CN114902860A - 收割机产量监测系统及收割机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种收割机产量监测系统及收割机，系统包括：状态检测组件、安装于粮箱内部的称重传感器、安装于升运器上的光电产量传感器和安装在驾驶室内部的控制器；控制器用于根据状态检测组件获取的检测数据确定收割机处于作业状态时，实时获取称重传感器采集的第一粮食重量和光电产量传感器采集的第二粮食重量，当第一粮食重量达到标定阈值时，根据第一粮食重量和第二粮食重量对光电产量传感器进行在线标定，利用标定完成的光电产量传感器获取实时粮食重量。本发明通过称重传感器数据对光电传感器数据进行修正，实现光电传感器的在线标定，标定更加方便，单位时间或单位面积的产量更加准确，并且节省了大量时间，提高了光电测产的推广价值。

Description

收割机产量监测系统及收割机
技术领域
本发明涉及粮食产量监测技术领域，尤其涉及一种收割机产量监测系统及收割机。
背景技术
精细农业通过获取农田内作物产量和影响作物生长的环境因数的空间差异性信息，可对农田内各小区域因地制宜、按需实施定位变量农作，以提高农业投入的有效利用率，是大田农业的重要发展方向。谷物产量在农田中由于土壤特性、灌溉、施肥、病虫草害等因素的影响，同一地块会有不同的产量，产量的高低集中反映了谷物的生长和管理情况，因此，获取准确的产量空间分布信息是实施精细农业的关键。
现有带有产量监测系统的联合收割机，产量监测手段一般采用冲击式谷物流量传感器、光电式容积流量传感器或γ射线技术粮食光电产量传感器，这三种质量流量测量技术各具特色。但传感器的均需安装在籽粒升运器出口附近，均需要连续动态测量，受谷物含水率、谷物的种类、粮食产量差异性、收割速度、地头车辆调整导致流量变化等因素的影响，上述几种测量方案均会产生较大的测量误差。同时上述产量检测方法均存在标定困难问题，常规标定时需要通过把收获的粮食进行地磅称重，称重重量和传感器(冲量式/光电式)检测重量进行对比修正，标定往往随时间和空间的转移需要经常实行。标定的困难往往使得检测技术的应用存在很大缺陷，后果反馈就是检测不准。即现有的带有产量监测系统的联合收割机由于受到各种因素的影响和限制，在实际使用中还存在着测量误差较大、产量空间分辨率不高和系统通用性不强等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种收割机产量监测系统及收割机。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种收割机产量监测系统，包括：用于检测收割机是否处于作业状态的状态检测组件、安装于粮箱内部的称重传感器、安装于升运器上的光电产量传感器和安装于驾驶室内部的控制器；所述控制器用于根据所述状态检测组件获取的检测数据确定收割机处于作业状态时，实时获取称重传感器采集的第一粮食重量和光电产量传感器采集的第二粮食重量，当所述第一粮食重量达到标定阈值时，根据所述第一粮食重量和所述第二粮食重量对所述光电产量传感器进行在线标定，利用标定完成的光电产量传感器获取实时粮食重量。
本发明的有益效果是：利用称重传感器测量大质量物体更加准确，光电传感器测量小质量物体更加准确的特点，通过称重传感器数据对光电传感器数据进行修正，实现了对光电传感器进行在线标定，标定更加方便，单位时间或单位面积的产量更加准确，并且节省了大量时间，提高了光电测产的推广价值，适用范围更广；且称重传感器安装在粮箱内部，避免了由于车身震动、粮箱附加装置等外部因素的影响。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，上述技术方案还包括姿态传感器，所述姿态传感器用于采集车身位置状态；所述控制器用于利用所述车身位置状态对标定完成的光电产量传感器获取的实时粮食重量进行在线修正。
采用上述进一步方案的有益效果是，考虑到车身姿态对产量监测结果的影响，利用姿态传感器采集车身位置状态，根据车身位置状态对标定完成的光电产量传感器获取的实时粮食重量进行在线修正，可有效提高产量监测精度。
