CN115152380B - 一种颗粒肥排施实时检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颗粒肥排施实时检测装置，包括底座、有序螺管、筛式分流盘、匀肥管和传感器组；底座顶部设置有序螺管，有序螺管顶部设置筛式分流盘，筛式分流盘顶部设置匀肥管；匀肥管用于使颗粒肥均布于管道内，颗粒肥在经过匀肥管后落入筛式分流盘，由筛式飞流盘进行分流，有序螺管包括多条以同一轴心为螺旋中心的呈螺旋向下延伸的螺旋管，多条螺旋管在筛式分流盘的底部周向均布，筛式分流盘分流后的颗粒肥分别进入各螺旋管，各螺旋管的底部均安装有传感器组，传感器组用于对经过螺旋管的颗粒肥的进行实时检测；本发明不仅具有结构小巧、成本较低、集成度高、安装方便等特点，还能实时检测颗粒肥数量，为精准变量施肥提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及农业传感检测技术领域，特别是涉及一种颗粒肥排施实时检测装置。
背景技术
种肥同步排施是当前主要农作物机械化播种的重要方式，其中施肥质量直接影响作物养分的吸收，合理施肥是保证作物丰产、稳产和增产的重要举措。颗粒肥因物理性状好、便于施用、肥效持久等优点，被广泛应用。传统施肥作业过程中，肥箱处于全程封闭状态，难以实时掌握施肥情况，在复杂的田间环境下容易出现施肥不均匀情况。漏肥、少肥引起作物减产，过度施用肥料导致土壤板结、地力下降、农产品品质降低，同时给环境带来巨大压力。因此，排肥作业排肥量实时监测对保证作物产量，促进肥料精量施用，减少环境污染，推进农业可持续发展具有重要意义。
播种作业时，肥料颗粒流按照一定的流量同步均匀排施于田间，单行排肥频率可达300～800粒/秒。随着高速直播技术的发展，肥料流量还会进一步增加。同时，颗粒肥料流量大，颗粒之间紧密相邻、同步下落，多粒颗粒肥料同时靠近感应元件时会被漏计，使检测准确率降低甚至根本无法检测。现阶段，颗粒肥排施检测主要是利用传感器监测排肥管、肥箱或者排肥轴转速等信息，发生排肥管堵塞、肥箱排空或者排肥器故障时，及时发出声光报警信号提醒驾驶员停机排查，现有的肥量检测技术精度有限，颗粒肥排施量实时检测技术与方法还相对缺乏。
综上，提供一种颗粒肥排施实时检测装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种颗粒肥排施实时检测装置，以解决上述现有技术存在的问题，不仅具有结构小巧、成本较低、集成度高、安装方便等特点，还能实时检测颗粒肥数量，为精准变量施肥提供技术支撑。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种颗粒肥排施实时检测装置，包括底座、有序螺管、筛式分流盘、匀肥管和传感器组；所述底座顶部设置所述有序螺管，所述有序螺管顶部设置所述筛式分流盘，所述筛式分流盘顶部设置所述匀肥管；所述匀肥管顶部连接排肥管，用于使颗粒肥均布于管道内，颗粒肥在经过匀肥管后落入所述筛式分流盘，由所述筛式飞流盘进行分流，所述有序螺管包括多条以同一轴心为螺旋中心的呈螺旋向下延伸的螺旋管，多条所述螺旋管在所述筛式分流盘的底部周向均布，所述筛式分流盘分流后的颗粒肥分别进入各所述螺旋管，各所述螺旋管的底部均安装有传感器组，所述传感器组用于对经过所述螺旋管的颗粒肥进行实时检测。
优选地，所述传感器组包括LED灯和硅光二极管，所述LED灯和硅光二极管相对安装，所述LED灯安装于所述螺旋管的内侧，所述硅光二极管安装于所述螺旋管的外侧，所述螺旋管上开设有供所述LED灯的灯光穿过的窄缝，所述LED灯的灯光经过所述窄缝变成薄面光后照到所述硅光二极管的表面，当颗粒肥下落经过检测区域，遮挡所述LED灯的光线，所述硅光二极管上产生电信号，以此来获取颗粒肥下落的原始信号。
优选地，还包括信号处理模块和OLED显示屏；所述信号处理模块安装于所述底座上方，用于处理所述LED灯和所述硅光二极管采集的颗粒肥下落信号并计数；所述OLED显示屏安装于所述底座上，用于显示检测信息。
优选地，所述信号处理模块通过高频噪声滤波电路、光电耦合电路、多级放大电路、信号整形电路、显示电路组成多信号源中断处理系统，将多路原始信号转化为脉冲信号输入单片机，利用单片机的外部中断功能对多路脉冲信号进行分别计数，并将检测结果显示于所述OLED显示屏上。
