的处理的逻辑流程图。
图7是表示主事件的标记的图3B的NOS扫描的表示。
图8A是在第一低谷列的标识之后的主事件的拆分和拆分事件的标记的表示。
图8B是在第二低谷列的标识之后的主事件的进一步拆分和拆分事件的进一步标记的表示。
图8C是在第二低谷列的标识之后的主事件的进一步拆分和拆分事件的进一步标记的表示。
图9是用于表征主事件的处理的逻辑流程图。
图10A是总结用于分析从单阵列的光平面产生的组，以获得最终的种子计数和种子速度，以便输出和显示的处理的示图。
图10B是总结用于比较从双阵列实施例的每个光平面产生的组，以获得最终的种子计数和种子速度，以便输出和显示的处理的示图。
图11是常规气力播种机的实施例的侧视图。
图12是图11的气力播种机的示意图，其中颗粒计数器组件沿着气力播种机的分配管线布置。
图13是单体种植机的行单元的侧视图，其中颗粒计数器组件布置在行单元的种子管上。
图14是监测系统的实施例的示意图，表示了与颗粒计数器组件和可以与图11的气力播种机或图13的单体种植机一起使用的其他组件的数据通信。
图15是用于设置监测系统，控制气力播种机或单体种植机，以及存储和映射操作数据的处理的实施例。
具体实施方式
参见附图，其中贯穿多个附图，相同的附图标记指示相对或对应的部分，图1A是图解说明沿颗粒通过的管或通道202的一段布置的单阵列颗粒计数器组件200A的一个实施例的放大透视图。图2A是沿图1A的线2A-2A观察的颗粒计数器200A和通道202的横截面视图。
图1B是图解说明被示出为沿颗粒通过的管或通道202的一段布置的双阵列颗粒计数器组件200B的一个实施例的放大透视图。图2B是沿图1B的线2B-2B观察的穿过颗粒计数器200B和通道202的横截面视图。
贯穿本说明，附图标记200一般用于指示颗粒计数器组件200A或200B，除非特定描述仅仅涉及实施例中的一个，这种情况下，当仅讨论单阵列实施例时，将使用附图标记200A，而当仅讨论双阵列实施例时，将使用附图标记200B。
应意识到的是，颗粒可以由气流携带通过通道202，或者可以借助重力通过通道202下落。例如，颗粒计数器组件200可以如图11和12中所示布置在气力播种机10(后面讨论)的分配管线58中，或者如图13中所示沿着单体种植机300(后面讨论)的行单元的种子管332布置。在这样的应用中，颗粒计数器组件200用于检测和计数种子的通过。在一些气力播种机中，种子和肥料(或其他农业输入)一起通过分配管线58，从而颗粒计数器组件200可以区分种子与其他农业输入，从而只对种子进行计数。颗粒计数器组件还可以区分种子和通过气力播种机10的气力播种机分配管线58或单体种植机300的种子管332的灰尘或其他碎屑，从而只对种子进行计数。另外，在这样的应用中，颗粒计数器组件200可以用于表征颗粒，以便区分“优良种子”和种子碎片，以便只对预期会发芽的“优良种子”进行计数。虽然气力播种机和单体种植机是颗粒计数器组件200的应用的两个示例性例子，不过应意识到的是，颗粒计数器组件200可以用于希望对通过管或通道的颗粒进行计数，以只对通过管或通道的某些类型的颗粒进行检测和计数的任何其他农业，工业或商业应用。
在图1A和2A中图解所示的颗粒计数器组件200A的单阵列实施例中，跨通道202产生单一光平面210-1。单一光平面210-1由布置在位于通道202一侧的发射器外壳214-1内的LED发射器阵列212-1产生。在通道202的相对侧并且直接与LED发射器阵列212-1相对的是布置在接收器外壳218-1内的对应接收器阵列216-1。
在图1B和2B中图解所示的颗粒计数器组件200B的双阵列实施例中，跨通道202产生两个不同的光平面210-1、210-2，其中光平面210-1、210-2沿通道202纵向彼此偏移距离“D”，使得颗粒将依次通过第一光平面210-1，然后通过第二光平面210-2。每个光平面210-1、210-2由相应的LED发射器阵列212-1、212-2产生，其中每个阵列布置在相应的发射器外壳214-1、214-2内，发射器外壳214-1、214-2位于通道202的两侧，围绕通道202的纵轴204相对于彼此成90°定向，以便三维地检测颗粒的通过。在通道202的相对侧并且直接与相应的LED阵列212-1、212-2中的每一个相对的是对应接收器阵列216-1、216-2，其中每个接收器阵列216-1、216-2布置在相应的接收器外壳218-1、218-2内。
在阵列实施例200A、200B任意一个中，如果适用的话，LED阵列212-1、212-2包括一排间隔紧密的LED发射器220，每个LED发射器220产生跨通道202的宽度或直径的光束或光通道222。如果适用的话，相应的接收器阵列216-1、216-2包括对应数量的间隔紧密的光电二极管接收器224，光电二极管接收器224接收相对的LED发射器220的光束或光通道222。在一个实施例中，光电二极管接收器224和LED发射器220直接彼此对准，使得它们之间的线垂直于光电二极管接收器224和LED发射器220中的每一个。在其他实施例中，所述线不是垂直的。
在两个实施例200A、200B中，第一LED阵列212-1被表示成具有12个LED发射器220，所述12个LED发射器220产生跨通道202的宽度或直径延伸的光束或光通道222(标记为Cl-Cl2)。在双阵列实施例200B中，第二LED阵列212-2也被表示成具有12个LED发射器，所述12个LED发射器产生跨通道202的宽度延伸且垂直于第一LED阵列212-1的光通道C1-C12的光束或光通道222(标记为C13-C24)。如果适用的话，每个对应的接收器阵列216-1、216-2被表示成具有12个对应的光电二极管224。应意识到的是，可以使用具有更大或更小间隔的更多或更少的LED发射器和光电二极管接收器。还应意识到的是，取决于特定应用，包括通道202的宽度或直径和通过通道202的待检测颗粒的尺寸，以及本领域技术人员所认识到的各种其他因素，可以使用具有更宽或更窄的光束角和光强度的LED。仅仅作为例子，在用于检测通过气力播种机10的分配管线58的种子的应用中，合适的LED发射器可以是可从BivarInc.获得的光束角为30°的SM1206NHC-IL LED发射器，同时LED发射器220间隔0.08英寸(0.2cm)，合适的光电二极管224可以是可从Vishay Intertechnology，Inc.获得的间隔可以为0.08英寸(0.2cm)的TEMD7000X01光电二极管。在双阵列实施例200B中，光平面210-1，210-2之间的适当纵向偏移距离“D”可以是0.125英寸(0.32cm)，在0.05～1英寸(0.13～2.5cm)之间，或者在0.1～0.5英寸(0.2cm～1.3cm)之间。
图2A和2B用于表示通过通道202，比如气力播种机10的分配管线58的一组种子S1-S5的快照。应意识到的是，在气力播种机应用中，种子携带在气流中，以相对较高的速度速率在基本连续的流中通过分配管线58(特别是当以高施用速率播种诸如油菜籽、亚麻、小米、燕麦、小麦、黑麦、大麦等的小种子时)，从而为了简单起见，提供图2A或2B中的一组种子的快照图解，以说明由通过单光平面210-1或双光平面210-1、210-2的该组种子所产生的图3A中所示的信号的扫描，以及如后讨论的为了分析信号以便计数和表征种子而进行的其他处理。虽然下面的描述涉及种子，以便解释气力播种机或单体种植机应用中的处理，不过应意识到的是术语“种子”只是用作例子，因此术语“种子”应被理解为可以与术语“颗粒”互换。
操作
本领域已知，光电二极管消耗光能以产生电流，其中电压与光强度成比例地增加。从而，应意识到的是，当颗粒通过由LED发射器220产生的光通道222时，对准的光电二极管224将暂时“被遮蔽”，导致信号电压输出的下降。在颗粒通过光通道222之后，使得光通道完全畅通，光电二极管224的输出信号将恢复到其最大强度。
单光平面210-1或双光平面210-1、210-2的光电二极管224的输出信号由控制器110接收，并存储在存储器中以供进一步处理。控制器110可以是种子监测系统100(后面讨论)的一部分。如后所述，控制器110可以布置在牵引气力播种机10或单体种植机300的拖拉机的驾驶室中。