进一步，所述车身位置状态包括前后倾角和左右倾角；所述控制器用于根据前后倾角、左右倾角、升运器几何参数以及一个周期内光电产量传感器检测的占空比确定光电PWM信号对应的检测容积；根据谷物容重和光电PWM信号对应的检测容积确定升运器单个刮板的粮食重量；根据所述升运器单个刮板的粮食重量和刮板数量确定实时粮食重量。
采用上述进一步方案的有益效果是，考虑了谷物的占空比、前后倾角和左右倾角三个影响因素，根据上述影响因素和升运器的几何参数共同确定光电PWM信号对应的检测容积，使容积的检测率更加准确，进而可提高升运器单个刮板上粮食重量的检测精度，从而提高实时粮食重量的检测精度。
进一步，所述控制器用于根据前后倾角、左右倾角、升运器几何参数以及一个周期内光电产量传感器检测的占空比确定光电PWM信号对应的检测容积，公式如下：
Figure BDA0003663953330000031
其中，a为升运器刮板的长度，b为升运器刮板的宽度，d为升运器链条的长度，e为升运器链条的宽度，l为谷物堆最大高度；PWM为一个周期内产量传感器检测的占空比，β为前后倾角，收割机下坡时，β角为正；γ为左右倾角。
采用上述进一步方案的有益效果是，考虑了谷物的占空比、前后倾角和左右倾角三个影响因素，根据上述影响因素和升运器的几何参数共同确定光电PWM信号对应的检测容积，使容积的检测率更加准确。
进一步，根据作物容重和光电PWM信号对应的检测容积确定升运器单个刮板的粮食重量，公式如下：
u＝R0*Q*V
其中，u为单个刮板的粮食重量，单位kg；R0为模型系数，是与谷物种类相关的常数；Q为不同作物的容重，单位kg/L；V为光电PWM信号对应的检测容积，单位L。
采用上述进一步方案的有益效果是，考虑了谷物的占空比、前后倾角和左右倾角三个影响因素，根据上述影响因素和升运器的几何参数共同确定光电PWM信号对应的检测容积，使容积的检测率更加准确，进而可提高升运器单个刮板上粮食重量的检测精度。
进一步，根据所述升运器单个刮板的粮食重量和刮板数量确定实时粮食重量，公式如下：
Figure BDA0003663953330000041
其中M为实时粮食重量，单位kg；K0为修正系数＝测得重量/实际重量；i为第i个经过光电传感器的刮板，P为经过光电传感器的总刮板数量；ui为第i个刮板的粮食重量，单位kg。
采用上述进一步方案的有益效果是，考虑了谷物的占空比、前后倾角和左右倾角三个影响因素，根据上述影响因素和升运器的几何参数共同确定光电PWM信号对应的检测容积，使容积的检测率更加准确，进而可提高升运器单个刮板上粮食重量的检测精度，从而提高实时粮食重量的检测精度。
进一步，还包括光电产量传感器的发射端安装底座和接收端安装底座，所述发射端安装底座和接收端安装底座分别固定在升运器壳体两侧壁上，且位置对应；所述发射端安装底座和接收端安装底座上均设有U形孔，所述U形孔对应的升运器壳体侧壁位置上设有对射孔，所述光电产量传感器的发射端和接收端穿过所述U形孔固定在对应的安装底座上，且发射端和接收端的探头对准所述对射孔，所述光电产量传感器的发射端和接收端探头上均固定有防护装置，所述防护装置包括依次连接固定的基座、透镜垫片和玻璃透镜。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过安装底座将光电传感器安装在升运壳体两侧壁上，有效解决了光电式容积传感器安装不便的问题，且安装底座上设置U形孔，可根据需要对传感器的位置进行调节；发射端和接收端探头上均安装有防护装置，防护装置包括依次连接固定的基座、透镜垫片和玻璃透镜，可有效保护光电产量传感器头部，从而免受粮食籽粒的摩擦，且玻璃透镜的存在还不影响光电信号的发射和接收，有效解决了防护困难以及产量检测精度低的问题，提高了产量检测的质量与效率。
