CN117042591A - 用于测量传感器的占空比和脉冲频率以确定种子或颗粒度量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种电气控制系统，其包括用于显示数据的显示装置和至少一个传感器，所述传感器用于从传感器输出检测或测量占空比并检测或测量脉冲频率，以用于感测通过农业机具的产品或颗粒管线的产品或颗粒的流量。处理逻辑耦合到所述至少一个传感器。处理逻辑被配置成基于所述至少一个传感器的测量的占空比和测量的脉冲频率来确定流过农业机具的产品或颗粒管线的产品或颗粒的量。

Description

用于测量传感器的占空比和脉冲频率以确定种子或颗粒度量 的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年3月11日提交的美国临时专利申请No.63/159993和2021年5月3日提交的美国临时专利申请No.63/183118的优先权，每一篇的公开内容均通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的实施例涉及用于测量传感器的占空比和脉冲频率以确定种子或颗粒度量的方法和系统。

背景技术

气力播种机具有初级分配系统和次级分配系统。种子和可选的肥料被从料斗送入初级分配系统并且通过空气输送到次级分配系统。初级分配系统和次级分配系统之间的歧管将进料分开，使得次级分配系统将种子/肥料输送到每行。通过空气输送种子/肥料。

农业设备上的种子或肥料传感器通常是光学传感器。当颗粒(种子或肥料)经过光学传感器时，光束被遮断并于是检测到颗粒。如果频率足够低，则这些颗粒检测的频率可以用于确定种植密植度。然而，对于流量较高的作物(如小麦)或肥料而言，尺寸为25mm或32mm的典型光学传感器没有足够大的横截面积来感测各个颗粒，因此使得这些传感器的颗粒计数不可靠且不准确。

附图说明

通过示例而非限制的方式在附图中示出本公开，在所述附图中：

图1示出了现有技术的气力播种机。

图2示出了根据一个实施例的具有排气阀和用于该阀的致动器的气力播种机塔。

图3示出了根据一个实施例的具有流量传感器的次级产品管线。

图4A示意性地示出了用于控制致动器的电气控制系统的实施例。

图4B示意性地示出了用于控制致动器的电气控制系统的实施例。

图5示出了根据一个实施例的具有超声波传感器的次级产品管线。

图6示出了根据另一个实施例的具有超声波传感器的次级产品管线。

图7示出了根据一个实施例的包含至少一个阀(例如，750-1、750-2)和至少一个对应的致动器(例如，724-1、724-2)的次级产品管线122。

图8示出了确定占空比和脉冲频率以估计产品度量的计算机实施方法800的一个实施例的流程图。

图9示出了确定占空比和脉冲频率以估计产品度量的计算机实施方法900的一个实施例的流程图。

图10示出了根据一个实施例的在一时间段期间的传感器的信号。

图11示出了根据另一个实施例的在一时间段期间的传感器的信号。

图12示出了根据一个实施例的具有用户界面1201的监视器或显示装置，所述用户界面具有包括产品大小和产品均匀性的定制产品度量。

图13示出了根据一个实施例的具有用户界面的监视器或显示装置，所述用户界面具有用于农业机具的定制产品度量。

图14示出了根据一个实施例的系统1200的示例，其包括机器1202(例如，拖拉机、联合收割机等)和机具1240(例如，种植机、侧部施肥杆、中耕机、犁、喷洒器、撒布机、灌溉机具等)。

发明内容

在一个实施例中，一种电气控制系统包括：显示装置，用于显示数据；至少一个传感器，用于从传感器输出检测或测量占空比并且检测或测量脉冲频率，以感测通过农业机具的产品或颗粒管线的产品或颗粒的流量。处理逻辑耦合到至少一个传感器。处理逻辑被配置成基于所述至少一个传感器的测量的占空比和测量的脉冲频率来确定流过农业机具的产品或颗粒管线的产品或颗粒的量。

具体实施方式

本文中引用的所有参考文献通过引用整体包含在本文中。然而，如果本公开中的定义与所引用文献中的定义发生冲突，则以本公开为准。

图1示出了典型的气力播种机100。气力播种机100包括车110和框架120。车110具有分别用于储存种子和肥料的料斗111和料斗112。主产品管线116连接到风扇113，用于分别输送从计量器114和计量器115输送的种子和肥料。主产品管线116将种子和肥料供给到歧管塔123。种子和肥料通过歧管塔123被分配到次级产品管线122，进而分配到开沟器121。

尽管下面的描述针对气力播种机100的一个部分的歧管塔123的控制，不过同一系统可以应用于每个部分。

图2示出了歧管塔123。歧管塔123具有在空气流中提供种子和可选的肥料的主产品管线116。种子/肥料冲击筛125，其具有防止种子和/或肥料通过的筛孔尺寸。种子/肥料落入出口124(或排出端口)并且供给到次级产品管线122中。在筛125上方是包含阀127的塔126。阀127可以是任何类型的可被致动的阀。在一个实施例中，阀127是蝶阀。阀127由布置在塔126上的致动器128致动。致动器128与电气控制系统300信号接触。可选地，盖130可枢转地附接到塔126，以在没有空气流动时覆盖塔126。当空气流动时，盖130因流经塔126的空气的力而升高，而当空气不流动时，盖130闭合塔126。

