CN203744991U - 光电式高抗尘播种传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及农业装备技术领域，具体涉及光电式高抗尘播种传感器，该传感器包括：密封壳体、密封壳上盖、发光管、接收管、电路板，其中：密封壳上盖与密封壳体相连；发光管、接收管的引脚与电路板相连；电路板安装在密封壳体中。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业装备技术领域，具体涉及光电式高抗尘播种传感器。
背景技术
播种机作业时，地轮通过传动链条带动排种轴转动，排种器排出种子，种子经过播种管下落到田间，从而实现播种。播种时常常会由于种箱缺种、传动链条故障、排种器卡种、播种管堵塞等故障，使得没有种子或种子无法下落到田间，造成漏播，降低了农作物产量。
在播种机上安装播种监测系统是监测漏播最有效的方法。播种传感器是播种监测系统最重要的部分，其安装在播种管上，监测播种管内种子流动情况。常用的播种传感器有电容式和光电式两种。电容式播种传感器由于结构复杂、成本高，不适合大规模普及。光电式播种传感器结构简单、成本低，适合我国农业发展现状。光电式播种传感器一般是在播种管的一侧安装发光管，另一侧安装接收管，接收管与比较器相连。种子下落会遮挡光束，接收管的接收光强发生变化，进而比较器输出信号发生变化。根据比较器输出信号可以得到播种状态，从而监测漏播现象。
现有的光电式播种传感器存在的技术问题如下：
1、抗尘性能差，容易受到田间灰尘影响，降低传感器监测准确性和灵敏度。
2、输出信号一般为开关量或模拟量信号，在传输过程中容易受到电磁干扰。
3、只监测是否漏播，不能监测播种机作业的播种量。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是现有的光电式播种传感器抗尘性能差，容易受到田间灰尘影响，传感器监测准确性和灵敏度低，容易受到电磁干扰，不能监测播种机作业的播种量的问题。
为此目的，本实用新型提出光电式高抗尘播种传感器，该传感器包括：密封壳体、密封壳上盖、发光管、接收管、电路板，其中：密封壳上盖与密封壳体相连；发光管、接收管的引脚与电路板相连；电路板安装在密封壳体中。
其中，所述电路板包括：中央处理器、基准电压单元、CAN收发单元、存储芯片、晶振电路、复位单元，其中，中央处理器包括：AD采集单元、信号处理单元、CAN控制单元。
其中，所述接收管的引脚与电路板相连包括：接收管的引脚与AD采集单元相连，所述AD采集单元采集所述接收管的电压信号；所述信号处理单元处理AD采集单元采集到的电压信号；所述CAN控制单元将所述信号处理单元输出的数据发送到CAN收发单元；所述CAN收发单元将接收到的数据转换成CAN总线信号。
其中，所述发光管、接收管的数量相等；所述电路板为圆环形；所述发光管、接收管在电路板的内圆均匀分布且发光管、接收管在内圆的直径两端。
其中，所述密封壳体、密封壳上盖的边缘部分有数量相等的均匀分布的螺纹孔，所述密封壳上盖与密封壳体相连包括：所述密封壳上盖与密封壳体通过螺纹孔中的螺丝相连。
其中，所述密封壳体包括一个圆环形凹槽和一个中空的圆柱形筒体，所述筒体插入所述圆环形凹槽的内圆，所述筒体包括多个均匀分布于筒体圆周的孔；所述密封壳上盖为环形柱体，所述密封壳体的中空的圆柱形筒体从密封壳上盖的内圆中伸出。
其中，所述电路板安装在密封壳体中包括：所述电路板安装在密封壳体的圆环形凹槽里；所述发光管、接收管从密封壳体的中空的圆柱形筒体上的孔伸出。
较佳的，所述传感器进一步包括：引出线缆；所述密封壳上盖进一步包括：圆孔；所述圆孔上安装密封接头，所述引出线缆的一端插入安装有密封接头的圆孔并与电路板相连，所述引出线缆的另一端与四芯接头相连。
其中，播种管插入所述传感器的密封壳体的中空的圆柱形筒体并用卡箍固定。
相比于现有技术，本实用新型提供的传感器的有益效果是：
抗尘性能、抗电磁干扰性能、监测准确性和反应灵敏度均提高，并且能够监测漏播和播种量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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(a)-1(d)示出了本实用新型一个较佳实施例的光电式高抗尘播种传感器的组成部件；其中图1(a)是光电式高抗尘播种传感器的密封壳上盖结构图；图1(b)是光电式高抗尘播种传感器密封壳体结构图；图1(c)是光电式高抗尘播种传感器发光和接收管分布图；图1(d)是光电式高抗尘播种传感器安装示意图；
图2示出了本实用新型一个较佳实施例的发光管与接收管的电路图；
图3示出了本实用新型一个较佳实施例的光电式高抗尘播种传感器的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