进一步，上述技术方案还包括安装于升运器外部的水分检测装置，所述水分检测装置包括连通的集粮壳体和出粮壳体，还包括设置在所述集粮壳体和所述出粮壳体连通处的挡板，所述挡板连接电机，且在所述电机的带动下隔断或连通所述所述集粮壳体和所述出粮壳体，所述集粮壳体内部设置水分传感器和限位开关，所述水分传感器通过检测谷物的介电常数来实时采集粮食含水率；所述限位开关用于检测所述集粮壳体内粮食是否已充满；所述控制器用于根据所述粮食含水率和粮食标准含水率对所述光电产量传感器获取实时粮食重量进行转换，获取标准含水率的实时粮食重量。
采用上述进一步方案的有益效果是，进行水分检测时，通过挡板隔断集粮壳体和出粮壳体，为水分检测提供了稳定的容积和工作环境，水分检测数据采集完成后，电机带动挡板动作，集粮壳体中的粮食进入到出粮壳体，通过出粮壳体的出口进入到升运器无粮食一侧，有效提高了含水率的检测精度，且根据测量的粮食的含水率和粮食标准含水率对测量的粮食实时重量进行调整得到的标准含水率的粮食重量，与实际收割后粮食进行处理后的重量更加接近，提高了产量测量的精度。
进一步，上述技术方案还包括定位终端，所述定位终端用于采集所述收割机的定位信息。
采用上述进一步方案的有益效果是，定位终端可以采集车辆位置及路径信息，将位置信息和产量、发动机转速等数据信息上传运维平台，方便运维平台实时了解车辆的相关信息，还可以结合实时粮食重量生成产量分布图。
进一步，上述技术方案还包括显示终端和无线通信终端；所述控制器用于根据所述定位终端采集的定位信息结合所述实时粮食重量生成产量分布图，将所述实时粮食重量和/或所述产量分布图发送至所述显示终端或通过所述无线通信终端发送至后台服务器。
采用上述进一步方案的有益效果是，可通过显示终端显示实时粮食重量和产量分布图等情况，也可以通过通信终端将上述信息发送至后台服务器，从而形成智能化产量监测网络。
本发明还提供一种收割机，其特征在于，包括上述技术方案所述的收割机产量监测系统。
本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的收割机产量监测系统框图；
图2为本发明实施例提供的称重传感器在粮箱内部的安装结构示意图；
图3为本发明实施例提供的称重传感器总成结构示意图；
图4为本发明实施例提供的称重传感器安装在不同位置时信号采集结果图；
图5为本发明实施例提供的光电产量传感器安装结构示意图；
图6为本发明实施例提供的光电产量传感器的安装底座结构示意图；
图7为本发明实施例提供的光电产量传感器安装座结构示意图；
图8为本发明实施例提供的升运器中的谷物几何模型；
图9为本发明另一实施例提供的收割机产量监测系统框图；
图10为占空比对体积的影响结果图；
图11为前后倾角对体积的影响结果图；
图12为左右倾角对体积的影响结果图；
图13为本发明再一实施例提供的收割机产量监测系统框图；
图14为本发明实施例提供的水分检测装置的主视图；
图15为本发明实施例提供的水分检测装置的后视图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
图1为本发明实施例提供的一种收割机产量监测系统框图。如图1所示，该系统包括：用于检测收割机是否处于作业状态的状态检测组件、安装于粮箱内部的称重传感器、安装于升运器上的光电产量传感器和安装于驾驶室内部的控制器。
所述控制器用于根据所述状态检测组件获取的检测数据确定收割机处于作业状态时，实时获取称重传感器采集的第一粮食重量和光电产量传感器采集的第二粮食重量，当所述第一粮食重量达到标定阈值时，根据所述第一粮食重量和所述第二粮食重量对所述光电产量传感器进行在线标定，利用标定完成的光电产量传感器获取实时粮食重量。
本发明实施例中，状态检测组件可以包括车轮转速传感器、升运器转速传感器、轴流滚筒转速传感器和复脱器转速传感器中的一种或多种。
具体地，可以在变速箱箱盖上安装霍尔转速传感器，测量变速箱内部齿轮转速信号，通过变速箱和边减机构传动比换算得出车辆行走速度；在升运器输出轴末端加装测速齿轮，利用霍尔转速传感器采集测速齿轮转速信号；在轴流滚筒输出轴末端加装测速齿轮，利用霍尔转速传感器采集测速齿轮转速信号；在复脱器输出轴末端加装测速齿轮，利用霍尔转速传感器采集测速齿轮转速信号。