在图2所示的一个实施例中，歧管塔123还包括布置在歧管塔123中的压力传感器140。在另一个实施例中，压力传感器140布置在至少一个次级产品管线122中。压力传感器140与电气控制系统300信号通信。这可以提供阀127的闭环反馈控制。在另一个实施例中，电气控制系统300测量歧管塔123中的压力传感器140处和次级产品管线122中的压力传感器140处的压力、并且计算每个压力传感器之间的差值。电气控制系统300可以基于压力差进行控制。

在图3所示的另一个实施例中，第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2串联布置在至少一个次级产品管线122内。第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2可以单独地布置或作为一个单元内的部件布置。第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2间隔开一定距离，使得在第一颗粒传感器150-1处测量的波形将在第二颗粒传感器150-2处重复。当种子行进通过气力播种机时，它们不会始终以均匀分布的方式流动。在选择的横截面中，可以有一个、两个、三个、四个、五个或更多个种子在一起。随着种子行进一段距离，种子在每个分组中的分布会扩大或缩小。在短距离内，分组将保持一致。种子的每个分组都将在颗粒传感器中产生不同的波形。来自多个分组的波形将在第一颗粒传感器150-1中产生图案。当随后在第二颗粒传感器150-2处检测到该图案时，这些测量值中的每一个之间的时间差除以第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2之间的距离，以确定次级产品管线122中的种子/肥料的速度。使用该速度，电气控制系统300可以致动致动器128来改变离开塔126的空气量，以改变次级产品管线122中的种子/肥料的速度。

颗粒传感器的一个示例是在美国专利No.6,208,255中描述的精密种植有限责任公司(Precision Planting LLC)的Wavevision传感器。第一颗粒传感器150-1和第二颗粒传感器150-2与电气控制系统300信号通信。这可以提供阀127的闭环反馈控制。

虽然示出了压力传感器140和颗粒传感器150-1、150-2两者，但是闭环反馈控制仅需要一者。

在图2所示的另一个实施例中，至少一个阀(例如，阀160)可以布置在每个出口124(或出口端口)中并且由与电气控制系统300信号通信的致动器161致动。每个致动器161(或多个致动器)都可以被单独控制，以利用每个次级产品管线122中的至少一个阀进一步调节流量。每个次级产品管线122均可以包含至少一个阀(例如，750-1、750-1)和对应的致动器(例如，724-1、724-2)，如图7所示。这可以独立于其他次级产品管线122在每个次级产品管线122中提供微调控制。每个次级产品管线122中的压力传感器140、超声波速度传感器或颗粒传感器150-1、150-2可以提供用于控制每个致动器的测量值。在一个实施例中，颗粒传感器150-1、150-2可以是具有信号输出的任何传感器，该信号输出的持续时间与该传感器被穿过传感器的颗粒(多个颗粒)遮挡的时间成比例。

根据一个实施例，在图4A中示意地示出了电气控制系统300。在电气控制系统300中，监视器310与致动器128、致动器161、压力传感器140、流体速度传感器170和颗粒传感器150-1、150-2信号通信。应意识到的是，监视器310包括电气控制器。监视器310包括处理逻辑316(例如，中央处理单元(CPU)316)、存储器314、以及可选的图形用户界面(GUI)312，所述图形用户界面允许用户查看数据和将数据输入监视器310。监视器310可以是在美国专利No.8,386,137中公开的类型。例如，监视器310可以是包括可视显示器和用户界面(优选为触摸屏图形用户界面(GUI))的种植机监视系统。触摸屏GUI优选被支撑在外壳内，所述外壳还容纳微处理器、存储器和其他适用的硬件和软件，用于接收、存储、处理、通信、显示和实施各种特征和功能。种植机监视系统优选地与各种外部装置和传感器协作和/或对接。

图4B中示出了替代的电气控制系统350，它包括模块320(例如，电路320)。模块320从压力传感器140、流体速度传感器171和颗粒传感器150-1、150-2接收信号，所述信号可被提供给监视器310以在GUI 312上输出。模块320还可以向致动器128和致动器161提供控制信号，所述控制信号可以基于操作者对监视器310的输入。

在闭环反馈控制的操作中，监视器310从压力传感器、流体速度传感器和/或颗粒传感器150-1、150-2接收信号。监视器310使用压力信号、流体速度信号和/或颗粒信号来设定致动器128的选定位置，以控制阀127来调节离开塔126的空气量。监视器310向致动器128发送信号以实现这种改变。这进而控制次级产品管线122中的空气流量，以便以适当的力和/或速度将种子/肥料输送到沟槽中，以将种子/肥料放置在沟槽中而同时又不会使种子/肥料弹出沟槽。

在一个示例中，模块320位于机具上或拖拉机上。模块320从位于机具上的传感器接收传感器数据。模块处理传感器数据以实施本文中讨论的方法的操作，或者模块将传感器数据发送到处理逻辑以实施本文中讨论的方法的操作。

