CN114600597B - 一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，包括支架，护种板，种勺，漏播检测装置，控制系统和补种装置等。本发明采用“漏播检测+自动补种”的方式能够有效地减少作业成本和劳动强度，并且能够有效地降低漏播率，达到成本少，效率高的目的。采用“错位定位法”，避免因霍尔传感器及漫反射激光对射传感器间产生的感应时间差对检测精度的影响，同时也避免了播种速度变快导致补种不及时的现象。

Description

一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统

技术领域

本发明涉及马铃薯播种技术领域，具体为一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统。

背景技术

我国作为农业大国，马铃薯产量连续多年位居世界第一，但由于马铃薯种植器械化水平较低，目前主要采用人工种植方式，严重阻碍了马铃薯产业的发展。马铃薯播种机是马铃薯产业发展的重要机具，播种质量与马铃薯的生长发育和产量息息相关，而排种装置则对播种质量有着非常重要的作用。

勺链式排种器是目前中小型马铃薯播种机普遍采用的一种播种装置，但在实际工作中由于马铃薯种薯存在形状不规则、流动性差等特征，使得取种困难出现漏播现象从而影响播种的效率和质量。目前主要的解决措施分为人工补种、优化排种器的结构和作业参数，但人工补种会增加工作时间和工作成本，并且人工补种还会因为播种机运动速度较快，难以准确检测漏播位置，人工不能及时补种从而导致漏播现象；优化排种器的结构和作业参数仍然会有7%的漏播率。因此，采用“漏播检测+自动补种”的方式能够有效地减少作业成本和劳动强度，并且能够有效地降低漏播率，达到成本少，效率高的目的；在排种系统中增加漏播检测系统及补偿装置是降低漏播率的重要途径。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述不足提供一种适用于马铃薯种薯形状不规则、流动性差的马铃薯播种机漏播检测与补种系统。

一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，其特征在于，包括：支架1，护种板3，种勺11，漏播检测装置6，控制系统10和补种装置4。

所述漏播检测装置6包括霍尔传感器8、漫反射光电开关传感器7；所述漫反射光电开关传感器7为2个，包括漫反射光电开关传感器7a和漫反射光电开关传感器7b，分别错位安装于所述护种板3两侧，所述漫反射光电开关传感器7a比所述漫反射光电开关传感器7b低20mm，所述漫反射光电开关传感器7检测所述种勺11内是否存在种薯；所述霍尔传感器8安装于所述漫反射光电开关传感器7a上方；所述种勺11靠近所述霍尔传感器8一侧安装有圆形永磁铁9，所述霍尔传感器8通过所述圆形永磁铁9判断所述种勺11位置。

所述补种装置4包括V型导种槽16，V型补薯口15，补种箱5，击打装置2；所述补种箱5安装于所述支架1上；所述V型导种槽16位于所述补种箱5开口处下方；所述V型导种槽16与所述V型补薯口15固接；所述V型补薯口15下方带有支座14；所述支座14与所述护种板3连接；所述击打装置2包括电磁铁18和击打棒17，所述电磁铁18安装于所述V型补薯口15延伸板上；所述电磁铁18安装有所述击打棒17，所述击打棒17在所述电磁铁18作用下将种薯击打至补种位置。

进一步，所述霍尔传感器8通过检测所述圆形永磁铁产生的磁场检测所述种勺11的位置，产生一个低电平脉冲反馈给所述控制系统10后；所述控制系统10对所述漫反射光电开关传感器7的状态进行查询，若所述漫反射光电开关传感器7对应的所述种勺11内无种薯，则不能遮挡所述漫反射光电开关传感器7发出的激光，产生高电平脉冲；若所述漫反射光电开关传感器7对应的所述种勺11内有种薯，则会遮挡所述漫反射光电开关传感器7发出的激光，产生低电平脉冲。

所述漫反射光电开关传感器7a和所述漫反射光电开关传感器7b同时产生脉冲，所述控制系统10查询到1个或2个低电平脉冲,所述控制系统10判断所述种勺11充种正常，补种标志位为0；若所述漫反射光电开关传感器7a和所述漫反射光电开关传感器7b均产生高电平脉冲，则所述控制系统10查询到高电平脉冲，所述控制系统10判断所述种勺11漏充种薯，补种标志位变为1。