优选地，还包括供电模块，所述供电模块用于给整个装置供电，所述底座上安装有给供电模块充电用的充电接口。
优选地，还包括将所述有序螺管、所述供电模块、所述充电接口、所述信号处理模块和所述OLED显示屏封装于内部的封装外壳，所述封装外壳通过螺钉安装于所述底座上，所述封装外壳设置有供观察所述OLED显示屏的观察窗口。
优选地，所述匀肥管包括圆柱形的外壳和设置于所述外壳内的匀肥挡杆，所述匀肥挡杆沿轴向分布有4组，每组中包括5个所述匀肥挡杆，每组中的5个匀肥挡杆以所述匀肥管的轴心为中心周向均布，相邻两组所述匀肥挡杆的径向夹角为36°。
优选地，所述筛式分流盘包括外壳和顶部为分流尖端的分流盘，所述分流盘设置于所述外壳内部，所述分流盘由所述分流尖端向下分流出与所述螺旋管数量相同的多条分流通道，每条所述分流通道对应一条所述螺旋管的入口，所述分流通道为内凹的曲面结构，所述分流尖端的顶点与所述匀肥管的出口圆心重合。
优选地，所述螺旋管设置有8条。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的颗粒肥排施实时检测装置，该装置为解决流量大而无序颗粒肥的精准实时检测提供了一种可行的途径；通过匀肥管对颗粒肥进行碰撞离散化；筛式分流盘对离散后的颗粒肥进行均匀分流；有序螺管对离散分流后的颗粒肥进行序列化；利用LED灯-硅光二极管传感模块对颗粒肥信号进行采集；颗粒肥信号经信号处理模块后显示在OLED显示屏上。基于上述过程，实现了排肥过程的排量检测。本发明中的颗粒肥排施实时检测装置不会对排肥过程造成改变，也不必对排肥的关键作业部件进行改装，不影响排肥器本身的排施性能。为实现颗粒肥数量实时检测，提高施肥作业质量提供技术支持。同时，该装置具有结构小巧、成本较低、集成度高、安装方便等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中颗粒肥排施实时检测装置的内部结构示意图；
图2为本发明中颗粒肥排施实时检测装置的整体结构示意图；
图3为本发明提供的LED灯与硅光二极管组成的传感模组示意图；
图4为本发明提供的检测传感装置的信号采集系统组成图；
图5为本发明提供的检测传感装置的计数流程图；
图中：1-底座；2-充电接口；3-供电模块；4-有序螺管；5-筛式分流盘；6-匀肥管，61-匀肥挡杆；7-信号处理模块；8-OLED显示屏；9-开关；10-封装外壳；11-薄面光；12-硅光二极管；13-螺旋管；14-颗粒肥；15-LED灯。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种颗粒肥排施实时检测装置，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的颗粒肥排施实时检测装置，如图1-图2所示，包括底座1、有序螺管4、筛式分流盘5、匀肥管6和传感器组；底座1顶部设置有序螺管4，有序螺管4顶部设置筛式分流盘5，筛式分流盘5顶部设置匀肥管6；匀肥管6顶部连接排肥管，用于使颗粒肥14均布于管道内，颗粒肥14在经过匀肥管6后落入筛式分流盘5，由筛式飞流盘进行分流，有序螺管4包括多条以同一轴心为螺旋中心的呈螺旋向下延伸的螺旋管13，多条螺旋管13在筛式分流盘5的底部周向均布，筛式分流盘5分流后的颗粒肥14分别进入各螺旋管13，各螺旋管13的底部均安装有传感器组，传感器组用于对经过螺旋管13的颗粒肥14进行实时检测。
如图3所示，传感器组包括LED灯15和硅光二极管12，LED灯15和硅光二极管12相对安装，LED灯15安装于螺旋管13的内侧，硅光二极管12安装于螺旋管13的外侧，螺旋管13上开设有供LED灯15的灯光穿过的窄缝，窄缝宽1mm、长20mm，窄缝将LED灯15的光线变为薄面光11，LED灯15的灯光经过窄缝变成薄面光11后照到硅光二极管12的表面，当颗粒肥14下落经过检测区域，遮挡LED灯15的光线，硅光二极管12上产生微弱的电信号，以此来获取颗粒肥14下落的原始信号。
