CN209894159U - 一种智能开沟作业质量监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种智能开沟作业质量监测系统，属农业机械领域。所述监控装置包括：传感器数据采集模块、数据处理转换模块和人机交互显示模块；其中传感器数据采集模块包括安装在所述开沟机的机臂下方并与地面平行的角度传感器和安装在传感器固定架上的超声波传感器。数据处理转换模块负责将传感器数据采集模块采集的数据进行处理,计算出开沟深度、宽度以及浮土厚度,并将处理整合后的数据通过数据传输模块发送给数据监测显示模块,由数据监测显示模块将接收到的数据进行实时的显示，从而达到实时监测开沟作业质量的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业机械装置技术领域，具体设计一种智能开沟作业质量监测系统。
背景技术
开沟作业作为农业生产过程中关键环节之一，会直接影响农耕效率及后续农作物的生长效果，机械化开沟作业带来的巨大效益已得到共识和国家的大力推广。在开沟机开沟作业过程中，开沟深度和开沟宽度作为重要指标对开沟作业质量和开沟机性能的评估具有重要的意义。
目前对于开沟作业宽度和深度的测量重要是依靠简单机械或人工。人工测量是通过在开沟作业区域取若干个测量点，于原地表面与两沟壁交线之间放一个直尺，测量沟底中心点到直尺的距离作为测量点的开沟深度，然后在测量深度测量点的位置测量两沟壁上口与原地表面交线之间的横向距离。这种方法费时费力误差较大，受到人为主观因素的影响，并且无法实现对开沟作业质量的实时监控。
综上所述，提出一种智能开沟作业质量监测系统不仅能够加快开沟机装备的智能化，还能够对开沟机作业质量机型进行监测计算，提高作业质量，对实现智能化农业发展具有重要的意义。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是在于提出一种智能开沟作业质量监测系统，可实现对开沟作业深度、宽度、浮土厚度的实时监测。
为解决以上技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
所述传感器数据采集模块包括安装间接深度传感器、直接深度传感器、宽度传感器和警示模块。所述间接深度传感器安装在开沟机机臂下方且平行于地面，用于间接采集开沟作业时深度；所述直接深度传感器和宽度传感器安装在开沟机导流罩后下方的传感器固定架上，用于直接监测当前开沟作业深度和开沟作业宽度。在工作过程中，通过单片机控制芯片判断传感器是否处于工作状态，判断传感器是否处于工作状态，若判断传感器长时间处于未工作状态，则警示模块进行报警；所述模块将所测数据采集后发送给数据处理转换模块。
所述数据处理转换模块包括：信号转换模块、单片机控制芯片、数据存储模块、串口通信模块。所述信号转换模块将传感器数据采集模块传输来的数据进行处理转换，处理后数据发送给单片机控制芯片进行计算分析得出当前开沟深度、宽度以及浮土厚度，计算后的结果由串口通信模块传输给数据监测显示模块，处理后的数据存储在数据存储模块。
所述数据监测显示模块用于接收显示数据处理转换模块发送的数据，将接收到的数据进行显示。
所述间接深度传感器采用倾角传感器，用于监测开沟机臂当前角度。通过对倾角进行标定，获得深度-电压之间的线性关系，在工作过程中，开沟机臂的当前角度与起始角度进行对比，从而计算判断出当前开沟深度。
所述宽度传感器和直接深度传感器采用深圳市导向机电有限公司的KS103超声波传感器，包含实时温度补偿的距离探测，超声波传感器通过单片机的I2C总线与单片机进行通讯。
所述宽度传感器先监测机臂左右两侧的沟宽，加上传感器固定架宽度，结果为对当前开沟沟宽。
所述浮土厚度为间接开沟深度以及直接开沟深度之间的差值。
数据存储模块通过I2C总线与单片机进行连接，实现数据交换及存储，方便后续数据的查询。
本实用新型具有有益效果。本实用新型可对开沟深度、开沟宽度以及浮土厚度的实时监测，通过间接深度传感器、直接深度传感器和宽度传感器，结合相关算法进行转换，实时监测当前开沟作业质量。数据处理转换模块通过对相关数据进行处理转换，获得当前间接开沟深度、直接开沟深度、浮土厚度以及宽度等信息，同时对处理后的数据进行存储并发送给数据监测显示模块进行显示。同时本装备具有警示模块，可以判断传感器是否处于正常工作状态。该系统可以简单直观的对当前开沟作业质量进行监测，并且可以通过存储的数据随时查询之前的工作数据，便于对作业质量进行综合评价和监测。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的系统结构图。
