CN113395894A - 使用传感器的占空比确定种子或颗粒流率的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
在一个实施例中,电子系统包括用于显示数据的显示设备,和耦接到显示设备的处理逻辑。所述处理逻辑被配置成确定用于感测产品或颗粒通过农机具的产品或颗粒管线的流量的至少一个传感器的占空比,并且基于所述至少一个传感器的占空比,确定流经农机具的管线的产品或颗粒的量。
Description
技术领域
本公开的实施例涉及使用传感器的占空比确定种子或颗粒流率的方法和系统。
背景技术
气力播种机具有一次分配系统和二次分配系统。种子和可选的肥料从料斗送入一次分配系统,然后由空气输送到二次分配系统。一次分配系统和二次分配系统之间的歧管分散进料,使得二次分配系统将种子/肥料输送到每一行。种子/肥料通过空气输送。
农业装备上的种子或肥料传感器通常是光学传感器。当颗粒(种子或肥料)通过光学传感器时,光束被遮挡,从而检测颗粒。如果频率足够低,这些颗粒检测的频率可用于确定种植密植度。然而,对于高流量作物,比如小麦或者肥料,尺寸为25mm或32mm的典型光学传感器没有足够大的横截面积来感测单个颗粒,于是使得来自这些传感器的颗粒计数不可靠和不准确。
附图说明
附图的各图中举例而非限制地图解说明了本公开,附图中:
图1图解说明现有技术的气力播种机。
图2图解说明按照一个实施例的具有排气阀门和用于该阀门的致动器的气力播种机塔。
图3图解说明按照一个实施例的具有流量传感器的次级产品管线。
图4A示意地图解说明用于控制致动器的电气控制系统的实施例。
图4B示意地图解说明用于控制致动器的电气控制系统的实施例。
图5图解说明按照一个实施例的具有超声波传感器的次级产品管线。
图6图解说明按照另一个实施例的具有超声波传感器的次级产品管线。
图7图解说明按照一个实施例的包含至少一个阀门(例如,750-1、750-2)和至少一个对应致动器(例如,724-1、724-2)的次级产品管线122。
图8图解说明使用占空比来确定颗粒和密植度(population)度量的方法800的一个实施例的流程图。
图9图解说明使用占空比来估计颗粒频率度量的方法900的一个实施例的流程图。
图10图解说明使用占空比来估计颗粒频率度量的方法1000的一个实施例的流程图。
图11图解说明按照一个实施例的具有用户界面1101的监视器或显示设备,所述用户界面1101具有包括种子分配的定制农业选项。
图12图解说明按照一个实施例的具有用户界面1201的监视器或显示设备,所述用户界面1201具有包括用于农机具的塔信息的定制农业选项。
图13图解说明按照一个实施例的具有用户界面1301的监视器或显示设备,所述用户界面1301具有包括用于农机具的塔4的塔信息的定制农业选项。
图14图解说明按照一个实施例的具有用户界面1401的监视器或显示设备,所述用户界面1401具有包括智能连接器和农机具的种子均匀性信息的定制农业选项。
图15图解说明按照一个实施例的具有用户界面1501的监视器或显示设备,所述用户界面1501具有包括种子均匀性的定制农业选项。
图16图解说明按照一个实施例的估计频率与占空比的图表。
图17表示按照一个实施例的系统1200的例子,所述系统1200包括机器1202(例如,拖拉机、联合收割机等)和机具1240(例如,种植机、行侧施肥杆(sidedress bar)、中耕机、犁,喷洒器、撒布机、灌溉机具等)。
发明内容
在一个实施例中,电子系统包括用于显示数据的显示设备和耦接到所述显示设备的处理逻辑。所述处理逻辑被配置成确定用于感测产品或颗粒通过农机具的产品或颗粒管线的流量的至少一个传感器的占空比,并且基于所述至少一个传感器的占空比,确定流经农机具的管线的产品或颗粒的量。
具体实施方式
本文中引用的所有参考文献通过引用整体包含在本文中。然而,如果本公开中的定义与所引用文献中的定义发生冲突,则以本公开为准。
图1图解说明典型的气力播种机100。气力播种机100包括气源车(cart)110和框架120。气源车110具有分别用于储存种子和肥料的料斗111和料斗112。主产品管线116连接到风扇113,用于分别输送从计量器114和计量器115输送的种子和肥料。主产品管线116将种子和肥料送入歧管塔123。种子和肥料通过歧管塔123分配到次级产品管线122,进而分配到开沟器121。
尽管下面的描述针对的是气力播种机100的一个部分的歧管塔123的控制,不过相同的系统可以应用于每个部分。
图2图解说明歧管塔123。歧管塔123具有在空气流中提供种子和可选的肥料的主产品管线116。种子/肥料冲击筛子125,筛子125具有防止种子和/或肥料通过的筛孔尺寸。种子/肥料落入出口124(或出射口)中,并进入次级产品管线122中。在筛子125上方是包含阀门127的塔126。阀门127可以是任何类型的可被致动的阀门。在一个实施例中,阀门127是蝶阀。阀门127由布置在塔126上的致动器128致动。致动器128与电气控制系统300信号接触。可选地,当没有空气流动时,盖子130可枢转地附接在塔126上,以覆盖塔126。当空气流动时,盖子130由于流经塔126的空气的力而升高,而当空气不流动时,盖子130关闭塔126。
在图2中图解所示的一个实施例中,歧管塔123还包括布置在歧管塔123中的压力传感器140。在另一个实施例中,压力传感器140布置在至少一个次级产品管线122中。压力传感器140与电气控制系统300信号通信。这可以提供阀门127的闭环反馈控制。在另一个实施例中,电气控制系统300测量在歧管塔123中的压力传感器140和在次级产品管线122中的压力传感器140处的压力,并计算每个压力传感器之间的差值。电气控制系统300可以基于压力差进行控制。