控制器根据车轮、升运器、轴流滚筒、复脱器的转速和联合收割机的离地高度，确定联合收割机是否开始收割，当确定联合收割机开始收割后，执行产量检测。具体地，当升运器的转速、复脱器的转速和轴流滚筒的转速分别在第一数值区间、第二数值区间和第三数值区间，联合收割机的离地高度小于预设高度，车轮的转速大于零时，确认收割机开始收割。其中第一数值区间、第二数值区间和第三数值区间可以根据粮食的种类设定不同的数值。
确定收割机处于作业状态时，控制器同时接收称重传感器的产量信息和光电产量传感器的产量信息，当收割的粮食重量大于称重传感器的设置阈值时，此时控制器将称重传感器的标准重量和光电产量传感器检测重量进行对比，确定标定系数K0＝测得重量/实际重量，从而对光电传感器采集的重量信息进行修正，使得单位时间或单位面积的产量信息更加准确。其中，测得重量为光电产量传感器输出的重量信号；标准重量为将称重传感器测量的进入粮箱的粮食的重量信号经信号转换电路处理后得到的。
下图2所示，称重传感器1安装在粮箱2内部，直接承受粮食的压力，和安装在粮箱底部的称重传感器相比可以避免车体的振动、粮食的附加装置带来的影响，可以采用两个传感器安装在不同的位置，可以补偿由于粮仓内的粮食分布不均与带来的影响。
称重传感器总成结构如图3所示，其中称重传感器1-1为应变压力式传感器，可采集微小的形变，信号由控制器进行采集后，通过控制器内部的放大电路和硬件软件滤波对信号进行放大整形，按照重量换算公式将信号换算为重量信息，重量称重板1-2为粮食的直接压力承载体，通过螺栓和传感器1-1相连，支架1-3安装或焊接在粮箱内。
图4为实际试验过程中，称重传感器安装在不同位置时信号采集结果图。根据图4可以明显得出，传感器安装在粮箱内部时采集的信号更加稳定可靠。
称重传感器在粮箱内承受的压力公式如下所示：
Figure BDA0003663953330000091
其中，P为传感器承受的压力，N；ρ为不同作物的容重，kg/L；g为重力加速度，9.8N/kg；δ为与容器体积相关的常数；h为颗粒物质的堆积高度，m。
称重传感器对于大质量(超多100kg)的检测精度较高，同时标定简单，出厂时标定即可，但对于小质量(小于10kg)或质量变化的数据获取偏差较大，而产量传感器标定完成后对于小质量的数据获取较为准确，结合位置信息可以获取单位面积地块的产量分布，生成产量分布图，为接下来的作业处方图提供数据支撑。
本发明实施例将称重传感器放置在粮箱内部，可有效避免车身震动的影响，直接采集收割过程中粮食的累积重量，不受谷物含水率、谷物种类、流量变化等因素的影响，任何时候只要传感器工作正常，均可进行非连续谷物产量的测量，利用称重传感器的数据对产量传感器实时数据进行修正，获取单位时间或单位面积的精准产量数据，结合亚米级或厘米级精度的定位终端生成产量分布图。
光电产量传感器安装如下图5所示，链条3把升运器刮板4按固定间隔给连接起来，光电传感器分为发射端7和接收端5，收割时通过检测升运器刮板4上的谷物堆厚度从而对粮食重量进行换算。光电产量传感器的发射端和接收端通过安装底座8安装在升运器外壳的两侧，且位置对应。如图6所示，发射端安装底座和接收端安装底座上均设有U形孔15，U形孔15对应的升运器壳体17侧壁位置上设有对射孔16，光电产量传感器的发射端和接收端穿过U形孔15固定在对应的安装底座8上(可通过锁紧垫片和锁紧螺母进行固定，如安装底座内外两侧均设置一个锁紧垫片和一个锁紧螺母)，且发射端和接收端的探头对准对射孔16，光电产量传感器的发射端和接收端探头上均固定有防护装置6。如图7所示，防护装置6包括依次连接固定的基座6-1、透镜垫片6-3和玻璃透镜6-2。一方面防护装置可保护光电产量传感器头部免受粮食籽粒的摩擦，另外一方面透镜的存在还不影响光电信号的发射和接收。