图3A表示当一组种子S1-S5通过第一光平面210-1(即，通道C1-C12)时，由光电二极管224产生并由控制器110记录的“原始”电压信号(Vraw)的快照。控制器110通过一系列数据扫描中将与每个光通道222关联的每个光电二极管224的输出信号记录在顺序的数据单元中，每个顺序的数据单元用于平行(即，成行或成列)排列的每个光通道222。在图3A的例子中，快照包括一系列的50个数据收集循环或扫描，其中每行对应于用于按列组织的每个光通道222(C1-C12)的一个数据收集循环或扫描。应意识到的是，输出信号或者可以被替换地安排成数据扫描按顺序的列组织，而光通道222按行组织。仅仅作为例子，数据可以由控制器110以10kHz收集或扫描，但是可以取决于待检测和计数的颗粒的大小和通过速率以更高或更低的频率收集。尽管未图示，不过应意识到的是，对于双阵列实施例200B，当种子S1-S5通过与第一光平面210-1成90°定向的第二光平面210-2(即，通道C13-C24)时，控制器110将产生和收集一组相似的原始电压数据。
数据归一化处理
一旦控制器110收集Vraw信号并将其存储在存储器中，控制器110就运行软件程序101，以将Vraw信号反相和“归一化”成在0和1之间的值(无单位)。图3B表示在使用下面描述的处理反相和归一化Vraw信号之后的图3A的相同快照，下面称为“归一化输出信号”或“NOS”。Vraw信号被反相和归一化，使得当光通道222处于其最大光强度(即，未被通过的种子遮挡)时，信号值为0。当光通道222处于其最低光强度(即，完全被通过的种子遮挡)时，信号值为1。从而，0和1之间的信号值指示光通道222被通过的种子部分遮挡。
为了反相和归一化通道C1-C12的如图3A中所示的原始信号电压(Vraw)，以产生通道C1-C12的如图3B中所示的NOS数据，使用以下等式：
Figure BDA0003191108920000061
其中：NOS＝归一化输出信号
Vraw＝实际检测的光通道222的电压
Vb＝当光通道222被遮挡时的平均电压
Vu＝当光通道222未被遮挡时的平均电压
值Vb可被设定为常数(例如，0.025伏)，或者Vb可以是各个光电二极管224在其对应的LED发射器216被关闭的情况下的电压输出的平均值。
值Vu可以是当没有颗粒通过相应的光通道222(例如，C1-C12)时，每个光电二极管224的Vraw数据的100次扫描的运行中的先入先出(FIFO)缓冲区，其中从前次扫描到当前扫描Vraw电压的变化小于±0.01伏。
应意识到的是，对于双阵列实施例200B，产生通道C13-C24的NOS数据的处理与上面关于通道C1-C12描述的处理相同。
参见图2，从最早(最低)的种子到最晚(最高)的种子，种子被编号为S1-S5。当最早的单一种子S1通过第一光平面201-1时，如图3B中所示产生NOS值，作为跨一系列的列(本例中的通道C2-C4)并且跨一系列的扫描行(本例中的行3-17)的值为0.1～1的一小簇连接的单元。应注意的是最早的扫描(即，扫描行1)在图3A和3B的底部。继续参见图2，当一组种子S2-S5(它们彼此很靠近，并且种子S2、S3以及种子S2、S4和种子S4、25重叠或接触)通过第一光平面210-1时，如图3B中所示产生NOS值，作为跨一系列的列(本例中的通道C4-C10)并且跨一系列的扫描行(本例中的行15-48)的值为0.2～1的一大簇连接的单元。0.2～1之间的每簇NOS值被称为“主事件”。从而，应意识到的是，主事件可以包含单粒离散种子(比如种子S1)，或者主事件可以包含很靠近地通过光平面210-1的多粒种子(比如种子S2-S5)。对于双阵列实施例200B，对于顺序通过第二光平面210-2的通道C13-C24的种子，将产生类似的一组主事件(未图示)。
识别主事件
一旦产生NOS数据，控制器110就利用软件程序101来分析NOS数据，以识别单元簇，并使每个单元簇与唯一的标识关联，以便进行如后所述的进一步处理。为了区分单元簇并将每个单元簇关联为不同的主事件，对NOS数据进行分析，以识别每个通道C1-C12何时首次出现具有大于预定最小值(例如，0.15)的NOS值的单元，该首次出现指示种子开始通过该通道(即，“开始状态”)，以及每个通道C1-C12何时最后出现具有大于预定最小值(例如0.15)的值的NOS单元，该最后出现指示该种子已经通过该通道(即“停止状态”)。在开始状态和停止状态之间跨所有列的所有直接连接的单元构成单一单元簇并定义单一主事件。应意识到的是，对于双阵列实施例200B，用于区分单元簇和将每个单元簇关联为通道C13-C24的不同主事件的处理与上面关于通道C1-C12所述的处理相同。
开始/停止状态标识处理
为了识别每个列通道的开始状态和每个列通道的停止状态，控制器110的软件程序101执行图4的开始/停止状态标识处理400。为了方便讨论，仅讨论通道Cl-Cl2的NOS值。对于双阵列实施例200B，对通道C13-C24进行相同的处理。
参见图4，在初始步骤402，为特定通道分析的NOS数据单元，即，当前NOS单元(NOS-c)，被读取并存储在存储器中，并且被初始假定为处于停止状态，直到如本文中所述另外定义为止。在步骤404，读取该通道的紧接在前的NOS单元(NOS-p)并存储在存储器中。在步骤406，读取该通道的紧接在后的NOS单元(NOS-f)并存储在存储器中。在步骤408，通过从NOS-c单元的值中减去NOS-p单元的值，计算该通道的后顾增量(Look Behind Delta)(Delta-lb)。计算的Delta_lb被存储在存储器中。
在步骤410，通过从NOS-f单元的值中减去NOS-c单元信号的值,计算该通道的前瞻增量(Look Ahead Delta)(Delta-la)。Delta-la值被存储在存储器中。在步骤412，搜索存储器以识别来自前次循环的NOS-p单元的关联状态(即，开始状态或停止状态)。如果NOS-p单元处于停止状态(即，步骤412的回答为真)，程序前进到步骤414。
在步骤414，如果Delta-lb值大于0.1(即，等式为真)，那么在步骤420，将NOS-c单元关联为处于开始状态，并将关联的状态记录在存储器中。程序随后将跳转到步骤430，以循环到同一扫描行中下一列中的下一个NOS单元。应意识到的是，当程序跳转到同一行的下一列中的下一个NOS单元时，在前一个循环中是NOS-f单元的单元现在变成新循环中的NOS-c单元。同样，在前一个循环中是NOS-c单元的单元现在变成新循环中的NOS-p单元。回到步骤414，如果步骤414中的等式为假，那么在步骤418进一步分析NOS-c信号。
在步骤418，如果NOS-c值大于0.15伏(即，等式为真)，那么在步骤420，将NOS-c单元关联为处于开始状态，并将关联的状态记录在存储器中。程序随后将跳转到步骤430，以循环到同一扫描行中下一列的下一个NOS单元。然而，如果步骤418中的等式为假，那么程序前进到步骤430，以循环到同一扫描行中下一列的下一个NOS单元。
返回步骤412，如果NOS-p单元不处于停止状态(即，步骤412的回答为假)，那么程序前进到步骤422。在步骤422，如果NOS-p单元处于开始状态(即，步骤422的回答为真)，那么程序前进到步骤424。在步骤424中，如果Delta-lb值小于-0.2且Delta-la值小于-0.012(即，等式为真)，那么在步骤428，将NOS-c单元关联为处于停止状态，并将其关联状态记录在存储器中。程序随后将跳转到步骤430，以循环到同一扫描行中下一列的下一个NOS单元。然而，如果步骤424的等式为假，则在步骤426进一步分析NOS-c单元。
在步骤426，如果NOS-c单元的值小于0.15伏(即，等式为真)，那么在步骤428，将NOS-c单元关联为处于停止状态，并将其关联状态记录在存储器中。程序随后将跳转到步骤430，以循环到同一扫描行中下一列的下一个NOS单元。然而，如果步骤426的等式为假，那么程序随后将跳转到步骤430，以循环到同一扫描行中下一列的下一个NOS单元。
对行中跨所有列通道(C1-C12)的每个单元重复该处理。当完成一个扫描行时，程序跳转到下一个扫描行，并对该行中跨所有列(C1-C12)的每个单元重复该处理，依此类推，从而识别每个开始状态和每个停止状态。
一旦对于每个列通道，识别了开始状态单元和停止状态单元，就将该列内从开始状态单元到停止状态单元的所有单元关联为列簇。另外，随后将由至少一个单元直接连接的所有列簇关联为主事件的一部分。构成该主事件的所有单元随后被分配由程序生成的唯一主事件标签，并存储在存储器中以供稍后参考(后面讨论)。例如，唯一主事件标签可以是整数，并且每个随后的主事件可以被分配下一个顺序整数，使得每个主事件具有以一个整数为增量的唯一标识符。