除了测量压力或颗粒的速度之外，还可以测量流体(空气)的速度。超声波速度传感器能够测量流体速度。

图5示出了根据一个实施例的用于检测通过产品管线或管道的流量的超声波传感器。超声波传感器500置于管线522(例如，次级产品管线)或管道522上，或者紧邻管线522或管道522。传感器(或超声波流量计)使用一定频率(例如，大于20kHz，约0.5MHz)的声波或振动。传感器500使用管线或管道周界上的湿式或非湿式换能器将超声波能量与在管线或管道中流动的流体相耦合。在一个示例中，传感器利用多普勒效应工作，其中具有发射器的换能器504发射波束530。通过与在管线522内的流体在一起的颗粒和气泡的反射，波束530的透射频率被线性改变，从而产生由换能器502的接收器接收的多普勒反射540。波束530的频率和反射540的频率之间的频移可以与具有流动方向510的流体(例如，液体、空气)的流率直接相关。所述频移与管线或管道中的物料的流率成线性比例，并且可以用于产生与流体的流率成比例的模拟或数字信号。

在已知管线522或管道522的内径(D)的情况下，体积流率(例如，加仑/分钟)等于K*Vf*D₂。在这个示例中，Vf是流速，K是取决于Vf和D的单位的常数。

图6示出了根据一个实施例的用于检测通过产品管线或管道的流量的超声波传感器(例如，渡越时间流量计)。渡越时间流量计(例如飞行时间流量计、传播时间流量计)测量在沿着和逆着流体(例如，液体、空气)的流动的单个路径中传输的脉冲之间的传播时间差。传感器600具有带有换能器602和换能器604的壳体650。传感器600置于管线622(例如，次级产品管线)或管道622上，或者紧邻管线622或管道522。

在如图6中所示的一个示例中，传感器利用换能器602和604工作。每个都具有发射器和接收器的换能器以角度θ(例如，大约45°)交替发射和接收作为波束630和640的超声波能量突发。在同一路径上测量的上游方向与下游方向的渡越时间差(Tu-Td)可以用于计算通过管线或管道的流量：

V＝K*D/sin2θ*1/(T0-τ)²ΔT

V是流动流体的平均速度，K是常数，D是管线或管道的直径，θ是超声波突发波的入射角，T0为零流量渡越时间，ΔT为T2－T1，T1是突发波(波束630)从换能器602到换能器604的渡越时间，T2是突发波(波束640)从换能器604到换能器602的渡越时间，τ是突发波通过管线622或管道的渡越时间。流速与上游渡越时间和下游渡越时间之间的测量差成正比。通过将管线或管道的横截面积乘以流速来确定体积流量的测量值。体积流量可以通过可选的基于微处理器的转换器690或电气控制系统300或350来确定。具有流动路径610的流体需要是声能的合理导体。

如前文所讨论的那样，农业装备上的种子或肥料传感器通常是光学传感器。当颗粒(种子或肥料)经过光学传感器时，光束被遮挡，于是检测到颗粒。如果频率足够低的话，这些颗粒检测的频率可以用于确定种植密植度。然而，对于高流量作物(比如小麦)或者肥料而言，尺寸为25mm或32mm的典型光学传感器没有足够大的横截面积来感测各个颗粒，因此使得来自这些传感器的颗粒计数不可靠和不准确。因此，将在经历这些较高频率的机具(比如气力播种机)上使用的光学传感器被称作遮挡传感器，因为这些传感器只能报告它们是否看到颗粒。

在气力播种机上使用的遮挡传感器无法报告足够的种子脉冲以致正确地报告种子数/英亩。气力播种机使用“种子分布”度量，其显示没有单位的密植度。当播种速率太高并且传感器上的电压下拉不经常发生时，这可能是个问题，从而导致报告的密植度较低。

然而，对于给定的传感器和颗粒类型(例如，玉米、小麦、高粱、大麦、燕麦、油菜籽、肥料等)，可以测量光学传感器检测颗粒的时间与实际颗粒频率之间的关系(如下所述)。如果对于某些颗粒可以导出该关系，则可以使用光学传感器的测量的占空比来计算估计的颗粒频率，所述估计的颗粒频率随后可以用于基于诸如行速度、行间距之类的其他已知变量来计算估计的密植度。

流量光学传感器的占空比可以用于计算估计的产品或颗粒频率，所述估计的产品或颗粒频率随后可以用于基于诸如行速度或行间距之类的其他已知变量来计算估计的密植度。

通过了解传感器的占空比，可以进行其他数学运算以产生有用的度量，比如“相对频率”，用户(例如，操作者、农民)可以使用所述“相对频率”来比较去往机具上的每一行的颗粒的数量并且识别引起行与行之间变化的机械问题。

为了估计给定传感器和颗粒类型(例如，玉米、小麦、高粱、大麦、燕麦、油菜籽、肥料等)的种子密植度，方法可能需要校准从传感器到地面的延迟。然而，如果现场因素改变了延迟以及如果在不同行单元的传感器之后的次级产品管线的长度发生了变化，则可能难以校准该延迟。下面描述的新公式消除了对从传感器到地面的该延迟的时间窗口的需要并且导致产生简单的数学表达式。

