CN115088466A - 一种谷物测产光电传感器和收获机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及收获机技术领域，尤其涉及一种谷物测产光电传感器和收获机。谷物测产光电传感器包括光电发射器和光电接收器，光电发射器和光电接收器相对设置在收获机的升运机的两侧；光电发射器的发射端向光电接收器射出光线，当光电接收器的接收端未接收光线时，光电接收器输出第一信号。当收获机的升运机上有谷物时，由于谷物遮挡在光电发射器的发射端与光电接收器的接收端之间，光电接收器的接收端接收不到光电发射器发出的光线，光电接收器输出第一信号，以便用户对输出的第一信号进行统计分析，实现测产的目的，且安装位置易于调试、成本较低、结构简单、可广泛使用。

Description

一种谷物测产光电传感器和收获机

技术领域

本发明涉及收获机技术领域，尤其涉及一种谷物测产光电传感器和收获机。

背景技术

在农田精细管理中，收获季谷物自动测产是关键技术之一。我国农业现代化发展进程较为缓慢，自动测产技术落后于农业发达国家，反观农业发达国家，大多农业谷物联合收割机都安装有谷物产量测量系统，可实时观测谷物产量。目前测产方式主要包括称重式、γ射线式、冲量式等。具体地：

1)称重式作为最古老的测产方法，计量方式精确，在小规模测产时具有独特优势，而对于大型农场或收获谷物较多时，耗时费力，严重延长了收获时间。后虽出现中型、大型称量仪器，然而仍旧无法避免测量过程步骤繁杂的问题。

2)冲量式谷物测产传感器安装于升运器出口处，其依靠抛出谷物撞击弹性受力板使其产生形变，导致最终输出电压信号产生变化。但由于谷物收货时外部环境复杂，伴随着车身行驶、震动等对敏感元件的影响会产生误差，影响产量结果。

3)γ射线式谷物测产传感器由发射源发出射线至检测器，依靠其射线辐射强度测量升运器中谷物流量，谷物流量与辐射强度成反比例关系，基于此，进行谷物产量的测量，此方法是目前方法中测量精度较高的几种方法之一，广泛用于实验室研究，然而由于射线测产时同样会作用于人体，危害人体健康，因此无法大规模商业化使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种谷物测产光电传感器和收获机。

本发明的一种谷物测产光电传感器的技术方案如下：

包括光电发射器和光电接收器；

所述光电发射器和所述光电接收器相对设置在收获机的升运机的两侧；

所述光电发射器的发射端向所述光电接收器射出光线，当所述光电接收器的接收端未接收所述光线时，所述光电接收器输出第一信号。

本发明的一种谷物测产光电传感器的有益效果如下：

当收获机的升运机上有谷物时，由于谷物遮挡在光电发射器的发射端与光电接收器的接收端之间，光电接收器的接收端接收不到光电发射器发出的光线，所述光电接收器输出第一信号，以便用户对输出的第一信号进行统计分析，实现测产的目的，且安装位置易于调试、成本较低、结构简单、可广泛使用。

在上述方案的基础上，本发明的一种谷物测产光电传感器还可以做如下改进。

进一步，当所述光电接收器的接收端接收所述光线时，所述光电接收器输出第二信号，且所述第二信号与所述第一信号不同。

采用上述进一步方案的有益效果是：收获机的升运机没有谷物时，由于没有谷物遮挡在光电发射器的发射端与光电接收器的接收端之间，光电接收器的接收端能够接收到光电发射器发出的光线，所述光电接收器输出第二信号，以便用户对输出的第二信号进行统计分析。