图2是本实用新型的I2C总线构成示意图。
图3是本实用新型的数据监测显示模块面板界面示意图。
图4是本实用新型的系统结构图为智能开沟作业质量监测系统机械结构示意图。
图中所示：1导流罩，2开沟刀，3直接深度传感器，4宽度传感器，5间接深度传感器，6减速器，7机架。
图5是传感器固定架上传感器安装示意图。
图中所示：1直接深度传感器，2左侧宽度传感器，3右侧宽度传感器。
图6是本实用新型的系统结构图为智能开沟作业质量监测系统中深度计算方法示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的实施例进行详细描述。
图1为本实用新型实施例中智能开沟作业质量监测系统的结构示意图,如图1所示，智能开沟作业质量监测系统包括：传感器数据采集模块、数据处理转换模块和数据监测显示模块。
所述传感器数据采集模块包括安装间接深度传感器、直接深度传感器、宽度传感器和警示模块。所述间接深度传感器安装在开沟机机臂下方且平行于地面，用于间接采集开沟作业时深度；所述直接深度传感器和开沟宽度传感器安装在开沟机导流罩后下方的传感器固定架上，用于直接监测当前开沟作业深度和宽度。在工作过程中，通过单片机控制芯片判断传感器是否处于工作状态，若判断传感器长时间处于未工作状态，则警示模块进行报警，同时在数据监测显示模块上进行提示；所述模块将所测数据采集后发送给数据处理转换模块。
所述间接深度传感器所测得的间接深度为根据开沟深度计算算法转换的理论深度。
所述警示模块采用警示灯及警铃进行提示，需要说明的是,可以根据实际使用情况采用其他警示方式,本实用新型实施例不做具体限定。
所述数据处理转换模块包括：信号转换模块、单片机控制芯片、数据存储模块、串口通信模块。所述信号转换模块将传感器数据采集模块传输来的数据进行处理转换，处理后数据发送给单片机控制芯片进行计算分析得出当前开沟深度、开沟宽度以及浮土厚度，计算后的结果由串口通信模块传输给数据监测显示模块，处理后的数据存储在数据存储模块。
所述深度传感器采用倾角传感器，用于监测开沟机臂当前角度。通过对倾角进行标定，获得深度-电压之间的线性关系，在工作过程中，开沟机臂的当前角度与起始角度进行对比，从而计算判断出当前开沟深度。深度传感器传出的电压发送给信号转换模块，通过转换处理后，将所转换的深度数据传送给单片机控制芯片。
进一步的，如图2所示，所述直接深度传感器和宽度传感器采用深圳市导向机电有限公司的KS103超声波传感器，该传感器提供实时温度补偿的距离探测功能，通过I2C总线与单片机进行通讯。其中KS103上连接引脚标识有VCC、SDA、SCL、GND以及MODE。VCC用于连接+5V电源，GND用于连接电源地，SDA引脚是I2C通信的数据线，SCL引脚是I2C通信的时钟线，将MODE引脚悬空，将KS103传感器设置为I2C工作模式。需要说明的是,可以根据实际使用情况采用其他传感器,本实用新型实施例不做具体限定。
如图2所示，所述数据存储模块通过I2C总线与单片机进行连接，实现数据交换及存储，方便后续数据的查询。
所述数据监测显示模块是采用电脑开发的基于LabVIEW的智能开沟作业质量数据采集监测系统。该模块面板界面如图3所示：开关、警示灯、串口指示灯及在线沟面宽度、间接开沟沟深、直接开沟沟深、机臂左侧沟宽、机臂右侧沟宽以及浮土厚度六个数据显示模块。
所述浮土厚度为间接作业深度以及直接作业深度之间的差值，
为间接深度， 为直接深度， 
为浮土厚度，具体计算公式如公式(1)所示：
所述串口通信模块实现的是采用的是RS-232串口实现单片机与电脑及之间的连接通讯，由于单片机模块串口是TTL电平，无法直接与电脑进行通信，本实用新型采用MAX232芯片将TTL信号转换为RS232信号，实现单片机与电脑之间的通信，完成数据处理转换模块与数据监测显示模块之间的数据传输。
图4为本实用新型实施例中开沟深度计算方法示意图，L表示开沟机机臂的长度， 表示初始倾角，α表示当前倾角，H开沟机机臂固定端距离地面的高度，R表示开沟机刀盘
的半径，h表示开沟机的开沟深度，具体开沟机开沟间接深度计算方法如公式(2)所示:
图5为本实用新型实施例中开沟宽度计算方法示意图，本模块采用两个KS103超声
波传感器对开沟机臂左右宽度进行测量， 为开沟机臂左侧距离， 为开沟机臂右侧距
离， 
为传感器固定架宽度，S为当前沟宽，具体开沟机开沟宽度计算方法如公式
(3)所示:
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能开沟作业质量监测系统，其特征在于，包括：传感器数据采集模块、数据处理转换模块和人机交互显示模块；
所述传感器数据采集模块包括安装间接深度传感器、直接深度传感器、宽度传感器和警示模块；所述间接深度传感器安装在开沟机机臂下方且平行于地面，用于间接采集开沟作业时深度；所述直接深度传感器和宽度传感器安装在开沟机导流罩后下方的传感器固定架上，用于直接监测当前开沟作业深度和开沟作业宽度；在工作过程中，通过单片机控制芯片判断传感器是否处于工作状态，判断传感器是否处于工作状态，若判断传感器长时间处于未工作状态，则警示模块进行报警，同时在数据监测显示模块上进行提示；所述模块将所测数据采集后发送给数据处理转换模块；
所述数据处理转换模块包括：信号转换模块、单片机控制芯片、数据存储模块、串口通信模块；所述信号转换模块将传感器数据采集模块传输来的数据进行处理转换，处理后数据发送给单片机控制芯片进行计算分析得出当前开沟深度、开沟宽度以及浮土厚度，计算后的结果由串口通信模块传输给数据监测显示模块，处理后的数据存储在数据存储模块；
所述数据监测显示模块用于接收显示数据处理转换模块发送的数据，将接收到的数据进行显示。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器数据采集模块包括间接深度传感器、直接深度传感器和宽度传感器和警示模块。
3.根据权利要求1所述的系统，所述间接深度传感器所测得的间接深度为根据开沟深度计算算法转换的理论深度。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述浮土厚度为间接深度与直接深度的差值。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述间接深度传感器安装在开沟机机臂下方。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述直接深度传感器和宽度传感器利用I2C总线方式与单片机进行通讯。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述警示模块用于可以判断传感器是否处于正常工作状态，若长时间为工作则进行报警警示。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据监测显示模块进行显示的部分包括：显示开沟机的开关、警示灯、串口指示灯及在线沟面宽度、间接开沟沟深、直接开沟沟深、机臂左侧沟宽、机臂右侧沟宽以及浮土厚度六个数据。
Priority Applications (1)
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| CN201920930301.2U CN209894159U (zh) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | 一种智能开沟作业质量监测系统 |
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN209894159U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111238432A (zh) * | 2019-06-20 | 2020-06-05 | 石河子大学 | 一种智能开沟作业质量监测系统 |
| CN113686600A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-11-23 | 江苏省农业机械试验鉴定站 | 一种旋耕机、开沟机性能鉴定装置 |
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2019
- 2019-06-20 CN CN201920930301.2U patent/CN209894159U/zh active Active
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| CN113686600A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-11-23 | 江苏省农业机械试验鉴定站 | 一种旋耕机、开沟机性能鉴定装置 |
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