对于下面描述的方法，以下是术语的定义：

颗粒_频率：(Hz)经过传感器的颗粒数量除以总时间；

脉冲_频率：(Hz)(输入)传感器检测到的脉冲数除以总时间；

颗粒_脉冲：(秒)一个颗粒产生的传感器信号的持续时间；

占空比：(无单位分数)(输入)传感器正在感测颗粒的时间分数。

公式：

颗粒频率：基于占空比和脉冲频率计算值近似估计经过传感器的颗粒的频率。

颗粒脉冲：基于占空比和脉冲频率计算值近似估计以平均速度移动的、平均尺寸的单个颗粒对传感器的激励。该颗粒脉冲被设计成每个颗粒具有一个脉冲。

颗粒频率：基于占空比和颗粒脉冲计算值近似估计经过传感器的颗粒的频率。

图8示出了确定占空比和脉冲频率以估计产品度量的计算机实施方法800的一个实施例的流程图。方法800由处理逻辑执行，所述处理逻辑可以包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如在通用计算机系统或专用机器或装置上运行)、或两者的组合。在一个实施例中，方法800由电气控制系统(例如，电气控制系统300、电气控制系统350、机器、设备、具有CPU 316的监视器310、模块320、显示装置、用户装置、自导式装置、自走式装置等)的处理逻辑(例如，处理逻辑316)执行。电气控制系统或处理系统(例如，处理系统1220、1262)用处理逻辑执行软件应用程序或程序的指令。软件应用程序或程序可以由电气控制系统启动。在一个示例中，监视器或显示装置接收用户输入并且为方法800的操作提供定制的显示。

在操作802处，启动软件应用程序并且将其显示在作为用户界面的监视器或显示装置上。电气控制系统或处理系统可以与执行施用阶段(例如，种植、耕作、施肥)的机器集成或耦合。替代地，电气控制系统或处理系统可以和与在施用阶段期间捕捉图像的机器相关联的设备(例如，无人机、图像捕捉装置)集成在一起。

在操作804处，计算机实施方法从至少一个传感器(例如，光学传感器、传感器140、150-1、150-2、171、换能器502、504、602、604)的传感器输出检测或测量占空比和脉冲频率，用于感测通过农业机具的种子或颗粒管线的种子或颗粒的流量。该管线将种子或颗粒供应到农田。

在操作806处，计算机实施方法使用公式A基于检测或测量的脉冲频率和占空比来确定种子或颗粒频率。在操作808处，计算机实施方法基于颗粒频率和其他已知变量(例如，机具的行速度或行间距)来估计流过农业机具的管线的产品、种子或颗粒的量。在操作810处，该方法在特定GPS位置处绘制至少一个传感器的至少一个产品度量(例如，产品大小、在机具的不同行单元上的产品均匀性、堵塞传感器度量)，以生成农田的空间地图。

在操作812处，监视器或显示装置在用户界面上显示机具的至少一个传感器的至少一个产品度量以及该产品度量的范围。

图9示出了确定占空比和脉冲频率以估计产品度量的计算机实施方法900的一个实施例的流程图。方法900由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如在通用计算机系统或专用机器或上运行)、或两者的组合。在一个实施例中，方法900由电气控制系统(例如，电气控制系统300、电气控制系统350、机器、设备、具有CPU 316的监视器310、模块320、显示装置、用户装置、自导式装置、自走式装置等)的处理逻辑(例如，处理逻辑316)执行。电气控制系统或处理系统(例如，处理系统1220、1262)利用处理逻辑来执行软件应用程序或程序的指令。软件应用程序或程序可以由电气控制系统启动。在一个示例中，监视器或显示装置接收用户输入并且提供用于方法900的操作的定制显示。

在操作902处，启动软件应用程序并且将其显示在作为用户界面的监视器或显示装置上。电气控制系统或处理系统可以与执行施用阶段(例如，种植、耕作、施肥)的机器集成或耦合。替代地，电气控制系统或处理系统可以与和在施用阶段期间捕捉图像的机器相关的设备(例如，无人机、图像捕捉设备)集成。

在操作904处，计算机实施方法从至少一个传感器(例如，光学传感器、传感器140、150-1、150-2、171、换能器502、504、602、604)的传感器输出检测或测量占空比和脉冲频率，用于感测通过农业机具的种子或颗粒管线的种子或颗粒的流量。该管线将种子或颗粒供应到农田。

在操作906处，计算机实施方法使用公式C基于检测或测量的脉冲频率和占空比来确定颗粒频率。

在操作908处，计算机实施方法基于种子或颗粒频率以及其他已知变量(例如，机具的行速度或行间距)来估计流过农业机具的管线的产品、种子或颗粒的量。在操作910处，该方法在特定GPS位置处绘制至少一个传感器的产品度量(例如，产品大小、在机具的不同行单元上的产品均匀性、堵塞传感器度量)，以生成用于农田的空间地图。