进一步，所述光电接收器的接收端为光敏三极管，所述第一信号为高电平。

进一步，所述第二信号为低电平。

进一步，还包括第一指示灯，所述第一指示灯用于表征所述光电发射器是否正常工作。

进一步，还包括第二指示灯，所述第二指示灯用于表征所述光电接收器是否正常工作。

进一步，所述光电发射器设有第一金属外壳，所述光电发射器均设有第二金属外壳。

采用上述进一步方案的有益效果是：提高光电发射器和光电发射器的结构强度。

进一步，所述第一金属外壳与所述光电发射器之间设有第一灌胶层。

采用上述进一步方案的有益效果是：提高防水性及抗震动性。

进一步，所述第二金属外壳与所述光电接收器之间设有第二灌胶层。

采用上述进一步方案的有益效果是：提高防水性及抗震动性。

本发明的一种收获机的技术方案为：包括采用上述任一项所述的一种谷物测产光电传感器。

附图说明

图1为本发明实施例的一种谷物测产光电传感器的结构示意图之一；

图2为光电发射器的结构示意图；

图3为光电接收器的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的一种谷物测产光电传感器，包括光电发射器1和光电接收器2；

光电发射器1和光电接收器2相对设置在收获机的升运机的两侧；

其中，基于关于光电发射的知识可以自行构建出光电发射器1和光电接收器2。

光电发射器1的发射端11向光电接收器2射出光线，当光电接收器2的接收端20未接收光线时，光电接收器2输出第一信号，光线可为不同波段的红外光等。

当收获机的升运机上有谷物时，由于谷物遮挡在光电发射器1的发射端11与光电接收器2的接收端20之间，光电接收器2的接收端20接收不到光电发射器1发出的光线，光电接收器2输出第一信号，以便用户对输出的第一信号进行统计分析，实现测产的目的，且安装位置易于调试、成本较低、结构简单、可广泛使用。

其中，测产过程包括：

升运机上设有多个用于装载谷物的料斗，且每个料斗的容量相同，也就是说，每个料斗所装载的谷物的重量是相同的，每次料斗中的谷物遮挡在光电发射器1的发射端11与光电接收器2的接收端20之间时，光电接收器2的接收端20接收不到光电发射器1发出的光线，光电接收器2输出第一信号，对输出的第一信号进行统计，例如，输出第一信号的次数为50次，单个料斗的谷物的重量为100公斤，则谷物的产量为50×100＝5000公斤，例如，输出第一信号的次数为100次，单个料斗的谷物的重量为100公斤，则谷物的产量为100×100＝10000公斤。

上述过程可人为实现，也可通过处理器实现，处理器用于：统计光电接收器2输出第一信号的次数，根据光电接收器2输出第一信号的次数和升运机上的单个料斗的容量，计算得到谷物的产量。

可选地，在上述技术方案中，当光电接收器2的接收端20接收光线时，光电接收器2输出第二信号，且第二信号与第一信号不同。

收获机的升运机没有谷物时，由于没有谷物遮挡在光电发射器1的发射端11与光电接收器2的接收端20之间，光电接收器2的接收端20能够接收到光电发射器1发出的光线，光电接收器2输出第二信号，以便用户对输出的第二信号进行统计分析。