进一步，所述种勺11经过所述霍尔传感器8时，若所述霍尔传感器8产生的低电平脉冲对应所述控制系统10的补种标志位为0，则不进行补种；若所述霍尔传感器8产生的低电平脉冲对应所述控制系统10的补种标志位为1，则所述控制系统10立即发起补种指令使所述击打棒17在所述电磁铁18作用下快速击打，将所述V型补种口15的种薯击出，完成补种。

所述V型导种槽16内的种薯在重力和振动作用下向下滑动填补空位，进入下一次补种周期。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用一个种箱和一个卸种口，方便装种、换种和卸种，操作方便，精简了传动系统和整机结构，操作方便。

本发明采用霍尔传感器以及漫反射光电开关传感器，带有磁铁的种勺靠近霍尔传感器，霍尔传感器发出低平脉冲反馈给控制器，控制器对漫反射光电开关传感器的状态进行查询，漫反射光电开关传感器通过对射出的激光是否被遮挡发出不同平的脉冲反馈给控制器，由此判断是否充种正常，对漏播的种勺进行补种从而达到补种效果。

本发明采用“错位定位法”，通过上下两个种勺获取种勺位置信息，避免因霍尔传感器及漫反射激光对射传感器间产生的感应时间差对检测精度的影响，同时也避免了播种速度变快导致补种不及时的现象。

本发明采用直径30mm、长度为50mm的圆柱形击打头，方便安装、卸下，横截面积及长度适中，降低马铃薯破损率，同时使击打头有足够大的强度。

本发明采用V型导种槽，使得补种过程中马铃薯种薯在V型上连续、均匀分布，降低了在补种过程中的堵塞率，也避免出现重复补种现象。

本发明采用模块化设计，整体采用螺栓连接，结构简单，方便调节、安装、拆卸，工作可靠。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明漏播检测装置示意图。

图3为本发明图补种装置示意图。

图4为本发明的漏播检测与补种的控制流程示意图。

上述图中：1、支架；2、击打装置；3、护种板；4、补种装置；5、补种箱；6、漏播检测装置；7、漫反射光电开关传感器；8、霍尔传感器；9、圆形永磁体；10、控制系统；11、种勺；12a、前侧支撑板；12b、后侧支撑板；13、补种装置安装孔；14、支座；15、V型补薯口；16、V型导种槽；16a、左侧支撑板；16b、右侧支撑板；17、击打棒；18、电磁铁；19、电磁铁安装孔。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达到发明预期所采取的技术手段及功效，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的结构、实施方式、实施功效、特征，详细说明如后。

参见图1，本发明的一个实施例提出的是一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，包括：支架1，护种板3，种勺11，漏播检测装置6，控制系统10和补种装置4。

参见图2，漏播检测装置包括霍尔传感器8、漫反射光电开关传感器7；本实施选用HM18-50NA型霍尔传感器，BF-M12JG-DS15C1型漫反射光电开关传感器。

进一步参见图2，漫反射光电开关传感器7为2个，包括漫反射光电开关传感器7a和漫反射光电开关传感器7b，分别错位安装于护种板3两侧，漫反射光电开关传感器7a比漫反射光电开关传感器7b低20mm；霍尔传感器8安装于较漫反射光电开关传感器7a上方136.3mm处；种勺11靠近霍尔传感器8一侧安装有圆形永磁铁9，霍尔传感器8通过圆形永磁铁9判断种勺11位置；漫反射光电开关传感器7检测种勺11内是否有种薯，将种勺11内是否有种薯的信息传递至控制系统。

参见图3，补种装置4包括V型导种槽16，V型补薯口15，补种箱5，击打装置2；V型导种槽16由左支撑板16a和右支撑板16b组成；V型补薯口15由前支撑板12a和后支撑板12b组成。

进一步参见图3，V型导种槽16与V型补薯口15固接；V型补薯口15下方带有支座14；支座14与护种板3连接；V型导种槽16的右支撑板向前延伸至V型补薯口15的前支撑板，阻挡V型补薯口15的种薯从后侧滑落。