在图3中图解所示的另一个实施例中,在至少一个次级产品管线122内串联布置有第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2。可以单独地或作为一个单元内的部件地布置第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2。第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2间隔一定距离,使得在第一颗粒传感器150-1测量的波形将在第二颗粒传感器150-2被重复。当种子行进通过气力播种机时,它们不会始终以均匀的分布流动。在所选择的横截面中,可以有1个、2个、3个、4个、5个或更多的种子在一起。当种子行进一段距离时,种子在每个分组中的分布可以扩大或缩小。在短距离内,分组将保持统一。种子的每个分组将在颗粒传感器中产生不同的波形。来自多个分组的波形将在第一颗粒传感器150-1中产生图案。当随后在第二颗粒传感器150-2检测到该图案时,这些测量值每一个之间的时间差随后除以第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2之间的距离,以确定次级产品管线122中的种子/肥料的速度。使用该速度,电子控制系统300可以致动致动器128,以改变离开塔126的空气量,从而改变次级产品管线122中的种子/肥料的速度。
颗粒传感器的一个例子是在美国专利No.6,208,255中描述的精密种植有限责任公司(PrecisionPlantingLLC)的Wavevision传感器。第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2与电气控制系统300信号通信。这可以提供阀门127的闭环反馈控制。
尽管例示了压力传感器140和颗粒传感器150-1、150-2两者,不过对于闭环反馈控制只需要一个。
在图2中图解所示的另一个实施例中,可以有布置在每个出口124(或出射口)中,并由与电气控制系统300信号通信的致动器161致动的至少一个阀门(例如,阀门160)。每个致动器161(或多个致动器)可以被单独控制,以利用每个次级产品管线122中的至少一个阀门来进一步调节流量。每个次级产品管线122可以包含至少一个阀门(例如750-1、750-2)和对应的致动器(例如724-1、724-2),如图7中图解所示。这可以独立于其他次级产品管线122在每个次级产品管线122中提供微调控制。每个次级产品管线122中的压力传感器140、超声波速度传感器或颗粒传感器150-1、150-2可以提供用于控制每个致动器122的测量值。在一个实施例中,颗粒传感器150-1、150-2可以是具有信号输出的任何传感器,该信号输出的持续时间与通过传感器的颗粒遮挡传感器的时间成比例。
按照一个实施例,在图4A中示意地图解说明了电气控制系统300。在电气控制系统300中,监视器310与致动器128、致动器161、压力传感器140、流体速度传感器170和颗粒传感器150-1、150-2信号通信。应意识到的是,监视器310包括电气控制器。监视器310包括处理逻辑316(例如,中央处理单元(CPU)316)、存储器314、以及可选的图形用户界面(GUI)312,GUI 312允许用户查看数据和将数据输入监视器310。监视器310可以是在美国专利No.8,386,137中公开的类型。例如,监视器310可以是包括可视显示器和用户界面(优选为触摸屏图形用户界面(GUI))的种植机监视系统。触摸屏GUI优选被支撑在外壳内,所述外壳还容纳微处理器、存储器和其他适用的硬件和软件,用于接收、存储、处理、通信、显示和进行各种特征和功能。种植机监视系统优选与各种外部设备和传感器协作和/或对接。
图4B中图解说明了备选的电气控制系统350,它包括模块320。模块320从压力传感器140、流体速度传感器171和颗粒传感器150-1、150-2接收信号,所述信号可被提供给监视器310以在GUI 312上输出。模块320还可以向致动器128和致动器161提供控制信号,所述控制信号可以基于操作者对监视器310的输入。
在闭环反馈控制的操作中,监视器310从压力传感器、流体速度传感器和/或颗粒传感器150-1、150-2接收信号。监视器310使用压力信号、流体速度信号和/或颗粒信号来设定致动器128的选定位置,以控制阀门127来调节离开塔126的空气量。监视器310向致动器128发送信号以实现这种改变。这又控制次级产品管线122中的空气流量,以便以适当的力和/或速度将种子/肥料输送到沟槽中,从而将种子/肥料放置在沟槽中而不会使种子/肥料弹出沟槽。
在一个例子中,模块320位于机具上或拖拉机上。模块320从位于机具上的传感器接收传感器数据。模块处理传感器数据以进行本文中讨论的方法的操作,或者模块将传感器数据发送到处理逻辑以进行本文中讨论的方法的操作。
除了测量颗粒的压力或速度之外,还可以测量流体(空气)的速度。超声波速度传感器能够测量流体速度。