本发明实施例利用称重传感器测量大质量物体更加准确，光电传感器测量小质量物体更加准确的特点，通过称重传感器数据对光电传感器数据进行修正，实现了对光电传感器进行在线标定，标定更加方便，单位时间或单位面积的产量更加准确，并且节省了大量时间，提高了光电测产的推广价值，适用范围更广。称重传感器安装在粮箱内部，避免了安装在粮箱底部由于车身震动、粮箱附加装置等外部因素的影响；可消除随机噪声和背景振动噪声对称重传感器输出信号的影响，提高传感器测产精度，可应用于联合收割机谷物产量在线监测。
本发明实施例的收割机产量监测系统能够进行连续测产，不受收割状态的影响。通过控制器的分析运算，得出当前粮箱粮食重量，同时结合亚米级或厘米级精度的定位终端终端路径和定位信息，得出产量数据。本发明还可同时匹配无线收发程序、数据和路径显示、数据存储和查询等功能。
由于收割时，车身姿态经常变化，而车身姿态会影响产量的监测结果。假设升运器中谷物形状上方的面是一个平面，这样有助于几何模型的建立。由于粮箱中粮食的多少和形状会影响升运器中每个单元占空比的计算、收割机车体前后倾和左右倾影响每个单元中粮食的具体几何形状，因此，本发明实施例考虑了谷物的占空比、前后倾角和左右倾角三个影响因素。建立的升运器中的谷物模型如图8所示。
在一个实施例中，如图9所示，收割机产量监测系统还可以包括姿态传感器，所述姿态传感器用于采集车身位置状态；所述控制器用于利用所述车身位置状态对标定完成的光电产量传感器获取的实时粮食重量进行在线修正。车身位置状态可以包括前后倾角和左右倾角。
在图8所示的模型中d、e所在的几何形状为升运器链条所占的体积，光电产量传感器安装在b边的中点处。所述控制器用于根据前后倾角、左右倾角、升运器几何参数以及一个周期内光电产量传感器检测的占空比确定光电PWM信号对应的检测容积，公式如下：
Figure BDA0003663953330000111
其中，a为升运器刮板的长度，单位cm，b为升运器刮板的宽度，单位cm，d为升运器链条的长度，单位cm，e为升运器链条的宽度，单位cm，l为谷物堆最大高度；单位cm，PWM为一个周期内产量传感器检测的占空比，β为前后倾角，收割机下坡时，β角为正；γ为左右倾角。
在实际工程中，往往获得的是传感器测得的占空比、前后倾角和左右倾角等数据，谷物的体积也是根据这三个数据计算得到。然而这些参数变化一个数值，却可能引起体积较大的变动。即体积计算对这三个参数的敏感程度不同。探索占空比、前后倾角和左右倾角对谷物体积的影响程度，有助于在后期传感器选型、数据标定、车型更换等工作中对这三个参数有所侧重。分别探索占空比、前后倾角和左右倾角对谷物体积的影响。
占空比的影响：在该试验中，将占空比的水平设为20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，100，beta为20°，gama为0°。运用上述程序计算，得到占空比对体积的影响(如下图10)。发现占空比对体积的影响是线性的，其系数为12.565。
前后倾角的影响：在该试验中，将占空比的水平设为55，beta为-6，-3，0，3，6，9，12，15，18，21，24，27，30，33，36，39，42，45，gama为0°。运用上述程序计算，得到前后倾角对体积的影响(如下图11)。发现前后倾角对体积的影响近似是线性的，其系数约为-0.6。
左右倾角的影响：在该试验中，将占空比的水平设为55，beta为0°，gama为-16，-14，-12，-10，-8，-6，-4，-2，0，2，4，6，8，10，12，14，16°。运用上述程序计算，得到左右倾角对体积的影响(如下图12)。发现左右倾角对体积的影响近似是线性的，其系数为20(左倾)或-20(右倾)。
上述计算表明，左右倾角对体积的影响最大，其次为占空比，最后为前后倾角。
本发明实施例通过车身姿态传感器获取车身前后左右倾角，对刮板上的体积变化进行修正，克服了车身姿态对刮板粮食体积的影响。
光电产量传感器传感器由一个发射端和一个接收端组成，当有物体经过并遮挡住发射端的近红外光时，PNP型传感器的输出电压信号由低电平转变成高电平(NPN型相反)，当物体远离后，传感器的电压信号又恢复为低电平，利用有物体遮挡和没有物体遮挡的过程中呈现两种相反的电压信号，可以准确获得物体遮挡的时间t0，t1，t2…tn，n为正整数。通过计算有谷物遮挡下t0，t1，t2…tn的时间间隔内的谷物的高度，并获得刮板的固定面积，利用建立的谷物堆积模型可以得到刮板上谷物的瞬时产量。进而得到谷物流量，从而准确检测谷物产量。
