CN117369350B - 高速播种机控制系统、方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高速播种机控制系统、方法、电子设备及存储介质，属于农业机械技术领域，该系统包括：电子控制单元、地轮测速传感器、GNSS测速模块、雷达测速传感器，电机控制单元；地轮测速传感器、GNSS测速模块、雷达测速传感器均用于测量播种机的作业车速；电子控制单元用于基于地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速，确定播种机行驶的目标车速；电机控制单元，用于获取电子控制单元发送的目标车速，并基于目标车速，控制排种器进行播种。本发明可以有效提高高速播种机的播种作业效率，实现高作业速度下的高质量播种作业。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种高速播种机控制系统、方法、电子设备及存储介质。
背景技术
随着农业生产技术水平的不断提高，作物机械化生产效率对保证国家粮食安全和国际市场竞争力具有重要意义。随着我国粮食主产区土地流转的加快，大地块、集约化种植区域已成为主流，对农机智能化水平的要求也变得更高。
目前，我国在高端播种机装备方面较国际市场具有较大的短板，尤其在高速播种机方面，自主化水平比较低，国内尚无成熟的高速播种系统，主要原因是当前的研究多集中在电驱排种速率控制等单一环节，使得系统无法准确地实时监测高速播种机在不同作业阶段的速度， 容易出现播种不均匀、多播、漏播等情况，导致高速播种机的播种作业质量较差，播种作业效率较低。
发明内容
本发明提供一种高速播种机控制系统、方法、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中高速播种机的播种作业质量较差，播种作业效率较低的缺陷。
本发明提供一种高速播种机控制系统，包括：
电子控制单元、地轮测速传感器、GNSS测速模块、雷达测速传感器，电机控制单元；所述地轮测速传感器、所述GNSS测速模块、所述雷达测速传感器均用于测量播种机的作业车速；
所述电子控制单元用于基于所述地轮测速传感器测量的第一车速、所述GNSS测速模块测量的第二车速和所述雷达测速传感器测量的第三车速，确定所述播种机行驶的目标车速；
所述电机控制单元，用于获取所述电子控制单元发送的所述目标车速，并基于所述目标车速，控制排种器进行播种。
根据本发明提供的一种高速播种机控制系统，所述电子控制单元具体用于：
在确定所述第一车速不大于第一速度阈值的情况下，确定所述目标车速为零；
在确定所述第一车速大于所述第一速度阈值但不大于第二速度阈值，且所述第三车速大于零的情况下，确定所述第一车速为播种机行驶的目标车速；
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值的情况下，根据所述GNSS测速模块的信号强度信息，基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述目标车速。
根据本发明提供的一种高速播种机控制系统，所述电子控制单元具体用于：
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值，且所述GNSS测速模块的信号强度信息大于目标强度阈值的情况下，基于所述第二车速和所述第三车速，确定所述目标车速；
或，
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值，且所述GNSS测速模块的信号强度信息不大于所述目标强度阈值的情况下，基于所述第一车速和所述第三车速，确定所述目标车速。
根据本发明提供的一种高速播种机控制系统，还包括：地轮测速编码器；
所述地轮测速编码器用于监测播种机地轮的转速信息，并将所述转速信息发送给所述电子控制单元；
所述电子控制单元具体还用于：
通过轮询的方式更新监测所述播种机行驶的目标车速；
在确定所述转速信息在连续多个轮询周期内呈增大趋势或减小趋势的情况下，根据历史轮询周期中更新时刻的目标车速，修正当前更新时刻的目标车速。
根据本发明提供的一种高速播种机控制系统，还包括：导种气压控制单元；
所述导种气压控制单元包括压力流量放大器、压力流量控制阀、液压马达和罗茨风机；
所述压力流量放大器用于接收所述电子控制单元的控制信号，并对所述控制信号进行放大，得到放大后的控制信号；
所述压力流量控制阀用于在所述放大后的控制信号的控制下，调整阀门开度，以调节液压管路的压力和流量，控制所述液压马达运行；
所述液压马达用于驱动所述罗茨风机转动，使排种器的排种管内产生高压气体，引导所述排种器中的种子吹入土壤。
本发明还提供一种应用于上述任一种所述的高速播种机控制系统的高速播种机控制方法，包括：
电子控制单元获取地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速；
所述电子控制单元基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述播种机行驶的目标车速；