图5图解说明按照一个实施例的用于检测通过产品管线或管道的流量的超声波传感器。超声波传感器500置于管线522(例如,次级产品管线)或管道522上,或者紧邻管线522或管道522。传感器(或超声波流量计)使用一定频率(例如,大于20kHz,约0.5MHz)的声波或振动。传感器500使用管线或管道周界上的湿式或非湿式换能器来将超声波能量与在管线或管道中流动的流体耦合。在一个例子中,传感器利用多普勒效应工作,其中具有发射器的换能器504发射波束530。通过和在管线522内的流体在一起的颗粒和气泡的反射,波束530的透射频率被线性改变,从而产生由换能器502的接收器接收的多普勒反射540。波束530的频率和反射540的频率之间的频移可以直接与具有流动方向510的流体(例如,液体、空气)的流率相关。所述频移与管线或管道中的物料的流率成线性比例,并且可用于产生与流体的流率成比例的模拟或数字信号。
在已知管线522或管道522的内径(D)的情况下,体积流率(例如,加仑/分钟)等于K*Vf*D2。在这个例子中,Vf是流速,K是取决于Vf和D的单位的常数。
图6图解说明按照一个实施例的用于检测通过产品管线或管道的流量的超声波传感器(例如,渡越时间流量计)。渡越时间流量计(例如飞行时间流量计、传播时间流量计)测量在沿着和逆着流体(例如,液体、空气)的流动的单个路径中传输的脉冲之间的传播时间差。传感器600具有带有换能器602和604的壳体650。传感器600置于管线622(例如,次级产品管线)或管道622上,或者紧邻管线622或管道522。
在如图6中图解所示的一个例子中,传感器利用换能器602和604工作。每个具有发射器和接收器的换能器以角度θ(例如,大约45°)交替发射和接收作为波束630和640的超声波能量突发。在同一路径上测量的上游方向与下游方向的渡越时间差(Tu-Td)可以用于计算通过管线或管道的流量:
V=K*D/sin2θ*1/(T0-τ)2ΔT
V是流动流体的平均速度,K是常数,D是管线或管道的直径,θ是超声波突发波的入射角,T0为零流量渡越时间,ΔT为T2-T1,T1是突发波(波束630)从换能器602到换能器604的渡越时间,T2是突发波(波束640)从换能器604到换能器602的渡越时间,τ是突发波通过管线622或管道的渡越时间。流速与上游和下游渡越时间之间的测量差成正比。通过将管线或管道的横截面积乘以流速来确定体积流量的量度。体积流量可以通过可选的基于微处理器的转换器690或电气控制系统300或350来确定。具有流体路径610的流体需要是声能的合理导体。
如前所述,农业装备上的种子或肥料传感器通常是光学传感器。当颗粒(种子或肥料)通过光学传感器时,光束被遮挡,从而检测颗粒。如果频率足够低的话,这些颗粒检测的频率可用于确定种植密植度。然而,对于高流量作物,比如小麦或者肥料,尺寸为25mm或32mm的典型光学传感器没有足够大的横截面积来感测单个颗粒,于是使得来自这些传感器的颗粒计数不可靠和不准确。因此,将在经历这些较高频率的机具(比如气力播种机)上使用的光学传感器被称作遮挡传感器,因为这些传感器只能报告它们是否看到颗粒。
在气力播种机上使用的遮挡传感器不报告足够的种子脉冲以正确地报告种子数/英亩。气力播种机使用显示没有单位的密植度的“种子分配”度量。当播种速率太高,并且传感器上的电压下拉不经常发生时,这可能是个问题,导致报告的密植度较低。
然而,对于给定传感器和颗粒类型(例如,玉米、小麦、高粱、大麦、燕麦、油菜籽、肥料等),可以测量光学传感器检测颗粒的时间与实际颗粒频率之间的关系(如下所述)。如果对于某些颗粒可以导出该关系,则可以使用测量的光学传感器的占空比来计算估计的颗粒频率,估计的颗粒频率随后可以用于基于诸如行速度、行间距之类的其他已知变量来计算估计的密植度。
流量光学传感器的占空比可用于计算估计的产品或颗粒频率,估计的产品或颗粒频率随后可以用于基于诸如行速度或行间距之类的其他已知变量来计算估计的密植度。
通过知道传感器的占空比,可以进行其他数学运算以产生有用的度量,比如“相对频率”,用户(例如操作者,农民)可以使用“相对频率”来比较去往机具上每一行的颗粒的数量,并识别引起行与行之间变化的机械问题。
图8图解说明使用占空比来确定颗粒和密植度度量的方法800的一个实施例的流程图。方法800由处理逻辑进行,所述处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(比如在通用计算机系统或专用机器或设备上运行的软件),或两者的组合。在一个实施例中,方法800由电子控制系统(例如,电子控制系统300、电子控制系统350、机器、设备、具有CPU316的监视器310、模块320、显示设备、用户设备、自导设备、自走式设备等)的处理逻辑(例如,处理逻辑316)进行。电子控制系统或处理系统(例如,处理系统1220、1262)用处理逻辑执行软件应用或程序的指令。软件应用或程序可以由电子控制系统或处理系统启动。在一个例子中,监视器或显示设备接收用户输入,并为方法800的操作提供定制的显示。
在操作802,软件应用在电子控制系统或处理系统上被启动,并作为用户界面显示在监视器或显示设备上。电子控制系统或处理系统可以与进行施用阶段(pass)(例如种植、耕作、施肥)的机器集成或耦合。或者,处理系统可以和与在施用阶段期间捕捉图像的机器关联的设备(例如,无人机、图像捕捉设备)集成。
在操作804,所述方法确定用于感测通过农机具的产品或颗粒管线的产品或颗粒的流量的至少一个传感器(例如,光学传感器、传感器140、150-1、150-2、171,换能器502、504、602、604)的占空比。所述管线将产品或颗粒供给到农田。
