CN114910023B - 一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法，属于测量技术领域。一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置包括，超声波传感器测量模块、起伏车轮、轮胎形变量测量模块、开沟器、参考面板、液压电控调节装置；所述超声波传感器测量模块固定于起伏车轮上方的播种机机架上进行播深测量；所述开沟器安装在超声波传感器模块和参考面板的水平正前方；所述起伏车轮用轮毂联接；所述参考面板安装于起伏车轮轮毂轴心处并与超声波传感器测量模块呈上下平行分布；所述轮胎形变量测量模块采用压力传感器安装于起伏车轮的轮圈上对轮胎的压力测量；所述液压电控调节装置固定于机架和四形连杆仿形机构之间，自动调节播种深度。

Description

一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法。
背景技术
播种深度控制是精密播种技术的重要指标之一，是判断种子深度合适和作物播种农艺要求的重要依据；准确的播种深度是提高作物高产的重要手段之一。
直接使用的超声波传感器对开沟深度进行测量，测量精度低，易受土壤残茬、光线和其他声波等影响；也有间接的测量方法，在开沟器上安装参考面板，传感器测量到开沟器之间的距离，但参考面板也易受土壤环境影响，大大降低了测量数据的准确性；传统使用的超声波传感器是直接测量到沟槽的距离，没有考虑外界环境对测量精度的影响，从而测量数据与实际所需存在较大误差。综上所述，虽然已有使用超声波测量播种深度的方法，但是测量准确度不高、易受环境影响，不适于精密播种技术的播深控制。因此设计一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术中提及的问题而提出的一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置，包括，超声波传感器测量模块、起伏车轮、轮胎形变量测量模块、开沟器、参考面板、液压电控调节装置；
所述超声波传感器测量模块固定于起伏车轮上方的播种机机架上，其传感器探头向下进行播深测量；所述开沟器安装在超声波传感器测量模块和参考面板的水平正前方；所述起伏车轮采用胎面形变量小或受压不变形的材料并用轮毂联接；所述参考面板安装于起伏车轮轮毂轴心处并与超声波传感器测量模块呈上下平行分布，并与超声波传感器测量模块通信；所述轮胎形变量测量模块采用压力传感器安装于起伏车轮的轮圈上对轮胎的压力测量，并获取轮胎实时形变量；所述液压电控调节装置固定于机架和四形连杆仿形机构之间，自动调节到合适的播种深度。
优选的，所述超声波传感器测量模块包括超声波传感器、固定支架；所述固定支架采用内空的盒状设计并于底部开设有圆孔，所述超声波传感器安装于固定支架的盒体内并将传感器探头由圆孔处伸出。
优选的，所述参考面板采用矩形结构设置于伏车轮轮毂轴心固定连接，所述参考面板顶面平整并设有信号接收模块，所述信号接收模块用于接收超声波传感器发射的信号，并反馈给系统进行数据储存。
优选的，所述参考面板采用球型结构设置与起伏车轮轮毂轴心活动或固定连接。
优选的，所述参考面板随起伏车轮上下起伏变化上下起伏，充当地形仿形机构。
优选的，所述液压电控调节装置搭载有LED显示屏，可实现手动或自动液压调节。
一种超声波的玉米播种机播深测量方法，包括以下步骤：
S1、将所述测量装置移动至试验田的待测土地上，并安装在播种机上；
S2、测量播种机上超声波传感器测量模块到开沟器刀尖的距离，并记录存入系统记为H；
S3、启动播种机，并启动超声波传感器，测量超声波传感器到参考面板之间的距离，并记录存入系统记为x；
S4、启动压力传感器，测量起伏车轮行走过程中轮胎受压产生的压力，实时转换为轮胎形变量，将数据存入系统并记为y；
S5、测量并记录参考面板到地面的距离，其中包括参考面板到车轮轮圈的距离h0和车轮形变量y；
S6、设开沟深度为L，则开沟深度公式为：
L＝H-(h0+y)-x (1)
其中，
H——超声波传感器到开沟器刀尖的固定距离；
h0——参考面板到车轮轮圈的固定距离；
y——轮胎形变量；
x——超声波传感器到参考面板距离。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法，具备以下有益效果：