其中，第一信号和第二信号可根据实际情况设置。

在另外一个实施例中，光电接收器2的接收端20为光敏三极管，第一信号为高电平，第二信号为低电平。

在另外一个实施例中，光电接收器2的接收端20为光敏二极管，第一信号为高电平，第二信号为低电平。

可选地，在上述技术方案中，还包括第一指示灯，第一指示灯用于表征光电发射器1是否正常工作，具体地：

1)第一种方式：当光电发射器1正常工作时，第一指示灯点亮，当光电发射器1不能正常工作时，第一指示灯灭掉；

2)第二种方式：当光电发射器1正常工作时，第一指示灯点灭掉：当光电发射器1不能正常工作时，第一指示灯点亮，其中，第一指示灯可为LED灯等。

可选地，在上述技术方案中，还包括第二指示灯，第二指示灯用于表征光电接收器2是否正常工作。具体地：

1)第一种方式：当光电接收器2正常工作时，第二指示灯点亮，当光电接收器2不能正常工作时，第二指示灯灭掉；

2)第二种方式：当光电接收器2正常工作时，第二指示灯点灭掉：当光电接收器2不能正常工作时，第二指示灯点亮，其中，第二指示灯可为LED灯等。

可选地，在上述技术方案中，光电发射器1设有第一金属外壳，光电发射器1均设有第二金属外壳，提高光电发射器1和光电发射器1的结构强度。

其中，根据光电发射器1的大小设置第一金属外壳的尺寸，根据光电发射器1的大小设置第二金属外壳的尺寸。

可选地，在上述技术方案中，第一金属外壳与光电发射器1之间设有第一灌胶层。提高防水性及抗震动性。

可选地，在上述技术方案中，第二金属外壳与光电接收器2之间设有第二灌胶层。

下面通过另外一个实施例，对本发明的一种谷物测产光电传感器进行说明，具体地：

包括光电发射器1和光电接收器2，光电发射器1包括第一电源模块12、发射驱动电路10、发射工作状态指示灯和发射端11，光电接收器2包括第二电源模块23、接收工作状态指示灯、信号放大电路21、模数转换电路22和接收端20，如图2和图3所示。

其中，第一电源模块12向光电发射器1供电，具体地：

第一电源模块12为：将外部输入的12V电压转换为5V以及3.3电压，以向发射驱动电路10、发射工作状态指示灯和发射端11供电；

其中，第一电源模块12向光电接收器2供电，具体地：

第二电源模块23为：将外部输入的12V电压转换为5V以及3.3电压，以向接收工作状态指示灯、信号放大电路21、模数转换电路22和接收端20供电；

光电接收器2输出数据至外部控制器，该数据包括第一信号，或者将第一信号进行处理，将处理后的信号输出至外部控制器。

光电发射器1及光电接收器2均置于铁质壳体中，具体地：

光电发射器1设有第一金属外壳，光电发射器1均设有第二金属外壳。第一金属外壳和第二金属外壳上均套设有塑胶套。

第一金属外壳内和第一金属外壳内进行灌胶处理，在第一金属外壳与光电发射器1之间生成第一灌胶层，以及在第二金属外壳与光电接收器2之间生成第二灌胶层。光电发射器1和光电接收器2由低压电力线接出，进行信号传递，如此，光电发射器1和光电接收器2为一体化，不可进行拆卸，具有良好的防水性及抗震动性。

对光电发射器1的发射驱动电路10和发射工作状态指示灯进行如下解释：

1)发射驱动电路10：用于驱动光电发射器1的红外灯的发出光线，并通过发射端11射出；

2)发射工作状态指示灯包括：第一指示灯，通过第一指示灯显示光电发射器1是否正常工作。

如图3所示，光电接收器2输出第二信号的过程如下：

接收端20接收光电发射器1红外灯发出的光线，将光信号转换为电信号。

信号放大电路21将接收端20的电信号进行二级放大，得到二级放大后的模拟信号；

模数转换电路22将二级放大后的模拟信号号转换输出为数字信号，此时，数字信号对应电压小于模数转换电路22中的电压比较器的基准电压，输出第二信号。

如图3所示，光电接收器2输出第一信号的过程如下：

当接收端20没有接收光电发射器1红外灯发出的光线时，接收端20将预设电信号发送到信号放大电路21，信号放大电路21将接收端20的预设电信号进行二级放大，得到预设电信号对应的二级放大后的模拟信号；模数转换电路22将预设电信号对应的二级放大后的模拟信号转换输出为预设电信号对应的数字信号，此时，预设电信号对应的数字信号对应电压大于模数转换电路22中的电压比较器的基准电压，输出第一信号。

其中，接收工作状态指示灯包括第二指示灯，通过第二指示灯显示光电接收器2是否正常工作。

本发明的一种谷物测产光电传感器的工作原理如下：

光电发射器1和光电接收器2相对设置在收获机的升运机的两侧，发射端11与接收端20正对，当没有谷物遮挡时，此时发射端11发射的光线与接收端20如光敏三极管正射，光敏三极管处于开启状态，此时光电接收器2输出低电平即第二信号；当有谷物遮挡时，接收端20光敏三极管处于关闭状态，此时光电接收器2输出高电平第一信号。