电机控制单元获取所述电子控制单元发送的所述目标车速，并基于所述目标车速，控制排种器进行播种。
根据本发明提供的一种高速播种机控制方法，所述电子控制单元基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述播种机行驶的目标车速，包括：
在确定所述第一车速不大于第一速度阈值的情况下，确定所述目标车速为零；
在确定所述第一车速大于所述第一速度阈值但不大于第二速度阈值，且所述第三车速大于零的情况下，确定所述第一车速为播种机行驶的目标车速；
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值的情况下，根据所述GNSS测速模块的信号强度信息，基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述目标车速。
根据本发明提供的一种高速播种机控制方法，所述电子控制单元基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述播种机行驶的目标车速，包括：
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值，且所述GNSS测速模块的信号强度信息大于目标强度阈值的情况下，基于所述第二车速和所述第三车速，确定所述目标车速；
或，
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值，且所述GNSS测速模块的信号强度信息不大于所述目标强度阈值的情况下，基于所述第一车速和所述第三车速，确定所述目标车速。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述高速播种机控制方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述高速播种机控制方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述高速播种机控制方法。
本发明提供的高速播种机控制系统、方法、电子设备及存储介质，通过结合三种定位测速方式的优势，对地轮测速传感器、GNSS测速模块以及雷达测速传感器三者测量播种机作业行驶的速度进行综合考虑，利用电子控制单元对获取的地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速进行分析，实现对播种机实时作业车速的精准测量，提高了播种机作业速度监测的精度，以此协同控制排种器的各个环节进行播种，提升排种器吸种环节、排种环节、导种环节、播深环节等的控制精度，有效提高了高速播种机的播种作业效率，实现了高作业速度下的高质量播种作业。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的高速播种机控制系统的结构示意图之一；
图2是本发明提供的高速播种机控制系统的结构示意图之二；
图3是本发明提供的高速播种机控制系统中轮询监测车速的原理示意图；
图4是本发明提供的高速播种机控制系统的结构示意图之三；
图5是本发明提供的高速播种机控制系统中信号数据流结构示意图；
图6是本发明提供的高速播种机控制方法的流程示意图之一；
图7是本发明提供的高速播种机控制方法的流程示意图之二；
图8是本发明提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1-图8描述本发明的高速播种机控制系统、方法、电子设备及存储介质。
图1是本发明提供的高速播种机控制系统的结构示意图之一，如图1所示，包括：
电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）1、地轮测速传感器2、全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）测速模块3、雷达测速传感器4和电机（Motor）控制单元5；地轮测速传感器2、GNSS测速模块3、雷达测速传感器4均用于测量播种机的作业车速；
电子控制单元1用于基于地轮测速传感器2测量的第一车速、GNSS测速模块3测量的第二车速和雷达测速传感器4测量的第三车速，确定播种机行驶的目标车速；
电机控制单元5，用于获取电子控制单元1发送的目标车速，并基于该目标车速，控制排种器6进行播种。
具体地，本发明实施例所描述的第一车速、第二车速和第三车速分别是通过地轮测速传感器、GNSS测速模块和雷达测速传感器测量到的高速播种机作业车速。
本发明实施例所描述的目标车速指的是高速播种机实际的作业车速。
在本发明的实施例中，地轮测速传感器用于监测播种机地轮的转动速度，以测量播种的作业速度。考虑到地轮打滑问题，测算地轮行进速度时，需在地轮周长的基础上乘以打滑系数，其中，打滑系数一般小于等于1。地轮转动时，带动地轮中心的地轮测速编码器转动，产生频率信号，通过计算输出为播种机的作业车速，该种测速方式具有稳定性高的特点，但在播种机高速作业下易产生滑转运动，造成车速测量精度降低。