例如，如图3B中所示，在最早的开始单元(即，最低的开始单元)之后的一簇直接邻接单元定义该扫描中的第一主事件。如图7所示，构成该主事件的所有邻接单元都用整数999标记。在下一个最早的开始单元之后的下一簇直接邻接单元定义下一个主事件，并且构成该主事件的每个邻接单元在图7中被表示为用下一个顺序的整数1000标记。
对于双阵列实施例200B，对于相对于第二光平面210-2的通道C13-C24的NOS数据扫描重复相同的处理。如后所述，应意识到的是，第二光平面210-2(其与第一光平面210-1成90°定向)可导致由于在第二光平面210-2的二维扫描中种子的邻近性和重叠关系的差异，而产生识别的种子簇的差异的NOS数据扫描。从而，由于当沿第二光平面210-2的定向“观察”时，在关于种子簇的开始/停止标识处理400期间识别的开始状态和停止状态之间的差异，种子簇的这些差异可能导致主事件的编号的差异。在后面讨论的组比较处理900A、900B期间考虑这些差异。
主事件分析
为了获得精确的种子计数，通过图5的主事件分析处理500，进一步分析NOS数据的扫描，以判定主事件是否对应于单粒种子，或者主事件是否包含一粒或多粒种子。主事件分析处理500包含两个子处理：(A)“低谷列”的标识，以判定主事件是否需要被进一步划分或拆分成单独的事件；和(B)用唯一标识符标记每个单独的事件，以供以后参考。主事件分析处理500(及其每个子处理)由监测系统100(后面讨论)的控制器110通过软件程序101进行。为了描述主事件分析处理500(及其每个子处理)，仅讨论通道C1-C12的扫描。不过，应意识到的是对于双阵列实施例200B，对于通道C13-C24进行相同的处理500。
A.低谷列标识处理
“低谷列”是NOS单元的值比紧接在所分析的当前NOS单元的左侧和右侧的NOS单元的值低的地方。通常，当在相邻列中的两个高值NOS单元之间识别到较低的NOS值时，暗示两粒种子以彼此非常接近的并排关系或者以部分重叠的关系通过光平面210-1。例如，如果由两粒种子的通过所产生的信号电压簇被认为是山或高原，那么低谷列是区分这两粒种子的山或高原之间的山谷。低谷列只包括NOS数据的扫描内的，连接所分析的当前NOS单元(NOS-c)的左侧和右侧的构成主事件的单元簇的单元。参见图3B的NOS数据扫描，在主事件999中没有低谷列，但是在主事件1000中示出了三个低谷列1000A、1000B、1000C。由于在主事件1000中存在低谷列，因此主事件1000需要被划分为单独的事件，如后面将在主事件拆分和标记处理600中所述，不过下面首先说明识别低谷列的处理。
参见图3B和图5的逻辑流程图，在移动到下一个扫描行之前，通过分析跨通道列(C1-C12)的每个扫描行的每个单元来识别低谷列。在初始步骤502，首先判定所分析的NOS单元(即，当前NOS单元(NOS-c))，以及紧接在其左侧的NOS单元(NOS-l)和紧接在其右侧的NOS单元(NOS-r)是否与主事件关联(如上所述)。如果NOS-c单元先前没有与主事件关联，则程序跳转到步骤530，以分析同一扫描行中下一列的下一个NOS单元。如果步骤502的回答为真，那么程序前进到步骤504，并分析NOS数据扫描以识别该列中在停止单元之后的第一个开始单元，从而判定在该列中的识别出的开始单元之后直到NOS-c单元为止的任何NOS单元是否已被标记为低谷单元(如下所述)。如果步骤504的回答为假，那么程序跳转到步骤530。如果步骤504的回答为真，那么程序前进到步骤506。
例如，参见图3B，假设通道或列5中在扫描行23处的单元(以下称作r26:c5)是所分析的当前单元(即NOS-c单元)。在步骤502，NOS-c单元r26:c5先前与主事件标签1000关联，并且紧接在其右侧的单元(即，在r26:c6的NOS-r单元)先前也与主事件标签1000关联。然而，紧接在其左侧的单元(即，NOS-1单元r26:c4)不与任何主事件关联，从而步骤502的回答为假，程序跳转到步骤530，前进到同一行中下一列的下一个单元。应意识到的是，如果在NOS-c单元右侧或左侧的单元不与同一主事件关联，那么NOS-c单元不能是低谷单元。移动到作为NOS-c单元的在r26:c7的单元，并重复步骤502，在r26:c7的单元先前与主事件标签1000关联，并且紧接在其右侧的单元(即，在r26:c8的NOS-r单元)先前也与主事件标签1000关联。同样，紧接在其左侧的单元(即，单元r26:c6)也与主事件1000关联，从而步骤502的回答为真，程序前进到步骤504。在步骤504，程序查看同一列(即，列7)中至该列中的第一个开始单元(这种情况下是在r26:c7的NOS-c单元)的较早扫描，并识别出不存在比r26:c7更早的先前被标记为低谷单元的单元，因为最早的低谷单元确定低谷列。由于步骤504相对于单元r26:c7的回答为真，因此程序前进到步骤506。
在步骤506，分析NOS数据扫描，以判定NOS-c单元是否在与先前标记为低谷单元的NOS单元直接相邻的列中(下面说明)。如果步骤506的回答为真，则程序跳转到步骤530。如果步骤506的回答为假，则程序前进到步骤510。参考关于在r26:c7的单元的前述例子，程序确认r26:c7单元不与任何先前标记为低谷单元的单元邻接，因为两个低谷单元或低谷列不能并排。由于步骤506相对于单元r26:c7的回答为真，因此程序前进到步骤510。
在步骤510，程序读取NOS-c单元的值并存储在存储器中。在步骤512，程序读取紧接在其左侧的NOS单元(NOS-1)的值并存储在存储器中。在步骤514，程序读取紧接在其右侧的NOS单元(NOS-r)的值并存储在存储器中。在步骤516，程序计算“Delta-L值”，它是NOS-1单元的值与NOS-c单元的值之间的差值。在步骤518，程序计算“Delta-R值”，它是NOS-r单元的值与NOS-c单元的值之间的差值。参考前面关于在r26:c7的NOS-c单元的例子，其在图3B中的值为0.2；在单元r26:c6的NOS-1值为0.8；单元r26:c8的NOS-r值为0.2，从而Delta-L值为0.6(即，0.8-02)，Delta-R值为0(即，0.2-0.2)。
在步骤520，如果Delta-L值和Delta-R值大于或等于0.03(即，等式为真)，那么在步骤522，程序将NOS-c单元关联为“低谷单元”，并存储在存储器中。程序随后跳转到步骤530，以循环到同一扫描行中下一列中的下一个NOS单元。如果Delta-L值或Delta-R值小于0.03(即，步骤520的等式为假)，那么程序前进到步骤524。参考前面关于在r26:c7的单元的例子，尽管上面计算的为0.6的Delta-L值大于0.03，但是为0的Delta-R值小于0.03，从而程序前进到步骤524。
在步骤524，程序识别在NOS-c单元右侧两列的NOS单元(NOS-2r)的值，并确定“Delta-2R值”，它是NOS-2r单元的值与NOS-r单元的值之间的差值。如果Delta-2R值大于或等于0.03,并且Delta-L值大于或等于0.03(即,两个等式都为真)，则程序前进到步骤526。然而，如果步骤524中的任一等式为假，则程序跳转到步骤530。参考前面关于在r26:c7的单元的例子，NOS-2r单元(即，单元r26:c9)的值是1.0。从而，由于为0.6的Delta-L值大于或等于0.03，并且为0.8(即，1.0-0.2)的Delta-2R值大于或等于0.03，因此等式为真，程序前进到步骤526。
在步骤526，程序判定NOS-c值是否小于或等于NOS-r值。如果是，则在步骤522，将NOS-c单元关联为低谷单元并存储在存储器中。参考前面关于r26:c7的单元的例子，由于单元r26:c7的值等于r26:c8的值，因此等式为真，从而单元r26:c7被标记为低谷单元。程序随后移动到单元r23:c10。如果步骤526的回答为假，则在步骤528，将NOS-r单元关联为低谷单元并存储在存储器中。
程序随后通过循环到同一扫描行中右侧的下一列而前进到步骤530。在循环到下一列时，应意识到的是，在前一个循环中为NOS-r单元的单元将成为新循环中的NOS-c单元，并且前一个循环中为NOS-c单元的单元将成为新循环中的NOS-1单元。
对行中跨所有列通道(C1-C12)的每个单元重复上述处理。当完成一个扫描行时，程序跳转到下一个扫描行，并对该行中跨所有列(C1-C12)的每个单元重复所述处理，依次类推，从而识别所有低谷单元。所有直接邻接的低谷单元构成低谷列。