本实施例具体公开一种光电式高抗尘播种传感器，如图1(a)-1(d)所示，该传感器包括：密封壳体1、密封壳上盖2、发光管7、接收管8、电路板9，其中：
密封壳上盖2与密封壳体1相连；发光管7、接收管8的引脚与电路板9相连；电路板9安装在密封壳体1中。
电路板9包括：中央处理器、基准电压单元、CAN收发单元、存储芯片、晶振电路、复位单元，其中，中央处理器包括：AD采集单元、信号处理单元、CAN控制单元。
所述接收管8的引脚与电路板9的AD采集单元相连，所述AD采集单元用于采集所述接收管8的电压信号；所述信号处理单元用于处理AD采集单元采集到的电压信号，得到播种管14的状态及播种量。
播种管14的状态包括：无种状态、正常播种状态及堵塞状态，当播种管14为无种状态时，接收管8的光强均处于最大状态，输出电压最大；当播种管14为正常播种状态时，一部分光束被遮挡，至少有一个接收管8的光强减小，输出电压降低，播种量增加一粒；当播种管14为堵塞状态时，光束全部被遮挡，接收光强最小，输出电压最低。
所述CAN控制单元用于将所述信号处理单元输出的数据发送到CAN收发单元；所述CAN收发单元将接收到的数据转换成CAN总线信号；所述基准电压单元用于产生基准电压信号，该信号不会随着电源电压的波动而变化，AD采集单元采集该基准电压信号，作为电压转换标准。
所述发光管7、接收管8的数量相等，本实施例中均为4个；所述电路板9为圆环形；所述发光管7、接收管8在电路板9的内圆均匀分布且发光管7、接收管8在内圆的直径两端。
所述密封壳体1、密封壳上盖2的边缘部分有数量相等（本实施例中均为6个）的均匀分布的螺纹孔4，所述密封壳上盖2与密封壳体1通过螺纹孔4中的螺丝13相连。
所述密封壳体1包括一个圆环形凹槽6和一个中空的圆柱形筒体16，所述筒体16插入所述圆环形凹槽6的内圆，所述筒体16包括8个均匀分布于筒体圆周的孔5；所述密封壳上盖2为环形柱体，所述密封壳体1的中空的圆柱形筒体16从密封壳上盖2的内圆中伸出。
所述电路板9安装在密封壳体1的圆环形凹槽6里，安装螺丝13时，密封壳上盖2会将电路板9压紧固定；所述发光管7、接收管8从密封壳体1的中空的圆柱形筒体16上的孔5伸出。
本实施例中所述发光管7为功率大、发散小的红外发光二极管，所述接收管8为功率大、发散小的红外光电三极管。4个发光管7和4个接收管8呈“米”字型排列，可保证种子下落时，一定会遮挡光束。
较佳的，所述传感器进一步包括：引出线缆11，所述引出线缆11的作用有以下两点：（1）接供电电源，给传感器供电；（2）引出CAN总线信号，可与上位机通信。
较佳的，所述密封壳上盖2进一步包括：圆孔3；所述圆孔3上安装密封接头10，所述引出线缆11的一端插入安装有密封接头10的圆孔3并与电路板9相连，所述引出线缆11的另一端与四芯接头12相连，在图1(d)中，四芯接头12的上面四芯与上位机连接，其中，所述密封接头10作用为：防尘、防水，固定引出线缆11。
其中，播种管14插入所述传感器的密封壳体1的中空的圆柱形筒体16并用卡箍15固定。
如图2所示，红外发光二极管的阳极经过限流电阻（R1～R4）后接至电源VCC，红外发光二极管的阴极接地。红外光电三极管的集电极接电源VCC，红外光电三极管的发射极通过电阻（R5～R8）接地。各光电三极管的输出电压（USensorOut1～USensorOut4）分别接入到中央处理器的AD采集单元的4个端口。
如图3所示，中央处理器分别采集4个接收管输出信号，同时还采集由基准电压单元产生的基准电压信号，以基准电压为标准，计算每次采集到的接收管输出电压，可避免AD采集单元受到电源电压变化影响，提高精度。采集完成后，经过信号处理后，得到播种管播种状态和播种量，然后通过CAN总线发送。电路板上还集成有存储芯片，可储存参数：堵塞阈值UL、差值ΔU及采集次数N，其中，堵塞阈值UL为一预设定电压值，接收管8的电压小于该值，表示接收管8输出电压很小；差值ΔU同样为一预设定电压值，接收管8电压的变化如果小于该值，表示接收管8输出信号变化很小。
电路板9的信号处理单元使用硬件实现。所述信号处理单元的信号处理流程如下：
在一个采样周期T时间内，中央处理器中的AD采集单元依次采集四个接收管8的输出电压，每个均采集N次，共得到四组电压，每组有N个电压值，每次采集的电压记为Uij（i表示接收管编号，1≤i≤4；j表示第几次采集，1≤j≤N）。
经过处理得到每组电压的最大值，记为(Ui)max（1≤i≤4）。
如果每个接收管8的(Ui)max均小于UL，表示四个接收管8几乎没有接收到发光管发出的红外光，播种管状态为堵塞，播种量不增加，结束此次处理；否则，进入下一步骤。
处理得到4组电压变化最大值(ΔUi)max（1≤i≤4），再求出4个值中的最大值ΔUmax，表示在一个采样周期T内，接收光强的最大变化。
如果接收光强的最大变化很小（ΔUmax<ΔU），则表示没有种子下落，光强的变化可能是由灰尘引起的，播种状态为无种，播种量不增加；反之，播种状态为正常播种，播种量增加一粒。结束播种状态处理。