雷达测速传感器是基于多普勒雷达测速技术测量播种机的行驶速度，其安装于播种机外侧机架稳定且振动小的位置，安装角度为雷达收发平面与地平面向下45度。雷达测速传感器通过雷达波的发射和接收的时间差来测算距离，其产生的原理是需要相对运动的出现，因此，在垄沟边缘突变以及作物杆等阻碍物的影响下，其测速数值会发生突变，导致测量精度降低。
GNSS测速模块安装于播种机顶端中心最高处位置，确保卫星通信信号的接收。其通过卫星定位信号测得播种机的位置变化来演算播种机的作业车速，可以直接输出车速。但是，GNSS测速模块的使用过程中会因为信号遮挡等影响，造成数据更新的延迟，导致测速精度降低。
在本发明的实施例中，电子控制单元分别与地轮测速传感器、GNSS测速模块以及雷达测速传感器连接，可以实时获取到地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速。
在本发明的实施例中，通过综合考虑地轮测速、雷达测速和GNSS测速三种测速方式的优缺点，使电子控制单元在获取到各测速传感器的测量车速后，对地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速进行综合分析与判断，计算出播种机行驶的目标车速，得到播种机最终的作业车速，实现对播种机作业车速的实时精准监测。
在本发明的实施例中，电子控制单元计算播种机行驶的目标车速，将监测的目标车速发送给电机控制单元。电机控制单元获取电子控制单元发送的目标车速后，便可以基于该目标车速，按照预设好的速度匹配关系，协同控制排种器各个作业环节的速率，实现精准控制，从而实现高质量的播种作业效果。
本发明实施例的高速播种机控制系统，通过结合三种定位测速方式的优势，对地轮测速传感器、GNSS测速模块以及雷达测速传感器三者测量播种机作业行驶的速度进行综合考虑，利用电子控制单元对获取的地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速进行分析，实现对播种机实时作业车速的精准测量，提高了播种机作业速度监测的精度，以此协同控制排种器的各个环节进行播种，提升排种器吸种环节、排种环节、导种环节、播深环节等的控制精度，有效提高了高速播种机的播种作业效率，实现了高作业速度下的高质量播种作业。
基于上述实施例的内容，作为一种可选的实施例，电子控制单元1具体用于：
在确定第一车速不大于第一速度阈值的情况下，确定目标车速为零；
在确定第一车速大于第一速度阈值但不大于第二速度阈值，且第三车速大于零的情况下，确定第一车速为播种机行驶的目标车速；
在确定第一车速大于第二速度阈值的情况下，根据GNSS测速模块的信号强度信息，基于第一车速、第二车速和第三车速，确定目标车速。
具体地，本发明实施例所描述的第一速度阈值和第二速度阈值均是预先设定的速度阈值，用于判定播种机行驶车速的计算方式。其中，第一速度阈值具体的取值范围可以为1 km/h 至1.7km/h，例如取值为1.5 km/h；第二速度阈值具体的取值范围可以为4 km/h 至4.7km/h，例如取值为4.5 km/h。第一速度阈值和第二速度阈值的具体取值可以根据播种机实际作业场景进行设定。
在本发明的实施例中，可以根据各测速传感器测量得到的车速及各个测速传感器工作情况，设定各个车速对应的预设权重系数，以确定播种机最终的作业车速。其中，预设权重系数指为预先设定好的权重系数，包括第一车速对应的权重系数、第二车速对应的权重系数和第三车速对应的权重系数。其具体取值可以根据播种机实际作业场景以及GNSS测速模块定位信号的强度进行设定。
在本发明的实施例中，以机具升降传感器感知到机具下落状态为前提，电子控制单元对地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速进行综合分析与判断，在确定第一车速不大于第一速度阈值时，如第一车速不大于1.5 km/h，则可以确定目标车速为零，即确定当前高速播种机的作业车速为零。
在本发明的实施例中，电子控制单元在确定第一车速大于第一速度阈值但不大于第二速度阈值，且第三车速大于零的情况下，如确定第一车速大于1.5 km/h，但不大于4.5km/h，且第三车速大于0时，此时可以确定播种机行驶的目标车速为第一车速，即此时高速播种机处于低速状态，其作业车速以地轮测速传感器的测量结果为准。这充分利用了地轮测速传感器在低速场景下测量精度高的优势。
在本发明的实施例中，电子控制单元在确定第一车速大于第二速度阈值的情况下，如确定第一车速大于4.5 km/h时，需要综合考虑GNSS测速模块的信号强度信息的情况，基于第一车速、第二车速和第三车速，对第一车速、第二车速和第三车速分配对应的权重系数，来计算高速播种机的作业车速，实现对高速播种机作业车速的精准监测。
本发明实施例的系统，通过考虑地轮测速传感器、GNSS测速模块和雷达测速传感器各自测量性能的优势，结合高速播种机实际作业情况对各传感器测量车速数据进行综合分析，提升系统对播种机在低速、中速和高速情况下播种机作业速度监测的精度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选的实施例，电子控制单元1具体用于：