对于双阵列实施例200B，对相对于第二光平面210-2的通道C13-C24的NOS数据扫描重复相同的处理。如前所述，应意识到的是，第二光平面210-2(它与第一光平面210-1成90度°定向)可导致由于在第二光平面210-2的二维扫描中种子的邻近性和重叠关系的差异，而产生识别的种子簇的差异的NOS数据扫描。从而，由于当沿第二光平面210-2的定向“观察”时，在关于种子簇的开始/停止标识处理400期间识别的开始状态和停止状态之间的差异，种子簇的这些差异可能导致主事件的编号的差异。另外，由于第一和第二光平面210-1、210-2的定向相差90°，对于相应的主事件可能识别出不同的低谷列。例如，参照图2B，在关于通道C13-C24的低谷列标识处理500期间，第二光平面210-2可以检测在第一光平面210-1的二维“视图”中未检测出的种子之间的空间或低谷列。
B.主事件拆分和标记处理
图7表示按照主事件识别处理400分配的原始主事件标签999和1000，其中低谷列1000A、1000B、1000C是依据上述低谷列标识处理400识别的。图8A表示最初依据主事件拆分和标记处理600(下面讨论)被拆分为两个单独事件1000和1001的图7的主事件1000。图8B表示依据主事件拆分和标记处理600(下面讨论)，被进一步拆分为三个事件1000、1001、1002主事件1000。图8C表示依据主事件拆分和标记处理600(下面讨论)，被进一步被拆分为四个事件1000、1001、1002、1003的主事件1000。
一旦识别出主事件中的低谷列(如果有的话)，程序就进行如图6的逻辑流程图所示的主事件拆分处理600。如果在主事件中不存在低谷列，那么对于该主事件，跳过主事件拆分和标记处理600，程序继续确定事件的度量(后面讨论)。
参见图6，在初始步骤602，分析NOS数据扫描，以识别具有低谷列的最早主事件，参见图7，该最早主事件是标记为1000的主事件。在步骤604，程序识别该主事件内的最早(即，最低)的低谷单元，在图8A中，该低谷单元是在列C7中的扫描行26处的低谷单元1000A(即，r26:c7)。
在步骤606，程序将主事件拆分成两个单独的事件(即，左侧事件和右侧事件)。主事件中的在低谷列右侧的所有单元以及在低谷列的下半部分中的所有单元与右侧事件关联。在低谷列左侧和在低谷列上方的所有单元以及在低谷列的上半部分中的单元与左侧事件关联。
在步骤608，与右侧事件关联的所有单元被分配上次使用的同一标签。在步骤610，与左侧事件关联的所有单元被分配递增到下一个顺序整数的新标签。在图8A的例子中，可以看出在第一低谷列1000A右侧的所有单元和构成低谷列1000A的下半部分的单元保留了它们的原始标签(即，标签1000)。在低谷列1000A左侧和在低谷列1000A上方，以及低谷列1000A的上半部分的所有单元用下一个顺序整数(即，1001)标记。
程序随后前进到步骤612，以识别主事件是否包括其他低谷列。如果在主事件中没有其他低谷列(即，步骤612的回答为假)，则主事件拆分和标记处理结束，程序继续后面讨论的确定事件度量的处理。如果在主事件中存在其他低谷列(即，步骤612的回答为真)，则程序前进到步骤616，并移动到下一个最早的低谷列(即，具有下一个最低低谷单元的低谷列)。参见图8A，下一个最早的低谷列是低谷列1000B。
在移动到下一个低谷列之后，在步骤618，程序识别与在最早低谷单元右侧的单元关联的标签是否不同于最早低谷单元的标签。如果步骤618的回答为真，则重复如上所述的步骤606-612的处理。如果步骤618的回答为假，则程序前进到步骤620。在图8A的例子中，在列1000B中的最早低谷单元(即，在r31:c9的单元)右侧的单元具有与最早低谷单元相同的标签(即，1000)。因而，步骤618的回答为假，从而程序前进到步骤620。
在步骤620，程序再次将主事件拆分成两个单独的事件(即，左侧事件和右侧事件)。主事件中的在低谷列左侧、在低谷列下方以及低谷列的下半部分的所有单元都与左侧事件关联。主事件中的在低谷列右侧、在低谷列上方以及低谷列的上半部分的所有单元都与右侧事件关联。
在步骤622，与左侧事件关联的所有单元被分配上次使用的同一标签。在步骤624，与右侧事件关联的所有单元被分配递增到下一个顺序整数的新标签。现在参见图8B，可以看出在低谷列1000B左侧的所有单元和构成低谷列1000B的下半部分的单元保留了它们的原始标签(即，标签1000和1001)。在低谷列1000B右侧和在低谷列1000B上方的所有单元，以及低谷列1000B的上半部分用下一个连续整数(即，1002)标记。
程序随后前进到步骤612，以识别主事件是否包括其他低谷列。如果在主事件中没有其他低谷列(即，步骤612的回答为假)，则主事件拆分和标记处理结束，程序继续后面讨论的确定事件度量的处理。如果在主事件中存在其他低谷列(即，步骤612的回答为真)，则程序前进到步骤616，并移动到下一个最早的低谷列(即，具有下一个最低低谷单元的低谷列)。参见图8B，下一个最早的低谷列是低谷列1000C。
在移动到下一个低谷列之后，程序重复步骤618和之后的相应步骤。在图8B的例子中，在低谷列1000C中的最早低谷单元(即，在r41:c7的单元)右侧的单元具有与最早低谷单元不同的标签(即，1000)。因而，步骤618的回答为真，从而程序前进到步骤606。
在步骤606，程序将主事件拆分成两个单独的事件(即，左侧事件和右侧事件)。主事件中的在低谷列右侧的所有单元以及在低谷列下半部分中的所有单元都与右侧事件关联。在低谷列左侧和在低谷列上方的所有单元以及低谷列的上半部分中的单元与左侧事件关联。
在步骤608，与右侧事件关联的所有单元被分配上次使用的同一标签。在步骤610，与左侧事件关联的所有单元被分配递增到下一个顺序整数的新标签。现在参见图8C，可以看出在低谷列1000C右侧的所有单元和构成低谷列1000C的下半部分的单元被分配上次使用的标签(即，1002)。在低谷列1000C左侧和在低谷列1000C上方，以及低谷列1000C的上半部分的所有单元都用下一个顺序整数(即，1003)标记。
程序随后前进到步骤612，以识别主事件是否包括其他低谷列。如果在主事件中没有其他低谷列(即，步骤612的回答为假)，则主事件拆分和标记处理结束，并且程序继续后面讨论的确定事件度量的处理。如果在主事件中存在其他低谷列(即，步骤612的回答为真)，则程序前进到步骤616，并移动到下一个最早的低谷列(即，具有下一个最低低谷单元的低谷列)。参见图8C，没有其他低谷列，从而主事件拆分和标记处理结束，程序继续后面讨论的确定事件度量的处理。
对于双阵列实施例200B，对相对于第二光平面210-2的通道C13-C24的NOS数据扫描重复相同的处理。如前所述，应意识到的是，第二光平面210-2(它与第一光平面210-1成90度°定向)可导致由于在第二光平面210-2的二维扫描中种子的邻近性和重叠关系的差异，而产生识别的种子簇的差异的NOS数据扫描。从而，种子簇的这些差异不仅可能导致由于当沿第二光平面210-2的定向“观察”时在关于种子簇的开始/停止标识处理400期间识别的开始状态和停止状态之间的差异导致的主事件的编号的差异，而且第一和第二光平面210-1、210-2的相差90°的定向可能导致在对于通道C13-C24的低谷列标识处理500期间对于相应的主事件识别出不同的低谷列。作为低谷列的差异的结果，可能存在在主事件拆分和事件标记处理600期间的事件的拆分和标记的差异。在后面讨论的组比较处理900A、900B期间考虑这些差异。
确定事件度量
在完成主事件拆分和事件标记处理600之后，程序确定在后面讨论的组比较处理900A、900B期间使用的每个事件的几个度量，包括事件时间、事件宽度、事件中断、事件电压量和事件距离。
事件时间是从主事件的最后一个扫描行的时间减去主事件的第一个扫描行的时间的主事件的总时间。参见图8C，主事件999的事件时间由附图标记702标识，而主事件1000的事件时间由附图标记704标识。
事件宽度是由NOS单元中具有值的通道222(C1-C12)乘以通道222的间隔定义的主事件的总宽度。参见图8C，主事件999的事件宽度由附图标记706标识，而原始主事件1000(现在被拆分为单独的事件1000、1001、1002、1003)的事件宽度由附图标记708标识。
事件中断是任何主事件中的任何通道从开始状态变为停止状态，并返回到开始状态的总次数。参见图8C，在主事件999内没有事件中断。然而，在原始主事件1000(现在被拆分为单独的事件1000、1001、1002、1003)中，事件中断由附图标记710标识。