根据作物容重和光电PWM信号对应的检测容积确定升运器单个刮板的粮食重量，公式如下：
u＝R0*Q*V
其中，u为单个刮板的粮食重量，kg；R0为模型系数，与谷物种类相关；Q为不同作物的容重，kg/L；V为光电PWM信号对应的检测容积，单位为L。
根据所述升运器单个刮板的粮食重量和刮板数量确定实时粮食重量，公式如下：
Figure BDA0003663953330000131
其中M为实时粮食重量，kg；K0为标定系数＝实际重量/测得重量；i为第i个经过光电传感器的刮板，P为经过光电传感器的总刮板数量；ui为第i个刮板的粮食重量，kg。
在一个实施例中，如图13所示，收割机产量监测系统还可以包括水分传感器，所述水分传感器用于实时采集粮食含水率；所述控制器用于根据所述粮食含水率和粮食标准含水率对所述光电产量传感器获取实时粮食重量进行转换，获取标准含水率的实时粮食重量。收割机产量监测系统还可以还包括定位终端，所述定位终端用于采集所述收割机的定位信息。收割机产量监测系统还可以还包括显示终端和无线通信终端；所述控制器用于根据所述定位终端采集的定位信息结合所述实时粮食重量生成产量分布图，将所述实时粮食重量和/或所述产量分布图发送至所述显示终端或通过所述无线通信终端发送至后台服务器。
水分的检测需要一个稳定的容积和工作环境，否则会导致检测不准确，本发明实施例提供一种水分检测装置，该装置可以定容积对粮食水分进行测量，检测装置安装在籽粒升运器的外部，由于升运器分为了两个部分，一侧为粮食输送侧，收割时内部充满了粮食，另外一侧为刮板回送测，内部无粮食，作用是刮板的粮食运到粮仓后实现刮板的周期回送运动。
如图14和图15所示，水分检测装置包括连通的集粮壳体10和出粮壳体14，还包括设置在所述集粮壳体10和所述出粮壳体14连通处的挡板13，所述挡板13连接电机12，且在电机12的带动下隔断或连通集粮壳体10和出粮壳体14，集粮壳体10内部设置水分传感器9和限位开关11，水分传感器9通过检测谷物的介电常数来实时采集粮食含水率；限位开关11用于检测集粮壳体内10粮食是否已充满。当水分传感器9采集完数据后，电机12带动挡板13动作，使集粮壳体10和出粮壳体14连通，粮食由集粮壳体10进入到出粮壳体14，通过出粮壳体14的出口进入升运器无粮食一侧。
本发明实施例根据测量的粮食含水率和粮食标准含水率对测量的粮食实时重量进行调整得到的脱水后的粮食重量，与实际收割后粮食进行处理后的重量更加接近，提高了产量测量的精度。同时，通过对粮食收割开始的时间的自动判断，无需人工操作，使得测量更加方便和准确。
本发明实施例还提供一种收割机，包括上述实施例提供的收割机产量监测系统。具体地，包括智能显示终端，可实时显示收割面积、产量信息、收割作业速度，同时对传感器进行标定等。
支持亚米级或厘米计的定位终端，用来采集车辆位置及路径信息，将位置信息和产量、发动机转速等数据信息上传运维平台。
开关为主离合结合/分离开关，收割时可控制主离合的开启和关闭，为产量检测提供数据输入状态。
控制器也叫数据控制中心，将称重传感器信号、轴流滚筒转速信号、升运器转速信号、复脱器转速信号、变速箱转速信号、水分传感器信号、主离合开关信号输入到电控器内，同时输出信号控制主离合电磁阀的动作。
轴流滚筒转速、车辆行走速度、谷物含水率、实时产量、亩产量等信息由电控单元通过CAN总线和智能显示终端和定位终端进行数据交互和通信。
升运器输出轴末端加装测速齿轮，利用霍尔转速传感器采集测速齿轮转速信号。轴流滚筒输出轴末端加装测速齿轮，利用霍尔转速传感器采集测速齿轮转速信号。复脱器输出轴末端加装测速齿轮，利用霍尔转速传感器采集测速齿轮转速信号。变速箱箱盖上安装霍尔转速传感器，测量变速箱内部齿轮转速信号，通过变速箱和边减机构传动比换算得出车辆行走速度。
