專利名稱：一種玉米精密播種機的播種工況監控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及播種機的播種工況監控裝置，尤其涉及一種玉米精密播種機的播種工況監控裝置。
背景技術：
近年來，隨著精密播種技術的發展，精密播種機已成為現代播種技術的主要特征，成為播種的主要發展方向，目前國內使用的精播機大多數是機械式和氣力式播種機，在播種作業時具有播種過程全封閉的特點，因此憑人的視覺和聽覺無法直接監視其作業質量，而在播種作業時發生的種箱排空、輸種管雜物堵塞、排種器故障、開溝器堵塞或排種傳動失靈等工藝性故障均會導致一行或數行下種管不能夠正常播種造成斷條、漏播的現象，從而導致農業減產。對于目前大力推廣使用的免耕播種機來說，由于其作業地表秸桿覆蓋，精播機工作時環境條件更加惡劣，漏播、堵塞現象發生也就更加頻繁。鑒于此，對播種機的播種質量進行監測就顯得尤為重要。因此，對精密播種機排種器的監控系統的研究具有重大的經濟效益和現實意義。目前，國內的精密式播種機大致有:氣吸式、氣吹式、機械式等幾大類。近年來，隨著國家推廣精密播種技術的力度不斷加大，由于缺少監控系統而造成的播種損失問題不斷顯現。因此，我國一些科研單位近幾年來已著手進行電子監視裝置的研制工作，在播種機工藝性故障自動監控系統研究方面取得了較大的進展和一定程度的推廣應用，但其研究主要集中在監控器的研究和試驗上，并且由于新技術不能較快地轉化成生產力，系統工作可靠性不強，監控系統尚不成熟，制造成本太高，所以帶有監控系統的播種機還沒有太多成功的機型。據有關部門的統計資料表明，我國年平均播漏種率為百分之一，每年漏播的土地面積接近于日本的總耕種面積。如果監控系統在生產實踐中得到應用，將大大減少國家的損失。玉米播種工況監控裝 置主要應用于精密播種機上，對排種器卡種、開溝器堵塞或種箱缺種等現象造成的排種異常工況進行實時、自動監測和報警，并對播種量進行統計，從而減少漏播現象，提高播種作業質量。目前大部分的播種工況監控裝置基于對射式光電原理，采用小功率紅外光敏對管對下種信號進行監測，種子通過傳感器時會遮斷紅外光束，傳感器將排種管中的種子落下信號變換成電脈沖信號，單片機采集此電脈沖信號，由此判斷是否正常下種，當下種狀態不正常時，進行聲光報警等提示，而不對實時的播種量、播種密度、播種作業速度以及播種面積進行顯示。在玉米精密播種機上安裝播種工況監控裝置時，通常將播種監控傳感器安裝在排種管之上，安裝空間十分有限。而現有的播種工況監控傳感器多采用對射式光電傳感器，發射器件與接收器件分離，布線較多，結構復雜。僅通過電脈沖信號的上升沿或下降沿來判斷是否有種子落下，無法將灰塵、碎屑落下的產生的電脈沖信號與種子落下信號進行區分，極易受到環境中的雜物、機器振動等干擾，產生故障誤報警現象，而且無法對播種量進行準確計量。[0007]此外，現有的播種工況監控裝置對播種作業工況參數的監控主要局限于下種狀態的監測，沒有播種量、播種密度、播種作業速度、播種面積等的實時監測和顯示功能，不利于作業人員評估播種作業質量，及時調整播種作業速度和處理異常工況；現有的播種監控裝置僅適用于特定型號的播種機，當機具發生變化時，無法設置播種監控行數、機具參數，不能靈活地與不同的播種機具適配。因此，針對以上不足，本實用新型提供了一種適用于玉米精密播種機的播種工況監控裝置，它采用結構緊湊的反射式光電傳感器將種子流動信號轉換為電脈沖信號，利用微控制器的脈沖捕獲單元獲取脈沖信號的寬度，通過與特定的脈寬閾值相比較，克服雜物、振動等帶來的故障誤報警等問題；監測模塊采集播種監控傳感器信號和地速信號，并計算播種量、播種密度、播種作業速度、播種面積等參數；顯示終端對排種異常狀況進行聲光報警和圖形化顯示，實時監測和顯示播種量、播種密度、播種作業速度、播種面積等作業參數，使作業人員實時掌控播種作業情況，及時調整作業速度和處理異常工況。并且能夠通過顯示終端靈活設置機具參數、監測行數，使播種工況監控裝置能夠適用于不同的機具。