事件电压量是主事件的NOS单元的值的总和乘以组速度(下面更详细地讨论)。
事件距离是实际距离，它是事件时间乘以组速度(下面更详细地讨论)。
对主事件分组
为了以下目的对主事件进行分组：(a)比较给定扫描窗口内的种子计数，和(b)计算组速度。扫描窗口始于最早的主事件开始之时，并且扫描窗口持续到在定义主事件的连接的一簇NOS单元的最后停止状态之后，预定次数的扫描都未检测到种子(例如，未检测到大于0.15的NOS值)为止。例如，如果在最早的主事件的最后停止状态之后，未检测到种子的扫描的预定次数被假定为10次扫描，那么扫描窗口将在未检测到种子的10次扫描的间隙之后结束。换句话说，当使用假定的10次扫描的间隙时，如果扫描速率为10kHz，则扫描窗口将在开始扫描窗口的最早的主事件的最后停止状态之后1ms结束。在该扫描窗口内捕获的所有主事件被称为“主事件组”或者简称为“组”。
组的速度(“组速度”)是取决于是使用单阵列实施例200A还是使用双阵列实施例200B而不同地确定的。对于双阵列实施例200B，由于有两个光平面210-1、210-2，通过确定第一光平面210-1和第二光平面210-2检测到组中的第一个主事件的时间之间的变化除以光平面210-1、210-2之间的距离(例如，在上述实施例中为0.125英寸)，可以精确地计算组速度。通过使用先入先出(FIFO)缓冲区，可以计算预定数量的组(例如，3000)的通过种子的平均速度。
对于单阵列实施例200A，由于只有一个光平面210-1，因此使用事件宽度模式除以事件时间模式来计算组速度。正如名称所暗示的，事件宽度模式是预定滚动数量的主事件内该组的最常见事件宽度(即，在预定数量的事件内出现的在NOS单元中具有值的通道222的最常见数量，再乘以通道222的间隔)。同样，正如名称所暗示的，事件时间模式是在预定数量的主事件内出现的事件时间的最常见时间。使用该模式的目的是在假定主事件最常见由单个颗粒构成的情况下，获得单一主事件的宽度和时间的平均测量值。
如上所述，事件电压量和事件距离是使用(取决于是利用单阵列实施例200A还是双阵列实施例200B，通过上述方法任意之一计算的)组速度计算的。在对于每个单元簇(指示一粒种子或一组种子)产生速度的双阵列实施例200B中，在如果计算的组速度大于平均速度的2.5倍则对于事件电压量和事件距离产生异常的情况下，可以应用附加的过滤器。在这种情况下，定义主事件的单元簇可能是碎屑。对于这种情况，对组中除第一个主事件以外的任何事件使用平均速度。
度量的直方图
为了表征流经传感器组件200的产品，对于单光平面210-1(对于单阵列实施例200A)或者对于光平面210-1、210-2中的每一个(对于双阵列实施例200B)，使用直方图来确定并存储事件电压量(EVV)、事件距离和事件宽度的最频繁出现的模式。这是使用预定的FIFO缓冲区(例如，3000个主事件)来完成的。
EVV的直方图被设定成具有仅包括最低90％的主事件的30个分箱或间隔。通过取4个最高的分箱或间隔的平均值，找出电压量模式(VVM)。
事件距离的直方图被设定成具有仅包括最低90％的主事件的20个分箱或间隔。通过取4个最高的分箱或间隔的平均值，找出距离模式。
事件宽度的直方图被设定成具有0～13个一系列分箱或间隔。通过取两个最高的分箱或间隔的平均值，找出宽度模式。
表征主事件
图9是用于将主事件表征为“5”(即，5粒种子)、“4”(即，4粒种子)、“3”(即，3粒种子)、“2”(即，2粒种子)、“1”(即，1粒种子)或碎屑的表征处理800的逻辑流程图。按照图9的逻辑流程图，程序首先检查以判定主事件是否满足被分类为5的标准，然后被分类为4的标准，然后被分类为3的标准，然后被分类为2的标准，然后被分类为1的标准，然后被分类为碎屑的标准。一旦主事件被分类为满足这些分类之一的标准，程序就脱离循环并继续到下一个主事件。在下面提供的用于将主事件表征为5、4、3、2、1或碎屑的例证计算中，事件电压量(EVV)的值是根据经验选择的，以区分主事件内的种子数。其他EVV值对于估计主事件内的种子数可能更准确，于是，在例证计算中提供的EVV值应当被认为是用于在估计构成主事件的种子的实际数量时表征主事件的非限制性EVV值。
在步骤802，如果事件电压量(EVV)大于电压量模式(VVM)的6.8倍，使得步骤802的等式为真，那么在步骤804，程序将主事件分类为5，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。如果步骤802的等式为假，则程序前进到步骤806。在步骤806，如果EVV大于VVM的5倍，使得步骤806的等式为真，则在步骤808，程序将主事件分类为4，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。如果步骤806的等式为假，则程序前进到步骤810。
在步骤810，如果EVV大于VVM的3.9倍，使得步骤810的等式为真，则在步骤818，程序将主事件分类为3，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。如果步骤810的等式为假，则程序前进到步骤814，以检查主事件是否包括中断(即，开始到停止到开始的转变)。如果主事件包括中断，则程序前进到步骤816，检查EVV是否大于VVM的2.2倍，如果步骤814和步骤816都为真，则在步骤818，程序将主事件分类为3，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。如果步骤814或步骤816为假，则程序前进到步骤820。
在步骤820，如果EVV大于VVM的2.9倍，使得步骤820的等式为真，则在步骤826，程序将主事件分类为2，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。如果步骤820的等式为假，则程序前进到步骤822，以检查主事件是否包括中断(开始到停止到开始的转变)。如果主事件包括中断，则程序前进到步骤824，检查EVV是否大于VVM的1.2倍，如果步骤822和步骤824都为真，则在步骤826，程序将主事件分类为2，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。如果步骤822或步骤824为假，则程序前进到步骤828。
在步骤828，如果EVV大于VVM的0.85倍，使得步骤828的等式为真，则在步骤832，程序将主事件分类为1，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。如果步骤828的等式为假，则程序前进到步骤830，以检查事件距离是否大于距离模式的0.6倍。如果步骤830的等式为真，则在步骤832，程序将主事件分类为1，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。如果步骤830的等式为假，则在步骤834，程序将主事件分类为碎屑，程序随后跳转到步骤840以表征下一个主事件。
组比较处理
图10A和10B分别图解说明组比较处理900A、900B。应意识到的是，图10A图解说明单阵列实施例200A的组比较处理900A，因为它仅图解说明了关于一个光平面210-1的步骤，而图10B图解说明双阵列实施例200B的组比较处理900B，因为它图解说明了关于两个光平面210-1、210-2的步骤。在完成关于由光平面210-1(对于单阵列实施例200A)产生的数据，或者由光平面210-1、210-2中的每一个(对于双阵列实施例200B)产生的数据的处理400、500、600、800及它们相应的中间处理之后，程序进行组比较处理900A、900B。在图10A和10B中，在步骤902，每个组内的不同事件(例如，图8C中的事件999、1000、1001、1002、1003)的数量被相加以确定组种子计数。假定每个组的相加的离散事件的数量是构成该组的种子的数量。
对于双阵列实施例200B，进行附加步骤904，从而比较来自每个光平面210-1、210-2的总的组种子计数，并将较大的数作为该组的种子计数存储在存储器中。例如，第一光平面210-1的组识别了对应于5粒种子的五个不同事件(即，999、1000、1001、1002、1003)。然而，第二光平面210-2可能未将种子组S2-S5分成四个单独的事件，因为如果种子被布置成使得第二光平面的扫描仅识别两个低谷通道的话，则光平面210-2可能没有识别三个低谷通道。从而，在本例中，第二光平面210-2可能仅识别对应于4粒种子的四个不同事件。在步骤904中，来自识别更多种子数(即，5粒种子)的第一光平面的种子计数随后将用于总的组种子计数。