光电产量传感器为光电类型的产量传感器，分为接收端和发送端，安装在升运器两侧，可通过采集升运器刮板上谷物堆的厚度对产量进行换算。
称重传感器为应变桥结构类型，安装在粮箱内部，通过采集作用在传感器上部承接板上的信号对粮仓内的粮食重量进行称重，将称重信号与光电传感器采集的重量进行对比，可修正产量传感器的采集数值。
水分检测装置可准确获取粮食的含水率，通过含水率可进行标准重量的换算。机架后方集成液压主离合电磁阀，可控制主离合动力的结合和分离。
姿态传感器为双轴倾角传感器，可对车身左右前后位置状态进行采集，对光电传感器采集的谷物堆厚度进行修正。割台高度传感器为角度传感器，通过设置收割阈值，结合车速和主离合状态，作为判断收割开始的一个标志。
本发明实施例还提供一种测产网络系统，由远程服务器、至少一个智能终端设备和至少一个上述实施例提供的收割机产量监测系统，远程服务器通过无线网络与至少一个收割机产量监测系统通信，对接收的实时产量信息和实时产量分布信息进行汇总和分析，智能终端设备通过无线网络访问远程服务器获得信息。
本发明实施例还提供一种收割机产量监测方法，包括：
S1，开启联合收割机。
S2，控制器根据车轮、升运器、轴流滚筒、复脱器的转速和联合收割机的离地高度，确定联合收割机是否开始收割，当确定联合收割机开始收割后，执行产量检测。
S3，控制器同时接收光电传感器的产量信息和称重传感器的产量信息，当收割的重量大于称重传感器的设置阈值时，此时控制器将称重传感器标准重量和光电传感器检测重量进行对比，从而对光电传感器的重量信息进行修正，使得单位时间或单位面积的产量信息更加准确。其中，标准重量为将称重传感器测量的进入粮箱的粮食的重量信号经信号转换电路处理后得到的。
S4，利用姿态传感器获取车身位置状态，根据车身位置状态对标定完成的光电产量传感器获取的实时粮食重量进行在线修正。
具体地，根据前后倾角、左右倾角、升运器几何参数以及一个周期内光电产量传感器检测的占空比确定光电PWM信号对应的检测容积，公式如下：
Figure BDA0003663953330000161
其中，a为升运器刮板的长度，b为升运器刮板的宽度，d为升运器链条的长度，e为升运器链条的宽度，l为谷物堆最大高度；PWM为一个周期内产量传感器检测的占空比，β为前后倾角，收割机下坡时，β角为正；γ为左右倾角。
根据作物容重和光电PWM信号对应的检测容积确定升运器单个刮板的粮食重量，公式如下：
u＝R0*Q*V
其中，u为单个刮板的粮食重量，kg；R0为模型系数，与谷物种类相关；Q为不同作物的容重，kg/L；V为光电PWM信号对应的检测容积，单位为L。
根据所述升运器单个刮板的粮食重量和刮板数量确定实时粮食重量，公式如下：
Figure BDA0003663953330000162
其中M为实时粮食重量，kg；K0为标定系数＝实际重量/测得重量；i为第i个经过光电传感器的刮板，P为经过光电传感器的总刮板数量；ui为第i个刮板的粮食重量，kg。
S5，利用水分传感器获取粮食含水率，控制器根据粮食含水率和粮食标准含水率对实时重量信息进行调整，得到脱水后的实时重量信息。
S6，控制器将脱水后的实时重量信息发送至显示终端。
上述实施例中通过直接测量进入粮箱的粮食的重量，根据测量的粮食的含水率和粮食标准含水率对测量的粮食实时重量进行调整得到的脱水后的粮食重量，与实际收割后粮食进行处理后的重量更加接近，提高了测量的精度。同时，通过对粮食收割开始的时间的自动判断，无需人工操作，使得测量更加方便和准确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种收割机产量监测系统，其特征在于，包括：用于检测收割机是否处于作业状态的状态检测组件、安装于粮箱内部的称重传感器、安装于升运器上的光电产量传感器和安装于驾驶室内部的控制器；
所述控制器用于根据所述状态检测组件获取的检测数据确定收割机处于作业状态时，实时获取称重传感器采集的第一粮食重量和光电产量传感器采集的第二粮食重量，当所述第一粮食重量达到标定阈值时，根据所述第一粮食重量和所述第二粮食重量对所述光电产量传感器进行在线标定，利用标定完成的光电产量传感器获取实时粮食重量。