本实施例中还包括信号处理模块7和OLED显示屏8；信号处理模块7安装于底座1上方，用于处理LED灯15和硅光二极管12采集的颗粒肥14下落信号并计数；OLED显示屏8安装于底座1上，用于显示检测信息。信号处理模块7通过高频噪声滤波电路、光电耦合电路、多级放大电路、信号整形电路、显示电路组成多信号源中断处理系统，将多路微弱的原始信号转化为脉冲信号输入单片机，利用单片机的外部中断功能对多路脉冲信号进行分别计数，并将检测结果显示于OLED显示屏8上。
本实施例中还包括供电模块3，供电模块3用于给整个装置供电，底座1上安装有给供电模块3充电用的充电接口2，底座1上还设置有控制装置启动的开关9。
本实施例中还包括将有序螺管4、供电模块3、充电接口2、信号处理模块7和OLED显示屏8封装于内部的封装外壳10，封装外壳10通过螺钉安装于底座1上，封装外壳10设置有供观察OLED显示屏8的观察窗口。
于本具体实施例中，匀肥管6包括圆柱形的外壳和设置于外壳内的匀肥挡杆61，匀肥挡杆61沿轴向分布有4组，每组中包括5个匀肥挡杆61，每组中的5个匀肥挡杆61以匀肥管6的轴心为中心周向均布，相邻两组匀肥挡杆61的径向夹角为36°；匀肥管6的外壳内径为30mm，壁厚为2mm，长度为60mm；匀肥挡杆61呈圆柱状，直径为3mm，长度为9.5mm，每组匀肥挡杆61的轴向间距10mm，匀肥挡杆61径向垂直、中间未交叉的分布于匀肥管6的外壳内部，用于将颗粒肥14通过碰撞均匀分散于管道内。
于本具体实施例中，筛式分流盘5包括外壳和顶部为分流尖端的分流盘，筛式分流盘5的外壳与匀肥管6的外壳螺纹连接，分流盘设置于外壳内部，分流盘由分流尖端向下分流出与螺旋管13数量相同的多条分流通道，每条分流通道对应一条螺旋管13的入口，分流通道为内凹的曲面结构，分流尖端的顶点与匀肥管6的出口圆心重合，保证了高通量颗粒肥14能够下落在筛式分流盘5的正中心，并随机均匀地分布在筛式分流盘5表面，从而更有利于均匀分流；筛式分流盘5高度17mm。为保证分流结构在包含八路螺旋螺管的前提下小巧紧凑，筛式分流盘5底面直径D为24mm，此外为了防止施肥过程中颗粒肥14在筛式分流盘5上的堆积与分流结构内的堵塞，分流通道为内凹的曲面结构，减少颗粒肥14与圆锥面的碰撞，保证颗粒肥14的快速下落。
于本具体实施例中，螺旋管13设置有8条，8路螺旋形有序螺管4采用蜂巢式排列，有效提高了空间利用率，减小了装置的整体尺寸。有序螺管4内径R＝7mm，外径R'＝25mm，发射角a＝45°，螺旋角β＝15°，螺管长度为100mm。颗粒肥14经筛式分流盘5分流后落入八路螺旋形有序排列的螺旋管13中，由于颗粒肥14质量不同受到管壁的摩擦力也不同，导致颗粒肥14下落速度不同，从而使颗粒肥14有序下落经过传感元件检测感应区，提升检测精度。
结合图4、图5，本发明中的颗粒肥排施实时检测装置的工作过程和原理如下：
当颗粒肥14下落经过检测区域，遮挡LED灯15的光线，硅光二极管12上产生微弱的电信号，以此来获取颗粒肥14下落的原始信号。信号处理模块7通过滤波、二级放大、半波整流、电压比较和光电耦合将八路微弱的原始信号转化为八路方波脉冲信号输入STM32单片机的八个引脚，利用STM32单片机的八个外部中断函数对八路脉冲信号进行计数，从而实现颗粒肥14的计数。OLED显示屏8用于显示检测信息，包括各通道颗粒肥14数、总颗粒肥14数和排肥频率。供电模块3采用8.4V锂电池作为电源给装置供电。
具体地，施肥作业时颗粒肥14流从排肥管下落，经匀肥管6时与匀肥挡杆61碰撞，使颗粒肥14离散化；离散后的颗粒肥14经筛式分流盘5分流进入八路有序螺管4；在有序螺管4的作用下，颗粒肥14间距逐渐变大，形成有序颗粒肥14；每路有序螺管4下端安装有LED灯15和硅光二极管12组成的传感模组对颗粒肥14的下落信号进行采集，然后通过信号调理模块对八路原始信号进行滤波、放大、电压比较、光电耦合后输入STM32单片机的八个引脚，利用STM32单片机的八个外部中断函数对八路脉冲信号进行计数，并将数据显示在OLED显示屏8上。该装置实现田间施肥作业单路颗粒肥14流在高速排肥情况下的实时精准监测，同时，该装置结构小巧、成本较低、集成度高、安装方便且检测准确率高，为实现施肥质量监控、施肥大数据构建以及直播智能化提供条件。