在确定第一车速大于第二速度阈值，且GNSS测速模块的信号强度信息大于目标强度阈值的情况下，基于第二车速和第三车速，确定目标车速；
或，
在确定第一车速大于第二速度阈值，且GNSS测速模块的信号强度信息不大于目标强度阈值的情况下，基于第一车速和第三车速，确定目标车速。
具体地，本发明实施例所描述的目标强度阈值用于判定GNSS测速模块的卫星信号强弱或信号丢失，表征GNSS测速模块的通信质量好或差。其具体可以根据GNSS测速模块的实际工作性能进行设定。
可以理解的是，GNSS测速模块的信号强度信息大于目标强度阈值时，说明GNSS测速模块的卫星信号强，通信质量好；GNSS测速模块的信号强度信息不大于目标强度阈值时，说明GNSS测速模块的卫星信号较差，通信质量差，甚至出现信号丢失。
在本发明的实施例中，电子控制单元在确定第一车速大于第二速度阈值，且GNSS测速模块的信号强度信息大于目标强度阈值的情况下，如确定第一车速大于4.5km/h且GNSS测速模块卫星信号良好时，可以基于第二车速、第三车速以及对应预设的权重系数来计算高速播种机行驶的目标车速。
在本发明的一个具体实施例中，在确定第一车速大于4.5km/h且GNSS测速模块卫星信号良好时，播种机的最终速度等于0.6倍的GNSS测速模块测得对地速度，加上0.4倍的雷达测速传感器测得车速。也就是说，目标车速等0.6倍的第二车速和0.4倍的第三车速的和。其中，此时第二车速对应的权重系数0.6和第三车速对应的权重系数0.4可以根据实际试验数据统计分析确定得到。
在本发明的实施例中，电子控制单元在确定第一车速大于第二速度阈值，且GNSS测速模块的信号强度信息不大于目标强度阈值的情况下，如确定第一车速大于4.5km/h且GNSS测速模块卫星信号丢失或较差时，可以基于第一车速、第三车速以及对应预设的权重系数来计算高速播种机行驶的目标车速。
在本发明的一个具体实施例中，在确定第一车速大于4.5km/h且GNSS测速模块卫星信号较差或丢失时，播种机的最终速度等于0.8倍的雷达测速传感器测得车速，加上0.2倍的地轮测速传感器测得车速。也就是说，目标车速等0.2倍的第一车速和0.8倍的第三车速的和。其中，此时第一车速对应的权重系数0.2和第三车速对应的权重系数0.8也可以根据实际试验数据统计分析确定得到。
本发明实施例的系统，通过具体结合播种机高速作业场景下GNSS测速模块卫星信号的情况，采取不同的计算方式来确定高速播种机最终的监测车速，提高了系统对播种机在中高速情况下播种机作业速度监测的精度，提升了系统对不同监测环境的适应性。
图2是本发明提供的高速播种机控制系统的结构示意图之二，如图2所示，该系统还包括地轮测速编码器7；地轮测速编码器7用于监测播种机地轮的转速信息，并将转速信息发送给电子控制单元1；
电子控制单元1具体还用于：
通过轮询的方式更新监测播种机行驶的目标车速；
在确定转速信息在连续多个轮询周期内呈增大趋势或减小趋势的情况下，根据历史轮询周期中更新时刻的目标车速，修正当前更新时刻的目标车速。
需要说明的是，在高速播种机车速加速或者减速过程，由于系统面向高速播种机，播种电机和施肥电机可通过RS485指令轮询的方式设置转速和读取电机运行状态，受轮询时间周期影响电机转速响应有滞后性，在启动加速和停止减速的过程尤其明显。这将直接导致高速播种机在刚开始启动时容易在田地头部区域发生漏播现象，而在田地尾部区域出现多播的现象。
具体地，在本发明的实施例中，地轮测速编码器可以实时监测播种机地轮的转速信息，并将监测到的转速信息发送给电子控制单元。进一步地，利用地轮测速编码器频率更新快的特点，判断地轮转速频率增长速度是否增大。可以理解的是，转速与车速成正比关系，地轮转速越大，说明高速播种机的作业速度也越快。
进一步地，在本实施例中，电子控制单元通过轮询的方式更新播种机行驶的目标车速，在确定地轮测速编码器监测到地轮的转速信息在连续多个轮询周期内呈增大趋势或减小趋势的情况下，则说明播种机的作业速度也在连续轮询周期内呈增大趋势或减小趋势，说明播种机处于持续加速状态或持续减速状态。此时，需对各个轮询周期中更新时刻的目标车速进行修正，确保监测的播种机速度为真实速度。
需要说明的是，本发明实施例中，连续轮询周期的数量可以根据实际设计作业需求进行设计，可以是连续两个轮询周期，或者连续三个轮询周期等。
更具体地，在确定地轮测速编码器监测到的转速信息在连续两个轮询周期内呈增大趋势的情况下，此时，可以根据三个更新时刻的目标车速，确定高速播种机的作业车速为持续加速状态，进而可以利用历史更新时刻的目标车速对当前更新时刻的目标车速进行修正，确定出比当前更新时刻的目标车速要大的实际作业车速。
同样地，在确定地轮测速编码器监测到的转速信息在连续两个轮询周期内呈减小趋势的情况下，此时，可以根据三个更新时刻的目标车速，确定高速播种机的作业车速为持续减速状态，进而可以利用历史更新时刻的目标车速对当前更新时刻的目标车速进行修正，确定出比当前更新时刻的目标车速要小的实际作业车速。