本发明的一种谷物测产光电传感器仅为谷物产量的信号采集，不涉及产量的计算等，负责将光电信号处理后的数字信号输出给收获机的控制器或处理器。

精确农业的主要内容就是利用现代化技术结合农业生产管理，以达到节约成本、增加作物产量、提高农业资源利用率等目的。就产量分布而言，开发产量监测系统，获得农作物的产量分布情况，对变量播种、施肥、施药和田间管理等作业进行指导，并能够对农业生产的精量投入进行控制。通过对农业收获机械的坐标信息、单位作业面积、谷物产量、机械收割幅宽等信息的获取，从而进行产量分布图的绘制。在农作物的测产系统中，一般采用的传感器有冲量式、辐射式、容积式等流量传感器，而冲量式应用最为广泛。然而，在测产信号获取时，机械噪声振动、农田坡度等因素对检测精准度产生严重干扰。

随着当前农业向着智能化、精准化的方向发展，急需一种能够精准测量产量的传感器，生产产量地图。本发明一种谷物测产光电传感器，采用光电对射的方式，在升运器处采集运输粮食的信号，对粮食的高度进行测量，再根据算法算出体积，得到粮食的实时产量。本方法受机械噪声振动、农田坡度的影响小，测量精度高。

基于现阶段市场需求及未来公司发展战略，本发明的一种谷物测产传感器能够解决精准农业所需的实时地图生产所需的产量检测传感器瓶颈，使用采集光电对射的信号可以大幅度降低机械噪声振动、农田坡度的影响，测量精准度高，生产高精度产量及图。基于公司现有的物料资源，最大限度减少额外成本。输出的测量信号精度高，易于分析使用，提高企业内部相关机型的技术指标。

本发明的一种谷物测产光电传感器如下：

1)在现有联合收获机的基础上增加光电传感器，增加额外成本较少。

2)借助光电式的谷物测产光电传感器，精准测量，又避免了对人体的伤害。

3)为公司未来进行大喂入、大农场测产研发打下技术基础。

当前测产方案，为光电式，通过测量体积乘密度的方式来进行产量计算。技术层面上也可通过采用称重式、冲量式的方法进行计算。

本发明依托现有技术储备与硬件储存，最大的降低了研发成本，测量了谷物体积，由此得出谷物质量。通过将信号进行了模数转换，完成了农业领域测产的技术研究。

借助二极管选择小于特定值模拟信号，与设定额定电压通过电压比较器进行比较，将模拟信号转变为数字信号，通过后部电路处理输出至控制器。

本发明实施例的一种收获机，包括采用上述任一实施例中的一种谷物测产光电传感器，谷物测产光电传感器的光电发射器1和光电接收器2相对设置在收获机的升运机的两侧。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种谷物测产光电传感器，其特征在于，包括光电发射器和光电接收器；

所述光电发射器和所述光电接收器相对设置在收获机的升运机的两侧；

所述光电发射器的发射端向所述光电接收器射出光线，当所述光电接收器的接收端未接收所述光线时，所述光电接收器输出第一信号。

2.根据权利要求1所述的一种谷物测产光电传感器，其特征在于，当所述光电接收器的接收端接收所述光线时，所述光电接收器输出第二信号，且所述第二信号与所述第一信号不同。

3.根据权利要求2所述的一种谷物测产光电传感器，其特征在于，所述光电接收器的接收端为光敏三极管，所述第一信号为高电平。

4.根据权利要求3所述的一种谷物测产光电传感器，其特征在于，所述第二信号为低电平。

5.根据权利要求1至4所述的一种谷物测产光电传感器，其特征在于，还包括第一指示灯，所述第一指示灯用于表征所述光电发射器是否正常工作。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种谷物测产光电传感器，其特征在于，还包括第二指示灯，所述第二指示灯用于表征所述光电接收器是否正常工作。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种谷物测产光电传感器，其特征在于，所述光电发射器设有第一金属外壳，所述光电发射器均设有第二金属外壳。

8.根据权利要求7所述的一种谷物测产光电传感器，其特征在于，所述第一金属外壳与所述光电发射器之间设有第一灌胶层。

9.根据权利要求7所述的一种谷物测产光电传感器，其特征在于，所述第二金属外壳与所述光电接收器之间设有第二灌胶层。

10.一种收获机，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的一种谷物测产光电传感器。

Images