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种颗粒肥排施实时检测装置，其特征在于：包括底座、有序螺管、筛式分流盘、匀肥管和传感器组；所述底座顶部设置所述有序螺管，所述有序螺管顶部设置所述筛式分流盘，所述筛式分流盘顶部设置所述匀肥管；所述匀肥管顶部连接排肥管，用于使颗粒肥均布于管道内，颗粒肥在经过匀肥管后落入所述筛式分流盘，由所述筛式分流盘进行分流，所述有序螺管包括多条以同一轴心为螺旋中心的呈螺旋向下延伸的螺旋管，多条所述螺旋管在所述筛式分流盘的底部周向均布，所述筛式分流盘分流后的颗粒肥分别进入各所述螺旋管，各所述螺旋管的底部均安装有传感器组，所述传感器组用于对经过所述螺旋管的颗粒肥进行实时检测；所述传感器组包括LED灯和硅光二极管，所述LED灯和硅光二极管相对安装，所述LED灯安装于所述螺旋管的内侧，所述硅光二极管安装于所述螺旋管的外侧，所述螺旋管上开设有供所述LED灯的灯光穿过的窄缝，所述LED灯的灯光经过所述窄缝变成薄面光后照到所述硅光二极管的表面，当颗粒肥下落经过检测区域，遮挡所述LED灯的光线，所述硅光二极管上产生电信号，以此来获取颗粒肥下落的原始信号。
2.根据权利要求1所述的颗粒肥排施实时检测装置，其特征在于：还包括信号处理模块和OLED显示屏；所述信号处理模块安装于所述底座上方，用于处理所述LED灯和所述硅光二极管采集的颗粒肥下落信号并计数；所述OLED显示屏安装于所述底座上，用于显示检测信息。
3.根据权利要求2所述的颗粒肥排施实时检测装置，其特征在于：所述信号处理模块通过高频噪声滤波电路、光电耦合电路、多级放大电路、信号整形电路、显示电路组成多信号源中断处理系统，将多路原始信号转化为脉冲信号输入单片机，利用单片机的外部中断功能对多路脉冲信号进行分别计数，并将检测结果显示于所述OLED显示屏上。
4.根据权利要求2所述的颗粒肥排施实时检测装置，其特征在于：还包括供电模块，所述供电模块用于给整个装置供电，所述底座上安装有给供电模块充电用的充电接口。
5.根据权利要求4所述的颗粒肥排施实时检测装置，其特征在于：还包括将所述有序螺管、所述供电模块、所述充电接口、所述信号处理模块和所述OLED显示屏封装于内部的封装外壳，所述封装外壳通过螺钉安装于所述底座上，所述封装外壳设置有供观察所述OLED显示屏的观察窗口。
6.根据权利要求4所述的颗粒肥排施实时检测装置，其特征在于：所述匀肥管包括圆柱形的外壳和设置于所述外壳内的匀肥挡杆，所述匀肥挡杆沿轴向分布有4组，每组中包括5个所述匀肥挡杆，每组中的5个匀肥挡杆以所述匀肥管的轴心为中心周向均布，相邻两组所述匀肥挡杆的径向夹角为36°。
7.根据权利要求1所述的颗粒肥排施实时检测装置，其特征在于：所述筛式分流盘包括外壳和顶部为分流尖端的分流盘，所述分流盘设置于所述外壳内部，所述分流盘由所述分流尖端向下分流出与所述螺旋管数量相同的多条分流通道，每条所述分流通道对应一条所述螺旋管的入口，所述分流通道为内凹的曲面结构，所述分流尖端的顶点与所述匀肥管的出口圆心重合。
8.根据权利要求1所述的颗粒肥排施实时检测装置，其特征在于：所述螺旋管设置有8条。
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| CN110506478A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-29 | 华中农业大学 | 一器多行螺旋扰动锥体离心式颗粒化肥集排器 |
| CN212410429U (zh) * | 2020-06-16 | 2021-01-26 | 江苏中朗宏泰科学仪器有限公司 | 一种食品安全检测仪的检测系统及食品安全检测仪 |
| CN112351673A (zh) * | 2018-03-21 | 2021-02-09 | 10691976加拿大有限公司 | 一种用于作物生长系统的播种机 |
-
2022
- 2022-07-06 CN CN202210798743.2A patent/CN115152380B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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