在操作912处，监视器或显示装置在用户界面上显示机具的至少一个传感器的至少一个产品度量以及该产品度量的范围。

公式A和公式C可以用于通过不同的方法确定种子或颗粒频率。公式B和公式C可用于平滑在长时间段上的结果。

图10示出了根据一个实施例的在一时间段期间的传感器信号。在时间段1025期间的信号1000的脉冲用于测量脉冲频率。在一个示例中，每200毫秒时间段4个脉冲导致20赫兹的脉冲频率，并且对应于大约40％的堵塞传感器的占空比。使用公式A可以将颗粒频率计算为每秒33个种子或颗粒。

图11示出了根据另一个实施例的在一个时间段期间的传感器信号。在时间段1125期间的信号1100的脉冲用于测量脉冲频率。在另一个示例中，时间段1125的尾端跨越脉冲。任何跨越的脉冲都可以算作脉冲的一半，以确定每200毫秒时间段有3.5个脉冲，这导致17.5赫兹的脉冲频率。可以基于脉冲的上升沿或者可替代地基于脉冲的下降沿来确定脉冲计数。

传感器的阻塞度量是检测到或未检测到的颗粒的状态。这可以用诸如条或框之类的视觉指示来指示。检测在“n”时间段内，并且用户可以选择时间来调节度量的灵敏度。在一个实施例中，当在该时间段期间已经检测到脉冲时可以使用绿色条，而当没有检测到脉冲时可以使用红色条。这可以在显示装置上显示。此外，还可以生成与田地中的GPS坐标相关的地图，其显示某个位置是否存在堵塞。

产品大小度量是与在给定区域中施加的产品量相比的相对测量值。这可以替代密植度度量(每英亩种子数)。产品大小度量按占空比/面积计算。度量的范围在0％到100％之间并且可以缩放到不同的数字。例如，范围可以是0-10,000，其中10,000代表100％。可以创建警报，例如10％、20％、30％、40％、0到100％之间的任何自定义数字，或者禁用警报。在一个示例中，可以针对20％创建警报(黄色指示)，并且针对40％创建警报(红色指示)。这可以显示在显示装置上。此外，还可以生成与田地中的GPS坐标相关的地图。

产品均匀性度量是产品大小在整个机具上的均匀程度的测量。产品均匀性可按下式计算：

产品均匀性(％)＝100－(高行产品变化+低行产品变化的绝对值)。

百分之一百是理想的。

低行产品变化(％)＝(低行产品大小－平均产品大小)/平均产品大小*100。

这将是负数。

高行产品均匀性＝(高行产品大小－平均产品大小)/平均产品大小*100。

这将是正数。范围为﹣100％到+100％。这可以提供均匀性的总体测量，并且可以确定哪些行最差。这可以显示在显示装置上。此外，还可以生成与田地中的GPS坐标相关的地图。可以根据范围内的任何数字创建警报。以100％为理想，在一个示例中，可以在40％时创建警报(黄色指示)，并且可以在20％时创建警报(红色指示)。

图12示出了根据一个实施例的具有用户界面1201的监视器或显示装置，该用户界面具有包括产品大小和产品均匀性的定制产品度量。电气控制系统或处理系统的启动的软件应用程序(例如，田地应用程序)生成由监视器或显示装置显示的用户界面1201。

软件应用程序可以提供可由用户选择的不同显示区域。在一个示例中，显示区域包括标准选项、度量选项和大地图选项，以控制田地区域中所显示地图的尺寸缩放。另外，在一个示例中，显示区域包括尿素大小度量1292、尿素均匀性1293、小麦大小1298、和小麦均匀性1299。大小度量表示每个单位面积施用的产品的量。产品均匀性表示工具或机具的不同行单元之间的变化百分比。

图13示出了根据一个实施例的具有用户界面的监视器或显示装置，该用户界面具有用于农业机具的定制产品度量。处理系统的启动的软件应用程序(例如，田地应用程序)生成由监视器或显示装置显示的用户界面1301。

软件应用程序可以提供可由用户选择的不同显示区域。在一个示例中，在选择产品度量时，生成具有小麦均匀性的用户界面1301。

DMC区域1350包括归一化值，其中小麦均匀性计算如下：

产品均匀性(％)＝100－(高行产品变化+低行产品变化的绝对值)。

监视器或显示装置还可以显示本文讨论的任何参数或度量(例如，产品大小、产品均匀性、堵塞、传感器输出、估计流量、总种子、平均种子、密植度)与机具数据中的一个或多个的组合，所述机具数据包括下压力数据、土壤测试机具数据(如，土壤湿度数据、有机物数据、土壤温度数据)、和封沟数据。

示例性度量包括高行度量、低行度量、和平均(对于任何值)度量、密植度(包括命令的密植度率和实际的密植度率)、单株率、跳跃、复播、平稳性(平顺性良好)、间距良好、下压力、地接触、速度和真空。通过引用包含在本文中的美国专利No.8,078,367中的图5和6、美国专利No.9,955,625和美国专利6,070,539提供了这些相同度量中的一些的示例。美国专利No.8,078,367和美国专利No.9,955,625通过引用并入本文。