在确定了总的组种子计数之后和在(通过上面关于单阵列实施例200A或双阵列实施例200B说明的任一种方法)确定了组速度之后，在步骤906，随后将最终的组种子计数和种子的平均速度输出到监测系统100的显示设备130，以供操作者查看。
应意识到的是，双阵列实施例200B的使用可以提高种子计数的精确度，因为第二光平面210-2能够区分在使用具有单一光平面的单阵列实施例时不能被区分和计数的第三维度中的种子，单阵列实施例只能够检测二维空间中的种子。从而，由于双阵列实施例考虑了在两个光平面之间检测到的更大的种子计数，因此双阵列实施例200B通常将比单阵列实施例200A更准确。然而，与单一光平面的使用相比，第二光平面210-2的使用需要两倍的处理能力(例如，在所提供的例子中，12个输入对24个输入)。基于测试，使用单阵列实施例200A的种子计数被示出为具有90％的种子计数精确度(即，测量的种子计数在真实种子计数的10％之内)。双阵列实施例200B将种子计数精确度提高到97％(即，测量的种子计数在真实种子计数的3％之内)。然而，对于气力播种机，即使90％的种子计数精确度也是非常精确的。因而，鉴于双阵列实施例200B所需的额外处理能力，对于许多(即使不是大多数)气力播种机应用，利用单阵列实施例200A可能就足够了。
气力播种机
图11是常规气力播种机10的侧视图，气力播种机10比如是在美国专利公开号US2010/0264163和美国专利号8,695,396中所公开的类型，上述美国专利均通过引用整体包含在本文中。图12是图11的气力播种机10的示意图，表示了布置在气力播种机10的分配管线58上的颗粒计数器组件200。气力播种系统10被表示成包括气源车(air cart)11和地接合装置24。气源车11包括用于保持种子、肥料或其他颗粒产品以便输送到土壤中的储料箱12、14。储料箱12、14安装在由地轮18支撑的框架16上，以便通过连接到前拖杆(hitch)20的牵引车(未图示)在地上向前移动。地接合装置24包括由地轮28支撑并通过拖杆30连接到气源车框架16的后部的框架26。框架26支撑多个行单元60。在备选布置中，地接合装置24可以在气源车11的前面，或者地接合装置24和气源车11可以结合在共同的框架上。从而，对气力播种系统10或简称“气力播种机”10的所有引用意欲包括每种前述布置。
气力播种机操作
参见图12，气力播种机10包括空气分配系统34，比如在美国专利号6,213,690中所公开的，该美国专利通过引用整体包含在本文中。空气分配系统34包括用于引导空气通过主管道38的风扇36。计量机构40位于每个储料箱12、14的底部，用于将计量数量的种子、肥料或其他颗粒产品通过产品通道42、44从相应的储料箱12、14输送到主管道38中(图10和11中仅示出了一个主管道38)。由计量机构40计量的进入主管道38的产品由空气流携带至下游分配塔50。一般，每个主管道38将有一个分配塔50。另外，可以为每个相应的储料箱设置单独的主管道38，使得这些相应的储料箱12、14内的不同产品可以被分别分配到相应的分配塔50，以便如下所述通过单独的分配管线58输送到单独的行单元60。或者，来自相应储料箱12、14的产品可以如图12所示在公共主管道38中组合以便一起分配。尽管表示了带有关联的计量机构40和主管道38的两个储料箱12、14，不过应意识到的是，根据需要，可在气力播种机10上设置任何数量的储料箱、计量机构40和主管道38。
计量机构40可以是容积式计量机构，但是也可以是本领域已知的或以后开发的任何其他合适的计量机构。如上所述，产品通道42、44将产品从计量机构40导入主管道38，主管道38将空气流中的产品输送到下游分配塔50。每个分配塔50包括位于垂直分配管54的最上端的最上端分配头52。分配头52将产品流均匀地分到多个分配管线58。每个分配管线58将产品输送到下游的行单元60。行单元60在土壤表面中开出犁沟62。分配管线将产品沉积到犁沟62中，并且拖曳的压土轮或封闭轮64(图11)将土壤压在沉积的产品上。尽管图11和12中示出的行单元60表示了具有用于开出犁沟62的尖头的犁刀柄，并且只表示了到每个行单元60的一条分配管线58，不过应意识到的是，行单元60可以是单通双射行单元，该行单元利用具有双分配管线58的圆盘刀和开沟器将种子和肥料输送到土壤中，比如在美国专利号8,275,525、9,826,667和9,968,030中所公开的，这些美国专利均通过引用整体包含在本文中，并且在商业上实施于Case 500Series气力播种机中。
继续参见图12，计量机构40包括连接到位于相应储料箱12、14的底部的相应产品计量器76、78的变速计量器驱动器72、74。当驱动器72、74转动相应计量器76、78时，来自相应储料箱12、14的产品通过相应的产品通道42、44被输送到主管道38中，主管道38又将产品输送到分配塔50。进给速率控制器84连接到变速计量器驱动器72、74。
进给速率控制器84与监测系统100(后面讨论)的控制器110进行信号通信。除了控制器110运行软件程序101以进行上述各个处理400、500、600、800、900之外，控制器110还与速度传感器168通信，速度传感器168检测气力播种机10的地速度。控制器110控制进给速率控制器84以调整计量器驱动速度，从而随着不断变化的地速度维持所选择的产品进给速率。在备选实施例中，进给速率控制器84可以被耦合，以便通过输出比可以从拖拉机的驾驶室调节的变速器被地驱动。控制器110还与GPS接收机166、131通信。控制器110控制进给速率控制器84，以根据气力播种机在田间的位置来调节计量速率。如下所述，监测系统100包括输入设备，比如图形用户界面(GUI)112，以允许操作者输入期望的产品进给速率，例如磅每英亩或种子每英亩等。
单体行栽作物种植机
图13是常规行栽作物种植机300的多个行单元310中的一个的侧视图，表示了布置在行单元310的种子管332上的颗粒计数器系统200，用于在种子因重力下落通过种子管332时对种子计数。每个行单元310由平行连杆316从机架314支撑，平行连杆316允许每个行单元独立于机架和其他间隔开的行单元垂直移动，以便在播种机被牵引通过田间时，适应地形的变化或者当行单元遇到岩石或其他障碍物时的变化。每个行单元310可以包括前安装支架320，料斗支撑梁322和副框架324安装到该前安装支架320上。料斗支撑梁322支撑种子料斗326和肥料料斗328，并且可操作地支撑种子计量器330和种子管332。副框架324包括向下延伸的柄部325，该柄部可操作地支撑开沟组件334。封沟组件336由副框架324的后端可操作地支撑。开沟组件334可包括可操作地从柄部325支撑的一个或多个开沟盘344。开沟组件334可包括一个或多个量规轮(gauge wheel)348，量规轮348可操作地由枢转量规轮臂从副框架324支撑。深度调节器368可以有选择地定位，以相对于量规轮348改变开沟盘344的深度，以便改变由开沟盘形成的犁沟的深度。
可以是加速度计的行驶质量(ride quality)传感器364可以安装到行单元300，并被布置成测量行单元310的垂直速度和加速度。诸如雷达速度传感器或GPS速度传感器之类的速度传感器168可以安装到机架314或行单元300。诸如气囊、液压缸或气压缸之类的下压力致动器318作用在平行连杆316上，以在行单元300上施加下压力。诸如电操作伺服阀之类的下压力阀174可以控制由下压力致动器318施加的下压力的量。