图3是本发明提供的高速播种机控制系统中轮询监测车速的原理示意图，如图3所示，在本发明的实施例中，Tn、Tn-1、Tn-2分别为当前更新时刻、前一个轮询周期中的更新时刻和前两个轮询周期中的更新时刻；v n、v n-1、v n-2分别为Tn、Tn-1、Tn-2时刻对应的系统监测的目标车速。根据三个更新时刻的目标车速，可以判定高速播种机作业车速的变化状态。
当且仅当v n> v n-1> v n-2时，说明地轮测速编码器监测到的转速信息在连续两个轮询周期内呈增大趋势，此时系统将判定高速播种机的作业车速为持续加速状态，进而可以利用历史更新时刻的目标车速对当前更新时刻的目标车速进行修正，确定出比当前更新时刻的目标车速要大的实际作业车速，则Tn时刻系统最终发送的实际作业车速Tnf为：
Tnf= v n+0.5×|v n- v n-2|；
反之，当且仅当v n-2> v n-1>v n时，说明地轮测速编码器监测到的转速信息在连续两个轮询周期内呈减小趋势，此时系统将判定高速播种机的作业车速为持续减速状态，进而可以利用历史更新时刻的目标车速对当前更新时刻的目标车速进行修正，确定出比当前更新时刻的目标车速要小的实际作业车速，则Tn时刻系统最终发送的实际作业车速Tnf为：
Tnf= v n-0.5×|v n- v n-2|；
在本发明的实施例中，通过上述实施方式，实现了对高速播种机处于持续加速或持续减速状态场景下的作业车速精准监测。
本发明实施例的系统，通过设定电子控制单元实时监测地轮测速编码器检测的地轮转速数据，根据地轮转速在连续多个轮询周期内的变化趋势，判定实际播种机的作业车速状态，进而对系统监测车速进行有效修正，可以精准检测出高速播种机在车速加速或者减速过程的实际车速，进一步提升了高速播种机作业速度的监测精度，有效避免了现有技术中高速播种机在刚开始启动时在田地头部区域发生漏播现象，而在田地尾部区域出现多播的现象。
基于上述实施例的内容，继续参照图2，如图2所示，作为一种可选的实施例，该系统还包括：导种气压控制单元8；导种气压控制单元8包括压力流量放大器81、压力流量控制阀82、液压马达83和罗茨风机84；
压力流量放大器81用于接收电子控制单元1的控制信号，并对控制信号进行放大，得到放大后的控制信号；
压力流量控制阀82用于在放大后的控制信号的控制下，调整阀门开度，以调节液压管路的压力和流量，控制液压马达83运行；
液压马达83用于驱动罗茨风机84转动，使排种器6的排种管内产生高压气体，引导排种器6中的种子吹入土壤。
本发明实施例的系统，通过引入导种气压控制单元，利用液压马达和罗茨风机结合，通过电子控制单元控制压力流量控制阀的开度实现对液压管路的压力和流量的调节，从而控制液压马达的转速以及罗茨风机的转速，实现对导种气吹压力的精细控制，可以有效提升高速播种机的排种效率。
图4是本发明提供的高速播种机控制系统的结构示意图之三，如图4所示，在本发明的一个具体实施例中，高速播种机控制系统具体包括：电源单元301、PC控制单元302、电子控制单元303、GNSS控制单元304和电机（Motor）控制单元305，除电源单元301直接电气连接外，其余控制单元之间通过CAN总线通信交互，还包括排种器306、排肥器307、罗茨风机308、负压风机309、地轮310等播种机部件。
其中，高速播种机控制系统与拖拉机的连接包括需具备三点悬挂、后动力输出轴和独立的液压输出接口，分别用于悬挂播种机、带动气吸风机和发电机转动、液压马达供给液压油。
其中，电子控制单元303与前述电子控制单元1为同一装置，排种器306与前述排种器6为同一装置。
图5是本发明提供的高速播种机控制系统中信号数据流结构示意图，如图5所示，电源单元301主要包括DC24V发电机、DC24V蓄电池组和DC12V稳压模块，DC24V发电机通过拖拉机后动力输出轴转动，产生DC28V左右的电源，为DC24V蓄电池组充电，多余电量用于系统供电消耗；DC24V蓄电池组主要用于发动机不工作时，系统能源消耗；DC24V稳压模块专门用于压力流量放大器的供电，以期能够在电源电压波动情况下保证压力流量阀输出信号的稳定性；DC12V稳压模块提供稳定的DC12V电压，用于系统其它部件供电。
在本实施例中，PC控制单元302、GNSS控制单元304和Motor控制单元305均可以采用STM32型号，即PC控制单元302为STM32-PC控制单元，GNSS控制单元304为STM32- GNSS控制单元，Motor控制单元305为STM32- Motor控制单元。
继续参照图4和图5，STM32-PC控制单元主要包括STM32-PC控制器和PC显控器两部分。PC显控器用于系统监测参数显示和参数设置，其外接通信口为RS485；STM32-PC控制器用于与PC显控器、CAN通信数据间的RS485和CAN协议转换和交互。
播种机电子控制单元主要包括播种机ECU、放肥开关、机具起降传感器、地轮测速传感器、雷达测速传感器、负压传感器、压力流量放大器、压力流量控制阀、液压马达、罗茨压力传感器、气泵开关继电器、气泵、气囊、放气阀和气囊压力传感器。其中，播种机ECU用于接收CAN总线设置和控制指令，实现播种机肥箱放肥、机具起降感知、地轮和雷达测速、负压感知、罗茨风机压力闭环控制和气囊压力闭环控制的功能。