在操作806,所述方法基于所述至少一个传感器的占空比,测量流经农机具的管线的产品或颗粒的量。在操作808,所述方法在特定GPS位置绘制所述至少一个传感器的占空比,以便生成农田的空间地图。
在操作810,监视器或显示设备在用户界面上显示表示用于所述机具的至少一个传感器的平均、最高和最低占空比的度量。在操作812,监视器或显示设备在用户界面上显示表示所述机具的至少一个传感器的占空比的范围(例如,最大占空比-最小占空比)的度量。
图9图解说明使用占空比来估计颗粒频率度量的方法900的一个实施例的流程图。方法900由处理逻辑进行,所述处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(比如在通用计算机系统或专用机器或设备上运行的软件),或两者的组合。在一个实施例中,方法900由电子控制系统(例如,电子控制系统300、电子控制系统350、机器、设备、具有CPU316的监视器310、模块320、显示设备、用户设备、自导设备、自走式设备等)的处理逻辑(例如,处理逻辑316)进行。电子控制系统或处理系统(例如,处理系统1220、1262)用处理逻辑执行软件应用或程序的指令。软件应用或程序可以由电子控制系统启动。在一个例子中,监视器或显示设备接收用户输入,并为方法900的操作提供定制的显示。
在操作902,启动软件应用,并作为用户界面显示在监视器或显示设备上。电子控制系统或处理系统可以与进行施用阶段(pass)(例如种植、耕作、施肥)的机器集成或耦合。或者,电子控制系统或处理系统可以和与在施用阶段期间捕捉图像的机器关联的设备(例如,无人机、图像捕捉设备)集成。
在操作904,所述方法确定用于感测通过农机具的种子或颗粒管线的种子或颗粒的流量的至少一个传感器(例如,光学传感器,传感器140、150-1、150-2、171,换能器502、504、602、604)的占空比。所述管线将种子或颗粒供给到农田。
在操作906,所述方法确定占空比与给定种子或颗粒类型和种子或颗粒尺寸之间的关系,以估计每秒通过传感器的光路的种子数或颗粒数。每秒的种子数或颗粒数的该估计值被称为估计频率(Hz)。在一个例子中,对于较低的占空比(例如,0~25%、0~60%范围),线性方程将估计频率与占空比联系起来。所述线性方程如下。
Y=m*x+b,其中Y=种子或颗粒的估计频率,m=介于1和10之间的常数,x=至少一个传感器的占空比,b=0。
在另一个例子中,对于较高的占空比(例如,25~100%、60~100%范围),指数方程将估计频率与占空比联系起来。所述指数方程如下。
Y=a*e^(bx),其中Y=种子或颗粒的估计频率,a=介于5和100之间的常数,x=至少一个传感器的占空比,b=介于0.01和10之间的常数。
图16图解说明按照一个实施例的估计频率与占空比的图表。在较低的占空比(0~50%或0~25%占空比)下使用线性方程1610,在较高的占空比(50~100%占空比)下使用指数方程1612,以基于占空比确定估计频率。从线性方程1610到指数方程1612的切换不一定在特定的占空比下发生。该转变可以在介于0和100%占空比之间的任何范围内发生。例如,在一种情况下,较低的占空比可以是0~25%,而较高的占空比是大于25%~100%。在另一个实施例中,可以在0~100%的整个占空比范围内使用非线性方程。
返回图9,在操作908,所述方法在特定GPS位置绘制给定传感器或行的种子或颗粒的估计频率(Hz),以便生成农田的空间地图。
在操作910,所述方法基于计算给定行的估计频率除以农机具的所有传感器的平均频率来确定相对频率,然后比较农机具上的各行之间(一次在一组或所有传感器上)的相对频率,以确定哪些行具有较高或较低的速率,以便估计每秒通过传感器的光路的种子数或颗粒数。
在操作912,所述方法在特定GPS位置绘制给定传感器或行的相对频率,以便生成给定农田的空间地图。
在操作914,所述方法使用相对频率的标准偏差作为量化机具的颗粒均匀性的性能度量。
图10图解说明使用占空比来估计颗粒频率度量的方法1000的一个实施例的流程图。方法1000由处理逻辑进行,所述处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(比如在通用计算机系统或专用机器或设备上运行的软件),或两者的组合。在一个实施例中,方法800由电子控制系统(例如,电子控制系统300、电子控制系统350、机器、设备、具有CPU316的监视器310、模块320、显示设备、用户设备、自导设备、自走式设备等)的处理逻辑(例如,处理逻辑316)进行。电子控制系统或处理系统(例如,处理系统1220、1262)用处理逻辑执行软件应用或程序的指令。软件应用或程序可以由电子控制系统或处理系统启动。在一个例子中,监视器或显示设备接收用户输入,并为方法1000的操作提供定制的显示。
在操作1002,软件应用在电子控制系统或处理系统上被启动,并作为用户界面显示在监视器或显示设备上。处理系统或电子控制系统可以与进行施用阶段(pass)(例如种植、耕作、施肥)的机器集成或耦合。或者,处理系统或电子控制系统可以和与在施用阶段期间捕捉图像的机器关联的设备(例如,无人机、图像捕捉设备)集成。