图14示出根据一个实施例的系统1200的示例，所述系统包括机器1202(例如，拖拉机、联合收割机等)和机具1240(例如，种植机、侧部施肥杆、中耕机、犁、喷洒器、撒布机、灌溉机具等)。机器1202包括处理系统1220、存储器1205、机器网络1210(例如，控制器局域网(CAN)串行总线协议网络、ISOBUS网络等)、以及用于与包括机具1240的其他系统或装置通信的网络接口1215。机器网络1210包括传感器1212(例如，速度传感器、光学传感器)、用于控制和监视机器或机具的操作的控制器1211(例如，GPS接收器、雷达单元)。网络接口1215可以包括GPS收发器、WLAN收发器(例如，WiFi)、红外收发器、蓝牙收发器、以太网、或用于与包括机具1240的其他装置和系统通信的其他接口中的至少一个。网络接口1215可以与机器网络1210集成或者可以与机器网络1210分离，如图12所示。I/O端口1229(例如，诊断/车载诊断(OBD)端口)使得能够与另一个数据处理系统或装置(例如，显示装置、传感器等)通信。

在一个示例中，该机器进行拖拉机的操作，所述拖拉机联接到用于种植应用和应用期间的种子或颗粒感测的机具。机具的每个行单元的种植数据和种子/颗粒数据可以在应用时与位置数据关联，以便更好地了解田地的每行和每个区域的种植和种子/颗粒特性。与种植应用和种子/颗粒特性关联的数据可以显示在显示装置1225和1230中的至少一个上。显示装置可以与其他部件(例如，处理系统1220、存储器1205等)集成，以形成监视器。

处理系统1220可以包括一个或多个微处理器、处理器、芯片(集成电路)上系统、或一个或多个微控制器。该处理系统包括用于执行一个或多个程序的软件指令的处理逻辑1226和用于经由机器网络1210或网络接口1215往来于机器发送和接收通信或经由机具网络1250或网络接口1260往来于机具发送和接收通信的通信单元1228(例如，发送器、收发器)。通信单元1228可以与处理系统集成或者与处理系统分离。在一个实施例中，通信单元1228经由I/O端口1229的诊断/OBD端口与机器网络1210和机具网络1250数据通信。

包括一个或多个处理器或处理单元的处理逻辑1226可以处理从通信单元1228接收的通信，包括农业数据(例如GPS数据、种植应用数据、土壤特性、从机具1240和机器1202的传感器感测的任何数据等)。系统1200包括用于存储数据和供处理系统执行的程序(软件1206)的存储器1205。存储器1205例如可以存储软件部件(比如用于种子/颗粒的分析的种植应用软件或种子/颗粒软件和用于实施本公开的操作的种植应用，或任何其他软件应用或模块)、图像(例如，农作物、种子、土壤、种沟、土块、行单元等的捕捉图像)、警报、地图等。存储器1205可以是任何已知形式的机器可读非临时性存储介质，诸如半导体存储器(例如，闪存；静态随机存储器；动态随机存取存储器等)或非易失性存储器，比如硬盘或固态驱动器。该系统还可以包括音频输入/输出子系统(未示出)，所述音频输入/输出子系统可以包括麦克风和扬声器，用于例如接收和发送语音命令或用于用户认证或授权(例如，生物特征识别)。

处理系统1220分别经由通信链路1231－1236与存储器1205、机器网络1210、网络接口1215、显示装置1230、显示装置1225和I/O端口1229双向通信。处理系统1220可以与存储器1205集成，或者与存储器1205分离。

显示装置1225和1230可以为用户或操作者提供视觉用户界面。显示装置可以包括显示控制器。在一个实施例中，显示装置1225是具有触摸屏的便携式平板装置或计算装置，所述触摸屏显示数据(例如，种植应用数据，捕捉的图像，局部化视图地图层，不同测量的种子/颗粒数据、即时种植或即时收割数据或其他农业变量或参数的高清晰度田地地图、产量图、警报等)和由农业数据分析软件应用程序生成的数据并且接收来自用户或操作者的关于田地区域的分解视图、监测和控制田地操作的输入。所述操作可以包括机器或机具的构型、数据的报告、包括传感器和控制器的机器或机具的控制、以及生成的数据的存储。显示装置1230可以是显示器(例如，由原始装备制造商(OEM)提供的显示器)，它显示用于局部化视图地图层的图像和数据、测量的种子/颗粒数据、即时应用流体应用数据、即时种植或即时收割数据、产量数据、种子发芽数据、种子环境数据、控制机器(例如，种植机、拖拉机、联合收割机、喷洒器等)、操控机器，以及用位于机器或机具上的传感器和控制器监视机器或连接到该机器的机具(例如，种植机、联合收割机、喷洒器等)。

驾驶室控制模块1270可以包括用于启用或禁用机器或机具的某些部件或装置的附加控制模块。例如，如果用户或操作者不能使用显示装置中的一个或多个来控制机器或机具，那么驾驶室控制模块可以包括用于停止或关闭机器或机具的部件或装置的开关。