播种机ECU用于接收各个放肥开关、机具起降传感器、地轮测速传感器、雷达测速传感器及负压传感器的数据，并基于这些数据实时监测高速播种机的作业速度，以控制罗茨风机运行进行导种气吹压力的调整，控制气囊气体压力，实现对播种单体压力的控制。
STM32-GNSS控制单元包括GNSS测速模块和STM32-GNSS控制器。其中，GNSS测速模块能够接受BDS、GPS、GLONASS等卫星定位系统的定位信息，获取对地速度，通过RS485协议通信传输，经STM32-GNSS控制器解析，转换为CAN协议传输至CAN通信网络。
STM32-Motor控制单元主要包括STM32-Motor控制器、播种电机和施肥电机，STM32-Motor控制器用于播种电机、施肥电机转速控制和状态读取，将RS485协议转换为CAN协议，通过CAN通信与CAN总线系统进行通信。
负压传感器用于监测负压风机气体压力。负压风机为排种器提供吸种压力，系统通过对负压传感器的监测，来保证排种器在高速排种下的吸种压力。
压力流量放大器用于接收播种ECU的控制信号，经信号放大后驱动压力流量控制阀，调整液压管路压力和流量，实现液压马达的转速控制，液压马达带动罗茨风机转动，罗茨风机产生高压气体为排种器排种管提供导种气吹压力，罗茨压力传感器监测其产生的高压气体。
气泵开关继电器用于控制气泵的开关，气泵用于给播种单体的气囊提供气体，气囊通过调整气体压力大小能够实现对播种单体下压力的控制，合适的播种单体下压力对保证播种深度的一致性的重要因素。气囊气体压力通过气囊压力传感器进行监测，当气囊压力不足时，启动气泵进行充气，当气囊压力过高时，打开放气阀进行放气。
继续参照图5，播种电机和施肥电机为RS485总线指令控制器与电机一体式，电机具备电机转速闭环控制和转速状态读取的功能，电机与排种器、排肥器连接，用于调整排种器和排肥器的转速。播种电机和施肥电机控制器外壳与播种机机架用导线短接，用于防止排种器、排肥器转动摩擦产生的静电，导致电机控制器异常重启的现象发生。
为提供可靠、准确的播种机作业的低速、中速和高速监测信息，电子控制单元通过获取GNSS测速模块、地轮测速传感器和雷达测速传感器各自监测的车速数据，并基于三类测量车速数据计算播种机的实际作业车速，具体实施方式可参照前述任一种目标车速计算的实施例方法，对此不作赘述。
其中，放肥开关用于将肥箱内的剩余肥量排出，每个放肥开关可以同时控制不大于2个排肥电机全速转动，且多个放肥开关独立工作，互相不受影响，方便操作人员比较少时的肥箱放肥操作。
其中，机具起降传感器用于对播种机升起和下降状态进行判别，利用强磁安装于拖拉机三点悬挂附近，感知三点悬挂的起降动作。该机具起降传感器与播种机ECU交互，考虑到机具起降传感器需要匹配拖拉机，当拖来机更换后安装位置需随之更换的问题，当机具起降传感器未接入所述系统时，播种监测ECU默认播种机具处于下落的状态。
其中，导种气吹压力可以增加种子垂直下落速度，同时在导种管内部形成气膜，防止种子在导种管内部变动，根据种子类型（种子体积大小和重量）差异，随播种作业车速增加进行线性比例增长，；播种机车速在0~16km/h范围时，玉米、大豆和菜籽的气吹压力在0~45kpa的范围内变化。
下面对本发明提供的高速播种机控制方法进行描述，下文描述的高速播种机控制方法与上文描述的高速播种机控制系统可相互对应参照。
图6是本发明提供的高速播种机控制方法的流程示意图之一，如图6所示，该方法可以应用于上述任一种高速播种机控制系统，具体包括：
步骤610，电子控制单元获取地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速；
步骤620，电子控制单元基于第一车速、第二车速和第三车速，确定播种机行驶的目标车速；
步骤630，电机控制单元获取电子控制单元发送的目标车速，并基于该目标车速，控制排种器进行播种。
本实施例所述的高速播种机控制方法可以应用于上述高速播种机控制系统实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本发明实施例的高速播种机控制方法，通过结合三种定位测速方式的优势，对地轮测速传感器、GNSS测速模块以及雷达测速传感器三者测量播种机作业行驶的速度进行综合考虑，利用电子控制单元对获取的地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速进行分析，实现对播种机实时作业车速的精准测量，提高了播种机作业速度监测的精度，以此协同控制排种器的各个环节进行播种，提升排种器吸种环节、排种环节、导种环节、播深环节等的控制精度，有效提高了高速播种机的播种作业效率，实现了高作业速度下的高质量播种作业。
基于上述实施例的内容，作为一种可选的实时汇率，电子控制单元基于第一车速、第二车速和第三车速，确定播种机行驶的目标车速，包括：
在确定第一车速不大于第一速度阈值的情况下，确定目标车速为零；
在确定第一车速大于第一速度阈值但不大于第二速度阈值，且第三车速大于零的情况下，确定第一车速为播种机行驶的目标车速；
在确定第一车速大于第二速度阈值的情况下，根据GNSS测速模块的信号强度信息，基于第一车速、第二车速和第三车速，确定目标车速。