击打装置2包括电磁铁18和击打棒17，电磁铁18安装于V型补薯口15延伸板上；电磁铁18安装有击打棒17，击打棒17在电磁铁18作用下将种薯击打至补种位置。本实施选用3D打印的圆柱形击打棒17，直径为30mm，长为50mm；在V型导种槽的右支撑板的延长板上开设直径略大于击打棒17的孔，保证击打棒17无干涉收缩。

补种箱5安装于支架1上；V型导种槽16位于补种箱5开口处下方。

补种箱5将种薯输送至V型导种槽16内顺序排放，补种指令启动后击打棒17在电磁铁18作用下快速击打，将V型补薯口15的种薯击入护种槽，完成对漏播种勺的补种；V型导种槽16内的种薯在重力和振动作用下向下滑动填补空位。

本实施采用“错位定位法”进行漏播检测，霍尔传感器8通过检测圆形永磁铁9产生的磁场检测种勺11的位置，产生一个低电平脉冲反馈给控制系统10后；控制系统10对漫反射光电开关传感器7的状态进行查询，若漫反射光电开关传感器7对应的种勺11内无种薯，则不能遮挡漫反射光电开关传感器7发出的激光，产生高电平脉冲；若漫反射光电开关传感器7对应的种勺11内有种薯，则会遮挡漫反射光电开关传感器7发出的激光，产生低电平脉冲。

漫反射光电开关传感器7a和漫反射光电开关传感器7b同时产生脉冲，控制系统10查询到1个或2个低电平脉冲,控制系统10判断种勺11充种正常，补种标志位为0；若漫反射光电开关传感器7a和漫反射光电开关传感器7b均产生高电平脉冲，则控制系统10查询到高电平脉冲，控制系统10判断种勺11漏充种薯，补种标志位变为1。

控制系统10分别与漏播检测装置6和补种装置4连接，漏播检测装置6将漏播信号传递至控制系统10，控制系统10将补种信号传递至补种装置4；本实施设计了具有滤波功能的高精度检测电路，可避免检测过程容易出现尖峰信号对检测产生影响。

本实施采用的补种控制方法如下：种勺11经过霍尔传感器8时，若霍尔传感器8产生的低电平脉冲对应控制系统10的补种标志位为0，则不进行补种；若产生的低电平脉冲对应控制系统10的补种标志位为1，则控制系统10立即发起补种指令使击打棒17在电磁铁18作用下快速击打，将V型补种口15的种薯击出，完成补种。

V型导种槽16内的种薯在重力和振动作用下向下滑动填补空位，进入下一次补种周期。

控制系统10的设计流程图参见图4，系统启动后，首先单片机执行初始化程序，将补种标志位置0，检查漫反射光电开关传感器7和霍尔传感器8是否处于正常工作状态。

进一步参见图4，初始化完成后，系统进入工作状态。霍尔传感器8在当前种勺11经过时产生一个脉冲，如果此时下一个种勺11内有种薯，那么漫反射光电开关传感器7发出的红外射线就会被种薯遮挡，传感器输出低电平信号，单片机内部变量正常播种计数加1；如果此时下一个种勺11内没有种薯，那么红外射线就不会被遮挡，传感器输出高电平，发生漏播，单片机内部变量漏播计数加1。根据补种标志位判断是否进行补种，若补种标志位为0，表明当前种勺11有种薯，不需要补种；若补种标志位为1，表明当前种勺11没有种薯，需要补种，进行补种操作。上述操作完成后，根据漫反射光电开关传感器7检测的下一个种勺11播种情况并重置标志位，若为正常播种，将补种标志位重新设置为0，表明下一个种勺11内有种薯，不需要进行补种；若为漏播，将补种标志位重新设置为1，表明下一个种勺11没有种薯，需要进行补种。补种标志位设置完后刷新TFT液晶显示屏进行新一轮的漏播检测与补种。

本发明的一个实施例提出的是一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，采用“错位定位法”，，避免因霍尔传感器8及漫反射光电开关传感器7间产生的感应时间差对检测精度的影响，同时也避免了播种速度过快造成补种不及时的现象。

本发明的一个实施例提出的是一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，使用V型导种槽16和V型补薯口15，提高种薯在补种装置4上的流动性、排序性。