机具1240(例如，种植机、中耕机、犁、喷洒器、撒布机、灌溉机具等)包括机具网络1250、处理系统1262、网络接口1260、以及用于与包括机器1202的其他系统或装置通信的可选输入/输出端口1266。机具网络1250(例如，控制器局域网(CAN)串行总线协议网络、ISOBUS网络等)包括：用于将流体从一个或多个储罐1290泵送到机具的施用单元1280、1281、...、N的泵1256；传感器1252(例如，雷达、导电性、电磁、力探针、速度传感器，用于检测种子/颗粒通过的种子/颗粒传感器，用于检测土壤或沟槽的特性的传感器(所述土壤或沟槽的特性包括密度不同的多个土壤层、基于每层的密度的从第一土壤层到第二土壤层的过渡深度、土壤层之间的密度层差的大小、土壤密度在土壤深度上的变化率、土壤密度变化性、土壤表面粗糙度、渣垫厚度、土壤层处的密度、土壤温度、种子存在性、种子间距、种子固着率、以及土壤残留物存在性)，用于感测土壤有机物、土壤湿度、土壤质地、以及土壤阳离子交换能力(CEC)中的至少一个的至少一个光学传感器，用于联合收割机的下压力传感器、致动器阀、湿度传感器或流量传感器，用于机器的速度传感器，用于种植机的种子力传感器，用于喷洒器的流体施用传感器，或机具的真空度传感器、提升传感器、降低传感器，流量传感器等)；控制器1254(例如，GPS接收器)；以及用于控制和监视机具的操作的处理系统1262。泵控制和监视由机具进行的流体向农作物或土壤的施用。可以在作物生长发育的任何阶段进行流体施用，包括在种植种子时在种植沟槽内施用，邻近种植沟槽在单独的沟槽中施用，或在靠近具有种子或作物生长的种植区域(例如，在玉米或大豆行之间)的区域中施用。

例如，控制器可以包括与多个种子传感器通信的处理器。处理器被配置成处理数据(例如，流体施用数据、种子传感器数据、土壤数据、犁沟或沟槽数据)，并将处理后的数据发送到处理系统1262或1220。控制器和传感器可以用于监视包括用于改变种植密植度的变速驱动系统的种植机上的电动机和驱动器。控制器和传感器还可提供收割宽度控制，以关闭种植机的各个行或部分。传感器和控制器可以感测分别控制种植机的每个行的电动机的变化。这些传感器和控制器可以感测种植机的每个行的排种管中的种子输送速度。

网络接口1260可以是用于与包括机器1202的其他装置和系统通信的GPS收发器、WLAN收发器(例如，WiFi)、红外收发器、蓝牙收发器、以太网或其他接口。网络接口1260可以与机具网络1250集成或者与机具网络1250分离，如图24所示。

处理系统1262分别经由通信链路1241-1243与机具网络1250、网络接口1260和I/O端口1266双向通信。

机具经由有线双向通信1204并且还可能通过无线双向通信1204与机器通信。机具网络1250可以与机器网络1210直接通信，或者可以经由网络接口1215和1260与机器网络1210通信。机具还可以通过物理联接到机器进行农业操作(例如，种子/颗粒感测、种植、收割、喷洒等)。

存储器1205可以是机器可访问的非暂时性介质，在所述机器可访问的非暂时性介质上存储了实施本文中所述的方法或功能中的任何一个或多个的一组或多组指令(例如，软件1206)。在系统1200执行软件1206的过程中，软件1206还可以完全或至少部分地驻留在存储器1205内和/或处理系统1220内，所述存储器和处理系统也构成机器可访问存储介质。软件1206还可以经由网络接口1215通过网络发送或接收。

在一个实施例中，机器可访问的非临时性介质(例如，存储器1205)包含可执行的计算机程序指令，当由数据处理系统执行时，所述可执行的计算机程序指令使系统实施本公开的操作或方法。尽管在示例性实施例中机器可访问的非临时性介质(例如，存储器1205)被表示成单个介质，但是术语“机器可访问的非临时性介质”应被视为包括存储所述一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可访问的非临时性介质”还应被视为包括能够存储、编码或携带一组指令以供机器执行并使机器实施本公开的方法中的任意一个或多个的任何介质。因而，术语“机器可访问的非临时性介质”应被视为包括但不限于固态存储器、光和磁介质、以及载波信号。

Claims (21)

1.一种电气控制系统，所述电气控制系统包括：

显示数据的显示装置；

至少一个传感器，用于测量占空比并且测量脉冲频率，以用于感测通过农业机具的产品或颗粒管线的产品或颗粒的流量；和

处理逻辑，所述处理逻辑耦合到所述至少一个传感器，所述处理逻辑被配置成基于所述至少一个传感器的测量的占空比和测量的脉冲频率来确定流过所述农业机具的所述产品或颗粒管线的产品或颗粒的量。