基于上述实施例的内容，作为一种可选的实时汇率，电子控制单元基于第一车速、第二车速和第三车速，确定播种机行驶的目标车速，包括：
在确定第一车速大于第二速度阈值，且GNSS测速模块的信号强度信息大于目标强度阈值的情况下，基于第二车速和第三车速，确定目标车速；
或，
在确定第一车速大于第二速度阈值，且GNSS测速模块的信号强度信息不大于目标强度阈值的情况下，基于第一车速和第三车速，确定目标车速。
图7是本发明提供的高速播种机控制方法的流程示意图之二，如图7所示，该方法具体包括：
步骤S1，设置参数。包括地轮直径，吸盘孔数，株数，肥量校核，施肥量，单体压力，行距和种子类型，施肥电机和播种电机的余行开关，启动总开关。
步骤S2，监测参数。包括作业车速限速值、GNSS测速、雷达测速、地轮测速、气吸风机风压、罗茨风机风压、气囊压力、系统电压、种肥电机转动状态、机具起降状态。
步骤S3，提前充种。当机器处于下落状态，启动总开关打开，气吸风机风压大于等于6kpa时，控制器控制播种电机转动3/4转，减少播种机启动阶段出现的因排种器落种口无种子造成的漏播情况发生。
步骤S4，车速加速或者减速过程的控制。由于系统面向高速播种机，播种电机和施肥电机通过RS485指令轮询的方式设置转速和读取电机运行状态，受轮询时间周期影响电机转速响应有滞后性，在启动加速和停止减速的过程尤其明显。利用地轮测速编码器频率更新快的特点，判断地轮车速在连续轮询周期下的变化情况，进而按照前述车速修正实施方式对各轮询周期中更新时刻的系统监测车速进行有效修正。
步骤S5，车速平稳运行阶段的控制。根据系统设置和车速变化，CAN总线系统不断更新播种电机和施肥电机转速设置值；根据种子类型选择，跟随车速进行罗茨风机压力的闭环控制；根据气囊压力设置，进行气囊压力动态调整。根据播种电机和施肥电机转速状态反馈，对排种器和排肥器的工作状态进行判别。
步骤S6，播种机停止。启动总开关关闭、机具抬起或者播种机最终车速为零时，播种电机和施肥电机处于停止转动状态，但气囊压力仍保持不变。当监测到放肥开关打开时，对应地址的施肥电机全速转动，进行放肥操作。
其中，步骤S5中罗茨风机压力的闭环控制。通过安装于罗茨风机出口的罗茨压力传感器监测罗茨风机输出压力，作为信号反馈与罗茨压力随车速变化目标值做差值，播种机ECU输出电压模拟量信号控制压力流量放大器的输出信号，控制压力流量控制阀控制液压马达转速，带动罗茨风机转动进行压力调整。
步骤S5中气囊压力的动态调整。考虑到播种单体起伏造成气囊压力的短期变化，在控制算法中加入迟滞值，即当气囊压力首次达到气囊压力设置值时，播种机ECU关闭气泵开关继电器，切换气泵电源，气泵停止工作。当气囊压力传感器监测到气囊压力波动时，在±5kpa范围内变化，气囊压力不调整，当气囊压力大于5kpa时且持续大于5kpa在3s以上时，打开放气阀进行放气；反之，启动气泵打气。
图8是本发明提供的电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）810、通信接口（Communications Interface）820、存储器（memory）830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行上述各方法所提供的高速播种机控制方法，该方法包括：电子控制单元获取地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速；电子控制单元基于第一车速、第二车速和第三车速，确定播种机行驶的目标车速；电机控制单元获取电子控制单元发送的目标车速，并基于该目标车速，控制排种器进行播种。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的高速播种机控制方法，该方法包括：电子控制单元获取地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速；电子控制单元基于第一车速、第二车速和第三车速，确定播种机行驶的目标车速；电机控制单元获取电子控制单元发送的目标车速，并基于该目标车速，控制排种器进行播种。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的高速播种机控制方法，该方法包括：电子控制单元获取地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速；电子控制单元基于第一车速、第二车速和第三车速，确定播种机行驶的目标车速；电机控制单元获取电子控制单元发送的目标车速，并基于该目标车速，控制排种器进行播种。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种高速播种机控制系统，其特征在于，包括：
电子控制单元、地轮测速传感器、GNSS测速模块、雷达测速传感器，电机控制单元；所述地轮测速传感器、所述GNSS测速模块、所述雷达测速传感器均用于测量播种机的作业车速；
所述电子控制单元用于基于所述地轮测速传感器测量的第一车速、所述GNSS测速模块测量的第二车速和所述雷达测速传感器测量的第三车速，确定所述播种机行驶的目标车速；