2.根据权利要求1所述的收割机产量监测系统，其特征在于，还包括姿态传感器，所述姿态传感器用于采集车身位置状态；所述控制器用于利用所述车身位置状态对标定完成的光电产量传感器获取的实时粮食重量进行在线修正。
3.根据权利要求2所述的收割机产量监测系统，其特征在于，所述车身位置状态包括前后倾角和左右倾角；
所述控制器用于根据前后倾角、左右倾角、升运器几何参数以及一个周期内光电产量传感器检测的占空比确定光电PWM信号对应的检测容积；
根据谷物容重和光电PWM信号对应的检测容积确定升运器单个刮板的粮食重量；
根据所述升运器单个刮板的粮食重量和刮板数量确定实时粮食重量。
4.根据权利要求3所述的收割机产量监测系统，其特征在于，所述控制器用于根据前后倾角、左右倾角、升运器几何参数以及一个周期内光电产量传感器检测的占空比确定光电PWM信号对应的检测容积，公式如下：
Figure FDA0003663953320000011
其中，a为升运器刮板的长度，b为升运器刮板的宽度，d为升运器链条的长度，e为升运器链条的宽度，l为谷物堆最大高度；PWM为一个周期内产量传感器检测的占空比，β为前后倾角，收割机下坡时，β角为正；γ为左右倾角。
5.根据权利要求4所述的收割机产量监测系统，其特征在于，根据作物容重和光电PWM信号对应的检测容积确定升运器单个刮板的粮食重量，公式如下：
u＝R0*Q*V
其中，u为单个刮板的粮食重量，单位kg；R0为模型系数，是与谷物种类相关的常数；Q为不同作物的容重，单位kg/L；V为光电PWM信号对应的检测容积，单位L。
6.根据权利要求5所述的收割机产量监测系统，其特征在于，根据所述升运器单个刮板的粮食重量和刮板数量确定实时粮食重量，公式如下：
Figure FDA0003663953320000021
其中M为实时粮食重量，单位kg；K0为修正系数＝实际重量/测得重量；i为第i个经过光电传感器的刮板，P为经过光电传感器的总刮板数量；ui为第i个刮板的粮食重量，单位kg。
7.根据权利要求1至6任一项所述的收割机产量监测系统，其特征在于，还包括光电产量传感器的发射端安装底座和接收端安装底座，所述发射端安装底座和接收端安装底座分别固定在升运器壳体两侧壁上，且位置对应；所述发射端安装底座和接收端安装底座上均设有U形孔，所述U形孔对应的升运器壳体侧壁位置上设有对射孔，所述光电产量传感器的发射端和接收端穿过所述U形孔固定在对应的安装底座上，且发射端和接收端的探头对准所述对射孔，所述光电产量传感器的发射端和接收端探头上均固定有防护装置，所述防护装置包括依次连接固定的基座、透镜垫片和玻璃透镜。
8.根据权利要求1至6任一项所述的收割机产量监测系统，其特征在于，还包括安装于升运器外部的水分检测装置，所述水分检测装置包括连通的集粮壳体和出粮壳体，还包括设置在所述集粮壳体和所述出粮壳体连通处的挡板，所述挡板连接电机，且在所述电机的带动下隔断或连通所述所述集粮壳体和所述出粮壳体，所述集粮壳体内部设置水分传感器和限位开关，所述水分传感器通过检测谷物的介电常数来实时采集粮食含水率；所述限位开关用于检测所述集粮壳体内粮食是否已充满；
所述控制器用于根据所述粮食含水率和粮食标准含水率对所述光电产量传感器获取实时粮食重量进行转换，获取标准含水率的实时粮食重量。
9.根据权利要求1至6任一项所述的收割机产量监测系统，其特征在于，还包括定位终端、显示终端和无线通信终端；所述定位终端用于采集所述收割机的定位信息；所述控制器用于根据所述定位终端采集的定位信息结合所述实时粮食重量生成产量分布图，将所述实时粮食重量和/或所述产量分布图发送至所述显示终端或通过所述无线通信终端发送至后台服务器。
10.一种收割机，其特征在于，包括权利要求要求1至9任一项所述的收割机产量监测系统。
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