在操作1004,所述方法在实验室中确定估计频率和实际频率之间的关系,然后使用该关系将估计频率(Hz)值校准为估计流率(例如种子/秒)。在操作1006,所述方法通过获知农机具的行间距和行速度,将估计的流率转换成估计的密植度(例如,种子数/英亩或质量/英亩(每粒种子的质量乘以种子数))或另外的面积测量单位。在操作1008,所述方法在特定GPS位置绘制用于某一行的给定传感器的估计流量,以便生成农田的空间地图。在操作1010,所述方法在监视器或显示设备上显示农田的估计流量的空间地图。在操作1012,所述方法在监视器或显示设备上,与包括下压力数据的机具数据、土壤测试机具数据(比如,土壤水分数据、有机质数据、土壤温度数据)和沟槽封闭数据中的一个或多个组合地显示种子分配、种子均匀性、传感器输出、估计的流量、种子总数和平均种子数中的一个或多个。
图11图解说明按照一个实施例的具有用户界面1101的监视器或显示设备,所述用户界面1101具有包括种子分配的定制农业选项。启动的电子控制系统或处理系统的软件应用(例如,现场应用)生成由监视器或显示设备显示的用户界面1101。
软件应用可以提供可由用户选择的不同显示区域。在一个例子中,显示区域包括标准选项1102、度量选项1104和大地图选项1106,以控制字段区域中显示的地图的大小。另外,在一个例子中,显示区域包括具有可选择选项1110的种子均匀性区域、低行区域1111和高行区域1112。种子均匀性区域显示从仪表板小图表(dashboard minichart)(DMC)区域1150的DMC值的标准偏差计算的数字。低行区域1111显示农机具的行单元的最低估计种子或颗粒频率除以(所有行单元的平均估计种子或颗粒频率*100)所得的值。高行区域1112显示农机具的行单元的最高估计种子或颗粒频率除以(所有行单元的平均估计种子或颗粒频率*100)所得的值。
DMC区域1150包括行单元的种子或颗粒估计频率/(所有行单元的平均估计频率*100)的标准化值(例如120、100、80)。在一个例子中,中间值被设定为100。
图12图解说明按照一个实施例的具有用户界面1201的监视器或显示设备,所述用户界面1201具有包括用于农机具的塔信息的定制农业选项。启动的处理系统的软件应用(例如,现场应用)生成由监视器或显示设备显示的用户界面1201。
软件应用可以提供可由用户选择的不同显示区域。在一个例子中,当从用户界面1101中选择种子分配选项1110时,生成具有塔信息的用户界面1201。每个塔的塔信息包括具有来自区域1250的DMC值和塔上各行的平均估计种子或颗粒频率/(塔的所有行的平均估计频率*100)的可选择塔选项。
DMC区域1250包括行单元的种子或颗粒估计频率/(所有行单元的平均估计频率*100)的标准化值(例如120、100、80)。在一个例子中,中间值被设定为100。
当选择某个塔(例如,塔4)时,生成用户界面1301,如图13中图解所示。用户界面1301包括在用户界面1201中图解所示的塔4的相同塔信息。DMC区域1350包括塔4的一个行单元的种子或颗粒估计频率/各个行单元的(平均估计频率*100)的标准化值(例如120、100、80)。在一个例子中,中间值被设定为100。
图14图解说明按照一个实施例的具有用户界面1401的监视器或显示设备,所述用户界面1401具有包括种子数据处理模块(比如精密种植有限责任公司(PrecisionPlanting LLC)的智能连接器),和农机具的种子均匀性信息的定制农业选项。电子控制系统或处理系统的启动的软件应用(例如,现场应用)生成由监视器或显示设备显示的用户界面1401。
软件应用可以提供可由用户选择的不同显示区域。在一个例子中,用户界面的显示区域包括用于感测通过农机具上的种子或颗粒管线的种子或颗粒的传感器信息,种子均匀性1410和种子总数1420。种子均匀性是基于行单元(例如1-11)的种子或颗粒的估计频率/(所有行单元的种子或颗粒的平均估计频率)来计算的。种子总数指示对于某个行单元,传感器在单位时间内感测的种子的总数。
图15图解说明按照一个实施例的具有用户界面1501的监视器或显示设备,所述用户界面1501具有包括种子均匀性的定制农业选项。电子控制系统或处理系统的启动的软件应用(例如,现场应用)生成由监视器或显示设备显示的用户界面1501。
软件应用可以提供可由用户选择的不同显示区域。在一个例子中,显示区域包括标准选项1502、度量选项1504和大地图选项1506,以控制字段区域中显示的地图的大小调整。另外,在一个例子中,显示区域包括具有可选择选项的种子均匀性区域1510、低行区域1511和高行区域1512。种子均匀性区域1510显示所有行的种子密植度的标准偏差(例如,行单元的估计种子或颗粒频率除以(所有行单元的平均估计种子或颗粒频率)*常数)。仪表板小图表(DMC)区域1550表示180,000的估计流量,其中一半的值大于180,000,一半的值小于180,000。低行区域1511显示农机具的所有行单元的某个行单元的最低种子均匀性(例如,某个行单元的估计种子或颗粒频率除以(所有行单元的平均估计种子或颗粒频率*100))。高行区域1512显示农机具的所有行的最高种子均匀性(例如,某个行单元的估计种子或颗粒频率除以(所有行单元的平均估计种子或颗粒频率*100))。传感器输出区域1520显示行单元的传感器的平均占空比,具有最低传感器占空比的低传感器输出1521和具有最高传感器占空比的高传感器输出1522。在一个例子中,传感器具有第一电压电平和第二电压电平。占空比是基于传感器在第一电压电平(例如,小于1伏)下工作的时间的百分比来计算的。传感器基于感测通过传感器的光路的种子或颗粒,从第一电压电平切换到第二电压电平,或者反之亦然。
估计流量区域1530显示具有最低估计流量1531和最高估计密植度1532的估计种子密植度。种子或颗粒传感器的占空比用于计算估计频率,估计频率随后用于计算流量数值。