2.根据权利要求1所述的电气控制系统，其中，所述处理逻辑被配置成基于所述脉冲频率和所述占空比计算通过所述产品或颗粒管线的产品或颗粒频率。

3.根据权利要求2所述的电气控制系统，其中，所述产品或颗粒频率等于所述脉冲频率除以(1－占空比)。

4.根据权利要求1所述的电气控制系统，其中，所述处理逻辑被配置成基于所述占空比和所述脉冲频率计算颗粒脉冲，以指示每个颗粒的脉冲。

5.根据权利要求4所述的电气控制系统，其中，所述处理逻辑被配置成基于所述占空比和所述颗粒脉冲计算颗粒频率。

6.根据权利要求1所述的电气控制系统，其中，所述处理逻辑被配置成基于单位面积的占空比来确定产品或颗粒大小并且基于在不同GPS位置处确定的所述产品或颗粒的量将所述产品或颗粒大小绘制成图，以生成农田的空间地图。

7.根据权利要求6所述的电气控制系统，其中，所述处理逻辑被配置成确定产品或颗粒均匀性度量(％)，其被计算为100减去(高行产品或颗粒变化加上低行产品或颗粒变化的绝对值)，其中，所述显示装置在用户界面上显示所述产品或颗粒均匀性度量，所述产品或颗粒均匀性度量示出了所述农业机具的不同行单元上的所述产品或颗粒大小的产品或颗粒均匀性，其中传感器定位在所述农业机具的每个行单元。

8.根据权利要求2所述的电气控制系统，其中，所述产品或颗粒频率用于基于已知变量来计算估计的产品或颗粒密植度，所述已知变量包括针对农田内的行的行速度和行间距。

9.一种电气系统，所述电气系统包括：

至少一个传感器，用于感测农业机具的流动管线内的种子或颗粒的流量；

用于从所述至少一个传感器接收传感器数据的模块；以及

耦合到所述模块的处理逻辑，所述处理逻辑被配置成从所述至少一个传感器的传感器输出确定测量的占空比和测量的脉冲频率，并且基于所述传感器的测量的占空比和测量的脉冲频率确定种子或颗粒频率。

10.根据权利要求9所述的电气系统，其中，所述处理逻辑被配置成基于所述脉冲频率和所述占空比来计算通过种子或颗粒管线的种子或颗粒频率。

11.根据权利要求10所述的电气系统，其中，所述种子或颗粒频率等于所述脉冲频率除以(1－占空比)。

12.根据权利要求9所述的电气系统，其中，所述处理逻辑被配置成基于所述占空比和所述脉冲频率计算颗粒脉冲以指示每个颗粒的脉冲，其中，所述处理逻辑被配置成确定种子或颗粒大小度量作为单位面积的占空比，并且确定种子或颗粒均匀性度量(％)，所述种子或颗粒均匀性度量被计算为100减去(高行种子或颗粒变化加上低行种子或颗粒变化的绝对值)。

13.根据权利要求12所述的电气系统，其中，所述处理逻辑被配置成基于所述占空比和所述颗粒脉冲计算颗粒频率。

14.一种监视传感器以确定种子或颗粒度量的计算机实施方法，所述计算机实施方法包括：

测量至少一个传感器的占空比以及测量所述至少一个传感器的脉冲频率，用于感测通过农业机具的种子或颗粒管线的种子或颗粒的流量；

基于测量的脉冲频率和测量的占空比确定种子或颗粒频率；和

基于所述种子或所述颗粒频率以及其他已知变量估计流过所述农业机具的所述种子或颗粒管线的种子或颗粒的量，所述其他已知变量包括所述农业机具的行速度或行间距。

15.根据权利要求14所述的计算机实施方法，还包括：

在特定GPS位置处将至少一个种子或颗粒度量绘制成图，以生成农田的空间地图，所述至少一个种子或颗粒度量包括所述至少一个传感器的在所述农业机具的不同行单元上的大小或均匀性。

16.根据权利要求14所述的计算机实施方法，还包括：

将来自特定GPS位置处的在所述农业机具的不同行单元上的每个堵塞传感器的堵塞传感器度量绘制成图，以生成农田的堵塞空间地图。

17.根据权利要求14所述的计算机实施方法，还包括：

将种子或颗粒大小度量确定为单位面积的占空比。

18.根据权利要求14所述的计算机实施方法，还包括：

确定种子或颗粒均匀性度量，以测量种子或颗粒大小在所述农业机具的不同行单元上的均匀程度。

19.根据权利要求18所述的计算机实施方法，其中，所述种子或颗粒均匀性度量(％)被计算为100减去(高行种子或颗粒变化加上低行种子或颗粒变化的绝对值)。

20.根据权利要求19所述的计算机实施方法，其中，所述低行种子或颗粒变化(％)被计算为(低行种子或颗粒大小减去平均种子或颗粒大小)除以平均种子或颗粒大小乘以100。

21.根据权利要求19所述的计算机实施方法，其中，所述高行种子或颗粒均匀性被计算为(高行种子或颗粒大小减去平均种子或颗粒大小)除以平均种子或颗粒大小乘以100。