本发明的基于超声波的玉米播种机播深测量装置及其测量方法采用可拆卸的超声波传感器和压力传感器，提高更换维护的方便性。
本发明采用悬空设置的参考面板与起伏车轮轮胎同步起伏变化模拟地形，通过压力传感器获取起伏车轮轮胎的形变避开播深测量的干扰因素。
本发明采用超声波传感器与参考面板平行设置，避免残茬杂草、土壤黏块，建立无干扰的探测环境，提高探测精准度。
附图说明
图1是本发明测量装置正视图；
图2是本发明测量装置立体图；
图3是本发明图2中A处放大结构图；
图4是本发明测量方法原理图；
图5是本发明测量轮胎形变量原理图。
图号说明：1、超声波传感器测量模块；2、参考面板；3、起伏车轮；4、开沟器；5、轮胎形变量测量模块；6、液压电控调节装置； 7、机架；8、四形连杆仿形机构；9、固定支架；10、超声波传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
请参阅图1-5，一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置，包括：超声波传感器测量模块1、起伏车轮3、轮胎形变量测量模块5、开沟器4、参考面板2、液压电控调节装置6；
超声波传感器测量模块1固定于起伏车轮3上方的播种机机架7 上，其传感器探头向下进行播深测量；
开沟器4安装在超声波传感器测量模块1和参考面板2的水平正前方；
起伏车轮3采用胎面形变量小或受压不变形的材料并用轮毂联接；参考面板2安装于起伏车轮3轮毂轴心处并与超声波传感器测量模块1呈上下平行分布，并与超声波传感器测量模块1通信；
轮胎形变量测量模块5采用压力传感器安装于起伏车轮3的轮圈上对轮胎的压力测量，并获取轮胎实时形变量；
液压电控调节装置6固定于机架7和四形连杆仿形机构8之间，自动调节到合适的播种深度。
在本申请实施例中，播种机上安装的起伏轮胎3与地面接触，其轮胎充当地形仿形机构。在轮胎上安装轮胎形变量测量模块，利用压力传感器实时测量轮胎的压力，从而测量出轮胎形变量，根据轮胎形变量模拟地形。
在实施方式中，起伏车轮3选择胎面形变量小或受压不变形的材料用轮毂联接，在轮毂的轴心安装参考面板2，参考面板2随轮胎起伏变化上下起伏，间接模拟地形变化。
上述中，采用悬空的参考面板2模拟地形，减少播深测量时土壤中残茬杂草、土壤黏块等影响，避免复杂的田间环境，对测量结果的影响。
在本申请中，基于对玉米播种深度的研究其播深采用超声波传感器测量模块1进行测量。具体是，超声波传感器测量模块1由超声波传感器10、固定支架9等组成，固定支架9采用内空的盒状设计并于底部开设有圆孔，将固定支架9固定在播种机机架7上并与对参考面板2呈上下平行，超声波传感器10固定支架9的盒体内并将传感器探头由圆孔处伸出，传感器探头朝下并正对参考面板2，超声波传感器10通过向参考面板2发射超声波信号进行测距或去播种深度。
在一些实施方式中，将参考面板2固定伏车轮3轮毂轴心处，维持参考面板2顶面水平，并采用收发分体式的超声波传感器10，将信号接收模块安装在参考面板2顶面，根据空气中深度与温度的关系如：
c＝331.45+0.607T (2)
可知温度在发生20°变化时，声速的变化率达3.6％，此外信号的发射与接收之间的夹角及湿度等都会降低测量精度。本申请通过控制超声波传感器10与信号接收模块与统一竖直方向，并由信号接收模块接收超声波信号反馈给系统，系统储存数据计算。通过缩短超声波传导路径，提高检测时间，减少一些温度或气压的干扰，提高测量精度。
在一些实施方式中，将参考面板2采用球体结构，使其活动或固定在轮毂轴心处，维持参考面板2的球心与轮毂轴心水平；采用收发一体式的超声波传感器10，将超声波信号打在参考面板2上获取信号反馈给系统，系统储存数据计算。通过建立球型参考面板2，维持超声波传感器10到参考面板2的距离精准，降低测量干扰，提高测量精度。
在申请的实施例中，采用超声波传感器10探测播深变化，再通过液压电控调节装置6进行播深调节，其中，液压电控调节装置6固定在机架7和四形连杆仿形机构8之间，液压电控调节装置6搭载有 LED显示屏可进行手动或自动调节播种单体的高度，以达到预期合适的播深。
上述实施方式中，参考面板2与轮毂轴心采用卡接或螺栓等方式固定，实现可拆卸更换。
一种超声波的玉米播种机播深测量方法，包括以下步骤：
S1、将测量装置移动至试验田的待测土地上，并安装在播种机上；
S2、测量播种机上超声波传感器测量模块1到开沟器4刀尖的距离，并记录存入系统记为H；