在一个实施例中,传感器的估计颗粒频率可以基于从测量的占空比、颗粒类型、颗粒尺寸和颗粒形状中选择的一个或多个性质来计算。在另一个实施例中,估计颗粒频率可以基于频率-占空比关系的按经验确定的查找表或拟合方程来估计。在另一个实施例中,估计颗粒频率可以基于通过校准过程或校准的流量基准确定的单个校准常数来估计。在另一个实施例中,估计颗粒频率-占空比校准曲线可由控制系统随时间自学习。当收集到更多的数据时,可以基于数据调整校准曲线。在另一个实施例中,占空比-估计颗粒频率的关系可以最初使用基于标称经验数据和颗粒性质的固定关系,然后更改为基于测量(或自学习)的数据的修正关系。
监视器或显示设备还可以与包括下压力数据的机具数据、土壤测试机具数据(比如,土壤水分数据、有机质数据、土壤温度数据)和沟槽封闭数据中的一个或多个组合地显示本文中讨论的任何参数或度量(例如,种子分配、种子均匀性、传感器输出、估计的流量、种子总数,平均种子数、密植度)。
例证的度量包括高行、低行和平均(对于任何值)度量、密植度(包括命令的密植率和实际的密植率)、单株率(singulation)、跳跃(skips)、复播(multiples)、平顺性(平顺性良好)、间距良好、下压力、地接触、速度和真空。通过引用包含在本文中的美国专利No.8,078,367中的图5和6、美国专利No.9,955,625和U.S.6,070,539提供了这些相同度量中的一些的例子。美国专利No.8,078,367和美国专利No.9,955,625通过引用包含在本文中。
土壤测试机具数据的例子可在WO2019070617A1中找到,该文献通过引用包含在本文中。图20、22、45、48、50、51、52、71和72提供了包括有机质、土壤湿度、温度、深度、土壤组分、良好间距,种子发芽湿度、空隙、湿度均匀性、湿度变化性、出苗环境得分、种子环境得分、以及种子环境得分性质的土壤测试机具数据(例如,土壤设备数据)的例子。所述机具的例子是精密种植有限责任公司(Precision Planting LLC)的SmartFirmer传感器。
封闭信息的例子可以在国际专利WO2017197274、2018年11月15日提交的PCT/US2018/061388和2019年3月2日提交的国际专利PCT/US2019/020452中找到,这些文献通过引用包含在本文中。
图17表示按照一个实施例的系统1200的例子,系统1200包括机器1202(例如,拖拉机、联合收割机等)和机具1240(例如,种植机、行侧施肥杆、中耕机、犁、喷洒器、撒布机、灌溉机具等)。机器1202包括处理系统1220、存储器1205、机器网络1210(例如,控制器局域网(CAN)串行总线协议网络、ISOBUS网络等)、以及用于与包括机具1240的其他系统或设备通信的网络接口1215。机器网络1210包括传感器1212(例如,速度传感器、光学传感器)、用于控制和监视机器或机具的操作的控制器1211(例如,GPS接收器、雷达单元)。网络接口1215可以包括GPS收发器、WLAN收发器(例如,WiFi)、红外收发器、蓝牙收发器、以太网或用于与包括机具1240的其他设备和系统通信的其他接口中的至少一个。网络接口1215可以与机器网络1210集成,或者可以与机器网络1210分离,如图12中图解所示。I/O端口1229(例如,诊断/车载诊断(OBD)端口)使得能够与其他数据处理系统或设备(例如显示设备、传感器等)通信。
在一个例子中,该机器进行拖拉机的操作,所述拖拉机联接到用于种植应用和应用期间的种子或颗粒感测的机具。机具的每个行单元的种植数据和种子/颗粒数据可以在应用时与位置数据关联,以便更好地了解田地的每行和每个区域的种植和种子/颗粒特性。与种植应用和种子/颗粒特性关联的数据可以显示在显示设备1225和1230中的至少一个上。显示设备可以与其他组件(例如,处理系统1220、存储器1205等)集成以形成监视器300。
处理系统1220可以包括一个或多个微处理器、处理器、片上系统(集成电路)、或一个或多个微控制器。该处理系统包括用于执行一个或多个程序的软件指令的处理逻辑1226,和用于经由机器网络1210或网络接口1215往来于机器发送和接收通信,或经由机具网络1250或网络接口1260往来于机具发送和接收通信的通信单元1228(例如,发送器、收发器)。通信单元1228可以与处理系统集成,或者与处理系统分离。在一个实施例中,通信单元1228经由I/O端口1229的诊断/OBD端口与机器网络1210和机具网络1250数据通信。
包括一个或多个处理器或处理单元的处理逻辑1226可以处理从通信单元1228接收的通信,包括农业数据(例如GPS数据、种植应用数据、土壤特性、从机具1240和机器1202的传感器感测的任何数据等)。系统1200包括用于存储数据和供处理系统执行的程序(软件1206)的存储器1205。存储器1205例如可以存储软件组件(比如用于种子/颗粒的分析的种植应用软件或种子/颗粒软件和进行本公开的操作的种植应用,或任何其他软件应用或模块)、图像(例如,农作物、种子、土壤、犁沟、土块、行单元等的捕捉图像)、警报、地图等。存储器1205可以是任何已知形式的机器可读非临时性存储介质,诸如半导体存储器(例如,闪存;SRAM;DRAM等),或非易失性存储器,比如硬盘或固态驱动器。该系统还可以包括音频输入/输出子系统(未图示),所述音频输入/输出子系统可以包括麦克风和扬声器,例如用于接收和发送语音命令,或用于用户认证或授权(例如,生物特征识别)。