表1 漏播检测装置检测精度的试验结果

表1的结果表明马铃薯漏播检测系统精度均高于95%。播种数量监测平均相对误差为0.57%，漏播率的监测平均相对误差为3.03%，表明漏播检测精度比较稳定。

表2 漏播检测与补种系统的补种试验结果

表2的结果表明当大功率mos管通断时间为250ms,勺链的速度为0.25m/s时，补种率最大为96%，满足补种的要求，且该勺链速度符合马铃薯播种时的正常行进速度。

本发明的一个实施例提出的是一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，可以应用在勺链式马铃薯播种机的多种机型上，每套系统之间相互独立，能够及时准确地完成多行播种的漏播检测及补种。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，不脱离本发明技术方案的精神和范围而对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围。

Claims (3)

1.一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，其特征在于，包括：支架(1)、护种板(3)、种勺(11)、漏播检测装置(6)、控制系统(10)和补种装置(4)；

所述漏播检测装置(6)包括霍尔传感器(8)、漫反射光电开关传感器(7)；所述漫反射光电开关传感器(7)为2个，包括漫反射光电开关传感器(7a)和漫反射光电开关传感器(7b)，分别错位安装于护种板(3)两侧，所述漫反射光电开关传感器(7a)比所述漫反射光电开关传感器(7b)低20mm，所述漫反射光电开关传感器(7)检测所述种勺(11)内的种薯情况；所述霍尔传感器(8)安装于所述漫反射光电开关传感器(7a)上方；所述种勺(11)靠近所述霍尔传感器(8)一侧安装有圆形永磁铁(9)，所述霍尔传感器(8)通过所述圆形永磁铁(9)判断所述种勺(11)位置；

所述补种装置(4)包括V型导种槽(16)、V型补薯口(15)、补种箱(5)和击打装置(2)；所述补种箱(5)安装于所述支架(1)上；所述V型导种槽(16)位于所述补种箱(5)开口处下方；所述V型导种槽(16)与所述V型补薯口(15)固接；所述V型补薯口(15)下方带有支座(14)；所述支座(14)与护种板(3)连接；所述击打装置(2)包括电磁铁(18)和击打棒(17)，所述电磁铁(18)安装于V型补薯口(15)延伸板上；所述电磁铁(18)安装有击打棒(17)，所述击打棒(17)在电磁铁(18)作用下将种薯击打至补种位置；

所述霍尔传感器(8)用于对相邻两个种勺(11)中的一个种勺(11)的位置进行判断，所述漫反射光电开关传感器(7)用于对所述相邻两个种勺(11)中的另一个种勺(11)内的种薯进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，其特征在于，所述霍尔传感器(8)通过检测所述圆形永磁铁产生的磁场检测所述种勺(11)的位置，产生一个低电平脉冲反馈给所述控制系统(10)；所述漫反射光电开关传感器(7a)和所述漫反射光电开关传感器(7b)同时产生脉冲，若种勺(11)内无种薯，则不能遮挡漫反射光电开关传感器(7a)和漫反射光电开关传感器(7b)发出的激光，产生高电平脉冲；若所述漫反射光电开关传感器(7a)和漫反射光电开关传感器(7b)对应的所述种勺(11)内有种薯，则会遮挡所述漫反射光电开关传感器(7b)发出的激光，产生低电平脉冲；所述控制系统(10)查询到低电平脉冲,所述控制系统(10)判断所述种勺(11)充种正常，不产生补种标志位；反之，所述控制系统(10)查询到高电平脉冲，所述控制系统(10)判断所述种勺(11)漏充种薯，产生补种标志位。

3.根据权利要求1所述的一种马铃薯播种机漏播检测与补种系统，其特征在于，所述种勺(11)经过霍尔传感器(8)时，若产生的低电平脉冲对应控制系统(10)无补种标志位，则不进行补种；若产生的低电平脉冲对应所述控制系统(10)有补种标志位，则所述控制系统(10)立即发起补种指令使所述击打棒(17)在所述电磁铁(18)作用下快速击打，将所述V型补薯口(15)的种薯击出，完成对漏播种勺的补种；所述V型导种槽(16)内的种薯在重力和振动作用下向下滑动填补空位，进入下一次补种周期。

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