操作中，当种植机300沿箭头311所示的前进方向前进时，开沟组件334在土壤表面中开出犁沟338。保持要种植的种子的种子料斗326将供给量恒定的种子传送到种子计量器330。在备选实施例中，单体种植机300可以是中央填充种植机，包括本领域已知的框架安装的散装料斗；在这样的实施例中，种子料斗326可以包括与散装料斗种子连通的辅助小料斗。种子计量器330通过离合器170有选择地与驱动器172接合，使得基于所需的种子总体数量和牵引种植机300通过田间的速度，以规律相间的间隔计量各粒种子并将种子排放到种子管332中。驱动器172和离合器170可以是在美国专利号8,307,771中公开的类型，该美国专利通过引用整体包含在本文中。在其他实施例中，省略了离合器170，并且驱动器172包括电驱动器，例如在申请人的国际专利公开号W02017/011355中公开的那些，该国际专利公开通过引用整体包含在本文中。颗粒传感器组件200由种子管332支撑，并检测种子通过种子管332。种子从种子管332的端部掉落到犁沟338中，并且种子被封闭轮组件336覆盖以土壤。如在气力播种机实施例中那样，在单体种植机实施例300中，显示设备130、通信模块120和控制器110可以安装在牵引单体种植机300通过田间的拖拉机驾驶室中。一个或多个速度传感器168，比如霍尔效应轮速传感器或雷达速度传感器，也可以安装到拖拉机上。
监测系统
图14是与气力播种机10或单体种植机300一起使用的监测系统100的示意图。监测系统100包括包含中央处理器CPU 116的控制器110，并且包括图形用户界面(GUI)112、运行进行上述处理400、500、600、800、900和其他处理的软件程序的存储器114。监测系统100还可以包括通信模块120和显示设备130。显示设备130、通信模块120和控制器110可以安装在拖拉机的驾驶室中。控制器110通过线束150与通信模块120电通信。通信模块120可以包括认证芯片122和存储器126。通信模块120经由线束152与显示设备130电通信。显示设备130可以包括GUI 132、存储器134，CPU 136和用于连接到基于“云”的存储服务器140的无线因特网连接154。一个这样的无线因特网连接154可以包括蜂窝调制解调器138。或者，无线因特网连接154可以包括用于经由无线路由器建立因特网连接的无线适配器139。
显示设备130可以是消费者计算设备或其他多功能计算设备。显示设备130可以包括通用软件，包括因特网浏览器。显示设备130还可以包括运动传感器137，比如陀螺仪或加速度计，并且可以使用由运动传感器137产生的信号来确定GUI 132的期望修改。显示设备130还可以包括数码相机135，从而利用相机135拍摄的图片可以与全球定位系统(GPS)位置关联，存储在存储器134中，并被传送到云存储服务器140。显示设备130还可以包括GPS接收机131。
操作中，参考图15，监测系统100可以进行由附图标记1500指定的处理。结合图14参考图15，在步骤1505，通信模块120进行可选的认证例程，其中通信模块120从监视设备110接收第一组认证数据190，认证芯片122将认证数据190与存储在通信模块120的存储器126中或从显示设备130发送的密钥、令牌或代码进行比较。如果认证数据190是正确的，则通信模块120优选向显示设备130发送第二组认证数据191，使得显示设备130允许经由通信模块120，在监视设备110和显示设备130之间传送其他数据。
在步骤1510，监视设备110接受用户经由GUI 112输入的配置输入。在一些实施例中，可以省略GUI 112，并且配置输入可以由用户经由显示设备130的GUI 132输入。配置输入可以包括各种参数，包括GPS接收机166和相应气力播种机10或单体种植机300的行单元60、300之间的维度偏移，气力播种机10或单体种植机300(例如离合器170、驱动器172和下压力阀174)的操作参数。监视设备110随后通过通信模块120，将作为结果的配置数据188发送到显示设备130。
在步骤1512，显示设备130可以从云存储服务器140访问规格数据文件186。规格数据文件186可以包括包含地理边界(例如，田地边界)以及相关的地理位置(例如，GPS坐标)的文件(例如，形状文件)以及操作参数(例如，种子种植速率)。显示设备130可以允许用户使用GUI 132编辑规格数据文件186。显示设备130可以重新配置规格数据文件186以供控制器110使用，并通过通信模块120将作为结果的规格数据185发送到控制器110。
在步骤1514，当气力播种机10或单体种植机300穿过田地时，控制器110向离合器、驱动器和下压力控制器发送命令信号198。这些命令信号198可以包括用于确定是否接合一个或多个离合器的信号，确定驱动所述驱动器的速率的信号，以及确定施加于行单元60、310的下压力的信号。
在步骤1515，当气力播种机10或单体种植机300穿过田地时，控制器110接收原始应用数据181，包括来自颗粒传感器组件200、下压力传感器162、行驶质量传感器164、GPS和速度传感器168的信号。控制器110处理原始应用数据181，并将应用数据存储到存储器134。控制器110可以通过通信模块120将处理后的应用数据182发送到显示设备130。处理后的应用数据182可以是流式、分段或部分数据。应意识到的是，按照方法1500，装置控制和数据存储由控制器110进行，使得如果显示设备130停止工作，则从监测系统100中移除，或者用于其他功能，装置操作和基本的数据存储不被中断。
在步骤1520，显示设备130接收实况的处理后的应用数据182并存储在存储器134中。在步骤1525，显示设备130可以呈现处理后的应用数据182的地图(例如，总体数量地图)。在步骤1530，显示设备130可以显示应用数据的数值集合(例如，由行单元在最后5秒内种植的总体数量)。在步骤1535，显示设备130可以将在步骤1525呈现的应用地图图像的位置、大小和其他显示特性存储在存储器134中。在步骤1538，在完成播种或种植操作之后，显示设备130可以将处理后的应用数据文件183发送到云存储服务器140。处理的应用数据文件183可以是完整的文件(例如，数据文件)。在步骤1540，监视设备110可以将完成的应用数据(例如，在数据文件中)存储在存储器114中。
映射和显示应用数据182的方法可以与美国专利号9,699,958中公开的应用数据地图相同或相似，该专利通过引用整体包含在本文中。
上面的说明和附图是例证性的，而不是限制性的。对本领域技术人员来说，对本文所述的系统和方法的实施例以及一般原理和特征的各种修改是显而易见的。从而，本公开应当被赋予与所附权利要求及其等同物的所有范围一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种对通过通道的颗粒进行计数的方法，所述方法包括：
(A)以限定的间隔，横断通道的纵轴跨通道产生第一数量的光通道，所述第一数量的光通道共同限定第一光平面，所述第一数量的光通道中的每一个由布置在通道的第一侧面的第一数量的LED发射器中的对应一个LED发射器产生，所述第一数量的LED发射器中的每一个具有已知的间隔并且每一个产生光强度；
(B)借助布置在所述通道的第二侧面的第一数量的光电二极管，产生原始输出信号值，其中所述第一数量的光电二极管中的每一个与所述第一数量的LED发射器中的一个相对布置，所述原始输出信号值与所述第一数量的光通道中的每一个的光强度成比例；
(C)当颗粒通过所述第一光平面时，通过一系列顺序的数据扫描并行地记录跨所述第一数量的光通道的每一个产生的原始输出信号值，原始输出信号值被存储在第一数据集内的数据单元中；
(D)使第一数据集的每个数据单元中的原始输出信号值归一化，使得第一数据集的每个数据单元具有归一化输出信号(NOS)值；
(E)分析第一数据集的每个数据单元的NOS值，以识别具有在NOS值的预定范围内的NOS值的NOS数据单元的连接簇，第一数据集的NOS数据单元的每个识别的连接簇定义与通过第一光平面的至少一个颗粒对应的单独的第一平面事件；
(F)用唯一的第一平面标识符识别每个所述单独的第一平面事件；
(G)对每个识别的第一平面事件的NOS值求和；
(H)确定每个所述识别的第一平面事件的速度；
(I)通过将步骤(G)的每个所述识别的第一平面事件的NOS值之和乘以步骤(H)的每个所述识别的第一平面事件的速度，确定每个所述识别的第一平面事件的体积；
(J)通过表征每个所述识别的第一平面事件的体积，确定每个所述识别的第一平面事件的颗粒计数。
2.按照权利要求1所述的方法，还包括：
(K)以限定的间隔，横断通道的纵轴跨通道产生第二数量的光通道，所述第二数量的光通道共同限定第二光平面，所述第二数量的光通道中的每一个由布置在通道的第三侧面的第二数量的LED发射器中的对应一个LED发射器产生，所述第三侧面与通道的第一侧面成90°定向，所述第二数量的LED发射器中的每一个具有已知的间隔并且每一个产生光强度，所述第二光平面沿通道的纵轴与所述第一光平面偏离已知距离；