处理系统1220分别经由通信链路1231-1236与存储器1205、机器网络1210、网络接口1215、头部(header)1280、显示设备1230、显示设备1225和I/O端口1229双向通信。处理系统1220可以与存储器1205集成,或者与存储器1205分离。
显示设备1225和1230可以为用户或操作者提供视觉用户界面。显示设备可以包括显示控制器。在一个实施例中,显示设备1225是具有触摸屏的便携式平板设备或计算设备,所述触摸屏显示数据(例如,种植应用数据,捕捉的图像,局部化视图地图层,不同的测量的种子/颗粒数据、即时种植或即时收割数据或其他农业变量或参数的高清晰度田地地图,产量图,警报等)和由农业数据分析软件应用生成的数据,并接收来自用户或操作者的关于田地区域的分解视图、监测和控制田地操作的输入。所述操作可以包含机器或机具的配置、数据的报告、包括传感器和控制器的机器或机具的控制、以及生成的数据的存储。显示设备1230可以是显示器(例如,由原始装备制造商(OEM)提供的显示器),它显示用于局部化视图地图层的图像和数据,测量的种子/颗粒数据,即时应用流体应用数据,即时种植或即时收割数据,产量数据,种子发芽数据,种子环境数据,控制机器(例如、种植机、拖拉机、联合收割机、喷洒器等),操控机器,以及用位于机器或机具上的传感器和控制器监视机器或连接到机器的机具(例如、种植机、联合收割机、喷洒器等)。
驾驶室控制模块1270可包括用于启用或禁用机器或机具的某些组件或设备的附加控制模块。例如,如果用户或操作员不能使用一个或多个显示设备来控制机器或机具,那么驾驶室控制模块可以包括用于停止或关闭机器或机具的组件或设备的开关。
机具1240(例如,种植机、中耕机、犁、喷洒器、撒布机、灌溉机具等)包括机具网络1250、处理系统1262、网络接口1260、以及用于与包括机器1202的其他系统或设备通信的可选输入/输出端口1266。机具网络1250(例如,控制器局域网(CAN)串行总线协议网络、ISOBUS网络等)包括用于将流体从一个或多个储罐1290泵送到机具的施用单元1280、1281,...N的泵1256、传感器1252(例如,雷达、导电性、电磁、力探针、速度传感器,用于检测种子/颗粒的通过的种子/颗粒传感器,用于检测土壤或沟槽的特性的传感器(所述土壤或沟槽的特性包括密度不同的多个土壤层、基于每层的密度的从第一土壤层到第二土壤层的过渡深度、土壤层之间的密度层差的大小、土壤密度跨土壤深度的变化率、土壤密度变化性、土壤表面粗糙度、渣垫厚度、土壤层密度、土壤温度、种子存在性、种子间距、种子固着率、以及土壤残留物存在性),用于感测土壤有机质、土壤湿度、土壤质地、以及土壤阳离子交换能力(CEC)中的至少一个的至少一个光学传感器,联合收割机的下压力传感器、致动器阀门、湿度传感器或流量传感器,机器的速度传感器,种植机的种子力传感器,喷洒器的流体施用传感器,或机具的真空度、提升、降低传感器、流量传感器等)、控制器1254(例如,GPS接收器)、以及用于控制和监视机具的操作的处理系统1262。泵控制和监视由机具进行的流体向农作物或土壤的施用。可以在作物生长发育的任何阶段进行流体施用,包括在种植种子时在种植沟槽内施用,邻近种植沟槽在单独的沟槽中施用,或在靠近具有种子或作物生长的种植区域(例如,在玉米或大豆行之间)的区域中施用。
例如,控制器可以包括与多个种子传感器通信的处理器。处理器被配置成处理数据(例如,流体施用数据、种子传感器数据、土壤数据、犁沟或沟槽数据),并将处理后的数据发送到处理系统1262或1220。控制器和传感器可以用于监视包括用于改变种植密植度的变速驱动系统的种植机上的电动机和驱动器。控制器和传感器还可提供幅宽控制,以关闭种植机的单个行或部分。传感器和控制器可以感测分别控制种植机的每个行的电动机的变化。这些传感器和控制器可以感测种植机的每个行的种子管中的种子输送速度。
网络接口1260可以是用于与包括机器1202的其他设备和系统通信的GPS收发器、WLAN收发器(例如,WiFi)、红外收发器、蓝牙收发器、以太网或其他接口。网络接口1260可以与机具网络1250集成,或者与机具网络1250分离,如图24中图解所示。
处理系统1262分别经由通信链路1241-1243与机具网络1250、网络接口1260和I/O端口1266双向通信。
机具通过有线(并且还可能通过无线)双向通信1204与机器通信。机具网络1250可以直接与机器网络1210通信,或者可以经由网络接口1215和1260与机器网络1210通信。机具还可以通过物理联接到机器进行农业操作(例如,种子/颗粒感测、种植、收割、喷洒等)。
存储器1205可以是机器可访问的非暂时性介质,上面存储了体现本文中所述的方法或功能中的任何一个或多个的一组或多组指令(例如,软件1206)。在系统1200执行软件1206的过程中,软件1206还可以完全或至少部分地驻留在存储器1205内和/或处理系统1220内,存储器和处理系统也构成机器可访问存储介质。软件1206还可以经由网络接口1215通过网络发送或接收。
在一个实施例中,机器可访问非临时性介质(例如,存储器1205)包含可执行的计算机程序指令,当由数据处理系统执行时,所述可执行计算机程序指令使系统进行本公开的操作或方法。尽管在例证实施例中,机器可访问非临时性介质(例如,存储器1205)被表示成单个介质,不过术语“机器可访问非临时性介质”应被视为包括存储所述一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如,集中式或分布式数据库,和/或关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可访问非临时性介质”还应被视为包括能够存储、编码或携带一组指令以供机器执行,并使机器进行本公开的方法中的任意一个或多个的任何介质。因而,术语“机器可访问非临时性介质”应被视为包括但不限于固态存储器、光和磁介质、以及载波信号。