S3、启动播种机，并启动超声波传感器10，测量超声波传感器 10到参考面板2之间的距离，并记录存入系统记为x；
S4、启动压力传感器，测量起伏车轮3行走过程中轮胎受压产生的压力，实时转换为轮胎形变量，将数据存入系统并记为y；
S5、测量并记录参考面板2到地面的距离，参考面板到轮胎底部距离h，其中包括参考面板2到车轮轮圈的距离h0和车轮形变量y；
S6、设开沟深度为L，则开沟深度公式为：
L＝H-(h0+y)-x (1)
其中，
H——超声波传感器10到开沟器4刀尖的固定距离；
h0——参考面板2到车轮轮圈的固定距离；
y——轮胎形变量；
x——超声波传感器10到参考面板2距离。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置，包括，超声波传感器测量模块(1)、起伏车轮(3)、开沟器(4)和参考面板(2)，其特征在于，
所述超声波传感器测量模块(1)固定于起伏车轮(3)上方的播种机机架(7)上，其传感器探头向下进行播深测量；
所述参考面板(2)安装于起伏车轮(3)轮毂轴心处并与超声波传感器测量模块(1)呈上下平行分布，并与超声波传感器测量模块(1)通信；
所述开沟器(4)安装在超声波传感器测量模块(1)和参考面板(2)的水平正前方；
所述起伏车轮(3)采用胎面形变量小或受压不变形的材料并用轮毂联接；
还包括：液压电控调节装置(6)；轮胎形变量测量模块(5)
所述轮胎形变量测量模块(5)采用压力传感器安装于起伏车轮(3)的轮圈上对轮胎的压力测量，并获取轮胎实时形变量；
所述液压电控调节装置(6)固定于机架(7)和四形连杆仿形机构(8)之间，自动调节到合适的播种深度。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置，其特征在于：所述超声波传感器测量模块(1)包括超声波传感器(10)、固定支架(9)；所述固定支架(9)采用内空的盒状设计并于底部开设有圆孔，所述超声波传感器(10)安装于固定支架(9)的盒体内并将传感器探头由圆孔处伸出。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置，其特征在于：所述参考面板(2)采用矩形结构设置于起伏车轮(3)轮毂轴心固定连接，所述参考面板(2)顶面平整并设有信号接收模块，所述信号接收模块用于接收超声波传感器(10)发射的信号，并反馈给系统进行数据储存。
4.根据权利要求2所述的一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置，其特征在于：所述参考面板(2)采用球型结构设置与起伏车轮(3)轮毂轴心活动或固定连接。
5.根据权利要求2或3所述的一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置，其特征在于：所述参考面板(2)随起伏车轮(3)上下起伏变化上下起伏，充当地形仿形机构。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波的玉米播种机播深测量装置，其特征在于：所述液压电控调节装置(6)搭载有LED显示屏，可实现手动或自动液压调节。
7.一种应用于权利要求1任一所述装置的超声波的玉米播种机播深测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述测量装置移动至试验田的待测土地上，并安装在播种机上；
S2、测量播种机上超声波传感器测量模块(1)到开沟器(4)刀尖的距离，并记录存入系统记为H；
S3、启动播种机，并启动超声波传感器(10)，测量超声波传感器(10)到参考面板(2)之间的距离，并记录存入系统记为x；
S4、启动压力传感器，测量起伏车轮(3)行走过程中轮胎受压产生的压力，实时转换为轮胎形变量，将数据存入控制的系统存储单元并记为y；
S5、测量并记录参考面板(2)到地面的距离，其中包括参考面板(2)到车轮轮圈的距离h0和车轮形变量y；
S6、设开沟深度为L，则开沟深度公式为：
L＝H-(h0+y)-x (1)
其中，
H——超声波传感器(10)到开沟器(4)刀尖的固定距离；
h0——参考面板(2)到车轮轮圈的固定距离；
y——轮胎形变量；
x——超声波传感器(10)到参考面板(2)距离。
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