(L)借助布置在所述通道的第四侧面的第二数量的光电二极管，产生原始输出信号值，其中所述第二数量的光电二极管中的每一个与所述第二数量的LED发射器中的一个相对布置，所述原始输出信号值与所述第二数量的光通道中的每一个的光强度成比例；
(M)当颗粒通过所述第二光平面时，通过一系列顺序的数据扫描并行地记录跨所述第二数量的光通道的每一个产生的原始输出信号值，原始输出信号值被存储在第二数据集内的数据单元中；
(N)使第二数据集的每个数据单元中的原始输出信号值归一化，使得第二数据集的每个数据单元具有归一化输出信号(NOS)值；
(O)分析第二数据集的每个数据单元的NOS值，以识别具有在NOS值的预定范围内的NOS值的NOS数据单元的连接簇，第二数据集的NOS数据单元的每个识别的连接簇定义与通过第二光平面的至少一个颗粒对应的单独的第二平面事件；
(P)用唯一的第二平面标识符识别每个所述单独的第二平面事件；
(Q)对每个识别的第二平面事件的NOS值求和；
(R)确定每个所述识别的第二平面事件的速度；
(S)通过将步骤(Q)的每个所述识别的第二平面事件的NOS值之和乘以步骤(R)的每个所述识别的第二平面事件的速度，确定每个所述识别的第二平面事件的体积；
(T)通过表征每个识别的第二平面事件的体积，确定每个所述识别的第二平面事件的颗粒计数；
(U)使每个所述识别的第一平面事件与所述识别的第二平面事件中的对应一个关联；
(V)确定关联的第一平面事件和识别的第二平面事件中的哪一个具有更大的颗粒计数；
(W)通过将步骤(V)的较大颗粒计数与紧接在所述关联的第一平面事件和识别的第二平面事件之一之前的颗粒计数相加，计算在操作周期内的连续颗粒计数。
3.按照权利要求1所述的方法，其中使所述第一数据集的每个数据单元中的原始输出信号值归一化的步骤(D)包括：
将第一数据集的每个数据单元中的原始输出信号值转换为介于0和1之间的NOS值，从而为0的NOS值对应于第一数量的光通道中的对应一个光通道的最大光强度，所述最大光强度指示所述一个光通道未被通过所述一个光通道的任何颗粒遮挡，并且为1的NOS值对应于第一数量的光通道中的对应一个光通道的最小光强度，所述最小光强度指示所述一个光通道被通过所述一个光通道的颗粒完全遮挡。
4.按照权利要求2所述的方法，其中使所述第二数据集的每个数据单元中的原始输出信号值归一化的步骤(N)包括：
将第二数据集的每个数据单元中的原始输出信号值转换为介于0和1之间的NOS值，从而为0的NOS值对应于第二数量的光通道中的对应一个光通道的最大光强度，所述最大光强度指示所述一个光通道未被通过所述一个光通道的任何颗粒遮挡，并且为1的NOS值对应于第二数量的光通道中的对应一个光通道的最小光强度，所述最小光强度指示所述一个光通道被通过所述一个光通道的颗粒完全遮挡。
5.按照权利要求1所述的方法，还包括：
通过将步骤(J)的每个识别的第一平面事件的颗粒计数与紧接在所述识别的第一平面事件之一之前的颗粒计数相加，计算在操作周期内的连续颗粒计数。
6.按照权利要求1所述的方法，其中确定所述识别的第一平面事件的速度的步骤包括：
确定预定数量的第一平面事件的宽度模式；
确定预定数量的第一平面事件的时间模式；
将宽度模式除以时间模式；
其中宽度模式是通过在预定数量的事件内找出第一平面事件的最常见事件宽度来确定的，其中每个第一平面事件的每个事件宽度是通过对具有定义每个第一平面事件的NOS值的那些第一数量的通道计数，并将第一数量乘以LED发射器的已知间隔来确定的；
其中时间模式是通过在预定数量的事件内找出第一平面事件的最常见事件时间来确定的，其中每个第一平面事件的每个事件时间是通过找出定义每个第一平面事件的第一NOS值和最后NOS值之间的时间来确定的。
7.按照权利要求2所述的方法，其中确定所述识别的第二平面事件的速度的步骤包括：
确定所述识别的第一平面事件和与所述第一平面事件关联的所述识别的第二平面事件之间的时间变化，并将所述时间变化除以所述第二光平面与所述第一光平面偏离的已知距离。
8.按照权利要求2所述的方法，其中所述第二光平面与所述第一光平面偏离的已知距离在0.05到1英寸(0.13-2.5cm)之间。
9.按照权利要求1所述的方法，其中在步骤(J)中表征每个识别的第一平面事件的体积，以确定第一平面事件的颗粒计数的步骤包括：
判定识别的第一平面事件的体积是否满足关于定义的颗粒计数的标准。
10.按照权利要求9所述的方法，其中所述定义的颗粒计数是以下之一：(i)5颗粒计数，(ii)4颗粒计数，(iii)3颗粒计数，(iv)2颗粒计数和(v)1颗粒计数。
11.按照权利要求2所述的方法，其中在步骤(T)中表征每个识别的第二平面事件的体积，以确定第二平面事件的颗粒计数的步骤包括：
判定识别的第一平面事件的体积是否满足关于定义的颗粒计数的标准。
12.按照权利要求11所述的方法，其中所述定义的颗粒计数是以下之一：(i)5颗粒计数，(ii)4颗粒计数，(iii)3颗粒计数，(iv)2颗粒计数和(v)1颗粒计数。
13.按照权利要求1所述的方法，还包括：
分析第一数据集的每个数据单元的NOS值，以识别定义所述单独的第一平面事件的NOS数据单元的连接簇内的低谷；
将在NOS数据单元的连接簇内具有低谷的每个定义的第一平面事件细分为额外的单独第一平面事件。
14.按照权利要求2所述的方法，还包括：
分析第二数据集的每个数据单元的NOS值，以识别定义所述单独的第二平面事件的NOS数据单元的连接簇内的低谷；
将在NOS数据单元的连接簇内具有低谷的每个所述单独的第二平面事件细分为额外的单独第二平面事件。
15.按照权利要求1所述的方法，其中所述通道是气力播种机上的分配管，并且所述颗粒是以下之一：(i)种子；(ii)肥料；或(iii)种子和肥料。
16.按照权利要求1所述的方法，其中所述通道是单体行栽作物种植机的种子管，并且所述颗粒是以下之一：(i)种子；(ii)肥料；或(iii)种子和肥料。
17.按照权利要求2所述的方法，其中所述通道是气力播种机上的分配管，并且所述颗粒是以下之一：(i)种子；(ii)肥料；或(iii)种子和肥料。
18.按照权利要求2所述的方法，其中所述通道是单体行栽作物种植机的种子管，并且所述颗粒是以下之一：(i)种子；(ii)肥料；或(iii)种子和肥料。
19.一种颗粒计数器系统，包括：
具有第一数量的间隔开的LED发射器的第一发射器阵列，第一数量的LED发射器中的每一个产生具有光强度的光通道，所述第一发射器阵列布置在通道的第一侧面，使得第一数量的光通道横断所述通道的纵轴跨所述通道延伸，所述第一数量的光通道限定第一光平面；
具有第一数量的间隔开的光电二极管的第一接收器阵列，第一接收器阵列布置在通道的第二侧面，其中第一数量的光电二极管中的每一个与第一数量的LED发射器中的一个相对布置，第一数量的光电二极管中的每一个被配置成产生与第一数量的光通道中的每个相应光通道的光强度成比例的原始输出信号值；
控制器，所述控制器与所述第一接收器阵列进行信号通信，并被配置成：
(i)通过一系列顺序的数据扫描，从第一数量的光电二极管中的每一个接收原始输出信号值，并将原始输出信号值存储在第一数据集内的数据单元中；
(ii)使第一数据集的每个数据单元中的原始输出信号值归一化，使得第一数据集的每个数据单元具有归一化输出信号(NOS)值。
20.按照权利要求19所述的颗粒计数器，还包括：
具有第二数量的间隔开的LED发射器的第二发射器阵列，第二数量的LED发射器中的每一个产生具有光强度的光通道，所述第二发射器阵列布置在通道的第三侧面，使得第二数量的光通道横断所述通道的纵轴并且与所述第一数量的光通道成90°跨所述通道延伸，所述第二数量的光通道限定第二光平面，所述第二光平面沿通道的纵轴与所述第一光平面偏离已知距离；
具有第二数量的间隔开的光电二极管的第二接收器阵列，第二接收器阵列布置在通道的第四侧面，其中第二数量的光电二极管中的每一个与第二数量的LED发射器中的一个相对布置，第二数量的光电二极管中的每一个被配置成产生与第二数量的光通道中的每个相应光通道的光强度成比例的原始输出信号值；
其中所述第二接收器阵列的所述第二数量的光电二极管中的每一个与所述第一接收器阵列进行信号通信；和
其中所述控制器还被配置成：
(i)通过一系列顺序的数据扫描从第二数量的光电二极管中的每一个接收原始输出信号值，并将原始输出信号值存储在第二数据集内的数据单元中；
(ii)使第二数据集的每个数据单元中的原始输出信号值归一化，使得第二数据集的每个数据单元具有NOS值。
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