Claims (27)
1.一种电子系统,包括:
用于显示数据的显示设备;和
耦接到所述显示设备的处理逻辑,所述处理逻辑被配置成确定用于感测产品或颗粒通过农机具的产品或颗粒管线的流量的至少一个传感器的占空比,并且基于所述至少一个传感器的占空比确定流经农机具的管线的产品或颗粒的量。
2.按照权利要求1所述的电子系统,其中所述处理逻辑被配置成在不同的GPS位置绘制所述至少一个传感器的占空比,以便生成农田的空间地图。
3.按照权利要求1所述的电子系统,其中所述处理逻辑被配置成在不同的GPS位置绘制每行相对于平均占空比或中值占空比的占空比差,以便生成农田的空间地图。
4.按照权利要求1所述的电子系统,其中所述显示设备用于在用户界面上显示表示用于所述机具的所述至少一个传感器的平均、最高和最低占空比的度量。
5.按照权利要求1所述的电子系统,其中所述显示设备用于在用户界面上显示表示每行相对于平均占空比或中值占空比的占空比差的度量。
6.按照权利要求4所述的电子系统,其中所述显示设备在所述用户界面上显示表示所述机具的所述至少一个传感器的占空比的范围的度量。
7.按照权利要求6所述的电子系统,其中所述显示设备在所述用户界面上显示包括下压力数据的机具数据中的一个或多个、土壤数据和沟槽封闭数据中的一个或多个。
8.按照权利要求1所述的电子系统,其中所述至少一个传感器的估计颗粒频率是基于从测量的占空比、颗粒类型、颗粒尺寸和颗粒形状中选择的一个或多个性质计算的。
9.按照权利要求8所述的电子系统,其中所述估计颗粒频率是基于频率-占空比关系的按经验确定的查找表或拟合方程来估计的。
10.按照权利要求8所述的电子系统,其中所述估计颗粒频率是基于通过校准过程或校准流量基准确定的单个校准常数估计的。
11.按照权利要求8所述的电子系统,其中所述控制系统随时间自学习估计颗粒频率-占空比校准曲线。
12.按照权利要求8所述的电子系统,其中占空比-估计颗粒频率关系最初使用基于标称经验数据和颗粒性质的固定关系,然后更改为基于测量数据的修正关系。
13.按照权利要求8所述的电子系统,其中估计的产品或颗粒频率用于基于已知变量计算估计的产品或颗粒密植度,所述已知变量包括农田中的各行的行速度和行间距。
14.一种电气系统,包括:
至少一个传感器,用于感测农机具的流送管线内的种子或颗粒的流量;
用于从所述至少一个传感器接收传感器数据的模块;和
耦接到所述模块的处理逻辑,所述处理逻辑被配置成确定用于感测种子或颗粒的流量的所述至少一个传感器的占空比,并且确定占空比与给定种子或颗粒类型和种子或颗粒尺寸之间的关系,以估计种子或颗粒通过所述至少一个传感器的光路的频率。
15.按照权利要求14所述的电气系统,其中,对于占空比的第一范围,每秒的种子数或颗粒数的所述估计频率基于线性方程。
16.按照权利要求15所述的电气系统,其中,对于占空比的第二范围,每秒的种子数或颗粒数的所述估计频率基于指数方程,其中所述第二范围高于所述第一范围。
17.按照权利要求14所述的电气系统,其中所述处理逻辑被配置成在GPS位置绘制所述至少一个传感器的种子或颗粒的估计频率,以便生成农田的空间地图。
18.按照权利要求14所述的电气系统,其中所述处理逻辑被配置成基于计算农机具的一行单元的估计频率除以农机具的所有行单元的传感器的平均频率来确定相对频率,并且比较农机具上的行单元之间的相对频率。
19.按照权利要求17所述的电气系统,其中所述处理逻辑被配置成在不同GPS位置绘制给定传感器的相对频率,以便生成农田的空间地图。
20.按照权利要求18所述的电气系统,其中所述处理逻辑被配置成使用相对频率的标准偏差来确定量化农机具的种子或颗粒均匀性的性能度量。
21.按照权利要求14所述的电气系统,其中所述至少一个传感器包括光学传感器。
22.按照权利要求14所述的电气系统,其中所述至少一个传感器布置在气力播种机塔的主供给管线中,或者布置在气力播种机塔的至少一个次级供给管线中。
23.一种用于估计至少一个传感器的种子的流量的计算机实现的方法,所述计算机实现的方法包括:
确定农机具的至少一个传感器的种子的流量的估计频率和实际频率之间的关系;和
使用该关系将估计频率(Hz)校准为种子的估计流率。
24.按照权利要求23所述的计算机实现的方法,所述方法还包括:
通过获知农机具的行间距和行速度,将估计的流率转换成按照每英亩或其他面积测量单位的种子数的估计密植度。
25.按照权利要求24所述的计算机实现的方法,所述方法还包括:
在GPS位置绘制一行的所述至少一个传感器的估计流量,以便生成农田的空间地图。
26.按照权利要求25所述的计算机实现的方法,所述方法还包括:
在监视器或显示设备上显示农田的估计流量的空间地图。
27.按照权利要求26所述的计算机实现的方法,所述方法还包括:
在监视器或显示设备上,与包括下压力数据的机具数据、土壤设备数据和沟槽封闭数据中的一个或多个组合地显示种子分配、种子均匀性、传感器输出、估计的流量、种子总数和平均种子数中的一个或多个。
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