所述电机控制单元，用于获取所述电子控制单元发送的所述目标车速，并基于所述目标车速，控制排种器进行播种；
其中，所述电子控制单元具体用于：
在确定所述第一车速不大于第一速度阈值的情况下，确定所述目标车速为零；
在确定所述第一车速大于所述第一速度阈值但不大于第二速度阈值，且所述第三车速大于零的情况下，确定所述第一车速为播种机行驶的目标车速；
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值的情况下，根据所述GNSS测速模块的信号强度信息，基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述目标车速；
其中，所述系统还包括：地轮测速编码器；
所述地轮测速编码器用于监测播种机地轮的转速信息，并将所述转速信息发送给所述电子控制单元；
所述电子控制单元具体还用于：
通过轮询的方式更新监测所述播种机行驶的目标车速；
在确定所述转速信息在连续多个轮询周期内呈增大趋势或减小趋势的情况下，根据历史轮询周期中更新时刻的目标车速，修正当前更新时刻的目标车速。
2.根据权利要求1所述的高速播种机控制系统，其特征在于，所述电子控制单元具体用于：
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值，且所述GNSS测速模块的信号强度信息大于目标强度阈值的情况下，基于所述第二车速和所述第三车速，确定所述目标车速；
或，
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值，且所述GNSS测速模块的信号强度信息不大于所述目标强度阈值的情况下，基于所述第一车速和所述第三车速，确定所述目标车速。
3.根据权利要求1-2任一项所述的高速播种机控制系统，其特征在于，还包括：导种气压控制单元；
所述导种气压控制单元包括压力流量放大器、压力流量控制阀、液压马达和罗茨风机；
所述压力流量放大器用于接收所述电子控制单元的控制信号，并对所述控制信号进行放大，得到放大后的控制信号；
所述压力流量控制阀用于在所述放大后的控制信号的控制下，调整阀门开度，以调节液压管路的压力和流量，控制所述液压马达运行；
所述液压马达用于驱动所述罗茨风机转动，使排种器的排种管内产生高压气体，引导所述排种器中的种子吹入土壤。
4.一种应用于上述权利要求1-3任一项所述的高速播种机控制系统的高速播种机控制方法，其特征在于，包括：
电子控制单元获取地轮测速传感器测量的第一车速、GNSS测速模块测量的第二车速和雷达测速传感器测量的第三车速；
所述电子控制单元基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述播种机行驶的目标车速；
电机控制单元获取所述电子控制单元发送的所述目标车速，并基于所述目标车速，控制排种器进行播种；
其中，所述电子控制单元基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述播种机行驶的目标车速，包括：
在确定所述第一车速不大于第一速度阈值的情况下，确定所述目标车速为零；
在确定所述第一车速大于所述第一速度阈值但不大于第二速度阈值，且所述第三车速大于零的情况下，确定所述第一车速为播种机行驶的目标车速；
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值的情况下，根据所述GNSS测速模块的信号强度信息，基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述目标车速；
其中，地轮测速编码器用于监测播种机地轮的转速信息，并将所述转速信息发送给所述电子控制单元；
所述电子控制单元通过轮询的方式更新监测所述播种机行驶的目标车速；在确定所述转速信息在连续多个轮询周期内呈增大趋势或减小趋势的情况下，根据历史轮询周期中更新时刻的目标车速，修正当前更新时刻的目标车速。
5.根据权利要求4所述的高速播种机控制方法，其特征在于，所述电子控制单元基于所述第一车速、所述第二车速和所述第三车速，确定所述播种机行驶的目标车速，包括：
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值，且所述GNSS测速模块的信号强度信息大于目标强度阈值的情况下，基于所述第二车速和所述第三车速，确定所述目标车速；
或，
在确定所述第一车速大于所述第二速度阈值，且所述GNSS测速模块的信号强度信息不大于所述目标强度阈值的情况下，基于所述第一车速和所述第三车速，确定所述目标车速。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求4至5任一项所述高速播种机控制方法。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4至5任一项所述高速播种机控制方法。
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