播种传感器的监测准确性取决于UL和ΔU的取值，播种传感器的监测灵敏度取决于采集次数N的选取，为了保证准确性和灵敏度，对于不同作业条件和粮食种类，UL、ΔU和N的取值不同。预设定的UL、ΔU和N，存储在电路板9的储存芯片中。
得到播种状态和播种量后，中央处理器的CAN控制单元将播种状态和播种量消息经过CAN收发单元转换成CAN总线信号后发送，可以增强输出信号的抗电磁干扰能力。CAN总线通信速度很快，上位机可以很快地接收到状态消息，不会影响监测灵敏度。另外利用CAN总线能够很方便地组网，上位机只需要具有1个CAN通信接口，就可以快速接收多路播种传感器信号，这样就使得上位机设计简单，成本低廉。
由上位机为每个播种传感器分配一个ID，所述ID标识播种传感器安装在播种机的哪一行。
上位机或其他具有CAN接口的设备，按照设计好的CAN接口协议，可以给传感器发送CAN消息，完成对UL、ΔU、N和传感器ID等参数的修改，以适应不同种类种子、不同作业条件的漏播监测。
本实施例提供的传感器的有益效果是：
1、发光管和接收管均采用红外式、功率大、发散小的器件，可以增加接收光强，有利于监测。采用4个发光管和接收管，呈“米”字型排列，检测范围可覆盖整个播种管横截面，不会出现漏检。
2、分别采集并处理4个接收管的输出，得到接收管输出的最大变化，可以有效降低灰尘影响。
3、针对不同作业条件和粮食种类，选取合理的N、UL和ΔU值，减小并消去灰尘影响，以确保高准确性和高灵敏度，及时准确发现漏播。
4、传统的播种传感器输出的是模拟信号或开光量信号，本实施例中的光电式高抗尘播种传感器使用CAN总线信号与上位机通信，不仅简化播种检测系统的上位机设计，而且能够提升光电式高抗尘播种传感器抗电磁干扰的能力，保证监测实时性；可以接收CAN消息，方便实现参数修改。
5、通过密封壳体1、密封壳上盖2及密封接头10提升了光电式高抗尘播种传感器的抗尘性能，实现了播种状态的及时准确监测，能够及时准确地发现漏播现象。
6、通过电路板9的中央处理器中的信号处理单元实现播种量的准确监测。
7、本实施例中的光电式高抗尘播种传感器实现了不同作业条件和粮食种类的播种监测。
虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (9)
1.光电式高抗尘播种传感器，其特征在于，该传感器包括：
密封壳体、密封壳上盖、发光管、接收管、电路板，其中：
密封壳上盖与密封壳体相连；
发光管、接收管的引脚与电路板相连；
电路板安装在密封壳体中。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述电路板包括：中央处理器、基准电压单元、CAN收发单元、存储芯片、晶振电路、复位单元，其中，中央处理器包括：AD采集单元、信号处理单元、CAN控制单元。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述接收管的引脚与电路板相连包括：接收管的引脚与AD采集单元相连，所述AD采集单元采集所述接收管的电压信号；所述信号处理单元处理AD采集单元采集到的电压信号；所述CAN控制单元将所述信号处理单元输出的数据发送到CAN收发单元；所述CAN收发单元将接收到的数据转换成CAN总线信号。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述发光管、接收管的数量相等；所述电路板为圆环形；所述发光管、接收管在电路板的内圆均匀分布且发光管、接收管在内圆的直径两端。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述密封壳体、密封壳上盖的边缘部分有数量相等的均匀分布的螺纹孔，所述密封壳上盖与密封壳体相连包括：所述密封壳上盖与密封壳体通过螺纹孔中的螺丝相连。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述密封壳体包括一个圆环形凹槽和一个中空的圆柱形筒体，所述筒体插入所述圆环形凹槽的内圆，所述筒体包括多个均匀分布于筒体圆周的孔；所述密封壳上盖为环形柱体，所述密封壳体的中空的圆柱形筒体从密封壳上盖的内圆中伸出。
7.根据权利要求1或4或6所述的传感器，其特征在于，所述电路板安装在密封壳体中包括：所述电路板安装在密封壳体的圆环形凹槽里；所述发光管、接收管从密封壳体的中空的圆柱形筒体上的孔伸出。
8.根据权利要求1或6所述的传感器，其特征还在于，所述传感器进一步包括：引出线缆；所述密封壳上盖进一步包括：圆孔；所述圆孔上安装密封接头，所述引出线缆的一端插入安装有密封接头的圆孔并与电路板相连，所述引出线缆的另一端与四芯接头相连。
9.根据权利要求1或6所述的传感器，其特征在于，播种管插入所述传感器的密封壳体的中空的圆柱形筒体并用卡箍固定。
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