實用新型內容(一)要解決的技術問題當下種狀態不正常時，只進行聲光報警等提示，而不對實時的播種量、播種密度、播種作業速度以及播種面積進行顯示，不利于作業人員評估播種作業質量，及時調整播種作業速度和處理異常工況。僅通過電脈沖信號的上升沿或下降沿來判斷是否有種子落下，無法將灰塵、碎屑落下的產生的電脈沖信號與種子落下信號進行區分，極易受到環境中的雜物、機器振動等干·擾，產生故障誤報警現象，而且無法對播種量進行準確計量。此外，現有的播種監控裝置僅適用于特定型號的播種機，當機具發生變化時，無法設置播種監控行數、機具參數，不能靈活地與不同的播種機具適配。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種玉米精密播種機的播種工況監控裝置，其包括播種監控傳感器、地速傳感器、監測模塊和顯示終端。其中，播種監控傳感器安裝在排種管的一側。其中，地速傳感器采用霍爾型傳感器，其中磁鋼放置于播種機的地輪之上，霍爾感應器件安裝在地輪固定支架上。其中，監測模塊安裝在播種機的種箱側面，通過防水插頭與播種監控傳感器和地速傳感器相連接。其中,播種機通過三點懸掛機構與拖拉機相連。其中，顯示終端固定在拖拉機的駕駛室內，通過CAN總線與監測模塊連接。播種監控傳感器的感應器件為反射式光電器件，包括紅外發射二極管、紅外光敏三極管、印制電路板和外圍器件。播種監控傳感器的紅外發射和接收窗口集成在同一塊電路板上，且與排種管的側面開孔對齊安裝在排種管上。監測模塊的中央處理器為AT90CAN128微控制器，微控制器的CAN總線通信接口管腳與CAN總線收發電路相連，其中CAN總線收發芯片為CTM8251T。[0022]顯示終端包括ARM微處理器、鍵盤電路、液晶顯示模塊、CAN收發模塊和RS232接口電路，其中，ARM微處理器采用AT91SAM7X256 ;按鍵信號與微處理器的輸入IO引腳相連；微處理器通過芯片SN74LVC4245驅動液晶模塊，AT91SAM7X256的CAN總線通信接口管腳與CAN收發電路相連。整個裝置由拖拉機的蓄電池供電，供電電壓為12V。(三)有益效果本實用新型的上述技術方案具有如下優點:1、本實用新型由于采用反射式紅外光電傳感器來檢測種子下落的信號，使發射器件和接收器件可以集成在一塊印制電路板上，減少了布線，使播種監控傳感器結構更加簡單。2、本實用新型采用脈沖捕獲的方法同時捕獲種子下落信號對應的電脈沖上升沿和下降沿，精確計算脈沖寬度，并通過閾值比較的方法來識別出有用信號，濾除田間作業條件下環境灰塵、機器振動等的干擾，實現對于玉米播種量的精確計量。3、本實用新型能夠實時監測地速信號，并根據獲得的地速信息、播種量等信息，實時計算并顯示播種作業面積、播種密度等作業參數，為操作者調整作業速度和及時處理異常工況提供指導。4、本實用新型適用于玉米精密播種機，能夠及時發現排種器卡種、開溝器堵塞或種箱缺種等造成的排種異常現象，并進行實時、自動監測和報警，減少漏播現象，提高播種作業質量；降低人工成本，并消除人工監控所帶來的不確定性。
圖1是本實用新型播種工況監控裝置結構及安裝示意圖。圖2是本實用新型播種監控傳感器結構示意圖。圖3是本實用新型播種監控傳感器安裝示意圖。圖4是本實用新型監測模塊電路框圖。圖5是本實用新型顯示終端電路框圖。圖中，1:拖拉機；2:三點懸掛機構；3播種機；4:蓄電池；5:顯不終端；6:監測模塊；7:播種監控傳感器；8:排種管；9:地速傳感器；10:紅外發射二極管；11:紅外光敏三極管；12:印制電路板；13:外圍器件。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。本實用新型提供了一種玉米精密播種機的播種工況監控裝置，其包括播種監控傳感器、地速傳感器、監測模塊和顯示終端。裝置的結構及安裝示意圖如圖1所示。其中，播種監控傳感器安裝在排種管的一側。其中，地速傳感器采用霍爾型傳感器，其中磁鋼放置于播種機的地輪之上，霍爾感應器件安裝在地輪固定支架上。其中，監測模塊安 裝在播種機的種箱側面，通過防水插頭與播種監控傳感器和地速傳感器相連接。 其中，播種機通過三點懸掛機構與拖拉機相連。其中，顯示終端固定在拖拉機的駕駛室內，便于機手查看和操作，通過CAN總線與監測模塊連接。整個裝置由拖拉機的蓄電池供電，供電電壓為12V。播種監控傳感器的感應器件為反射式電器件，包括紅外發射二極管、紅外光敏三極管、印制電路板和外圍器件，如圖2所示。當沒有物體經過傳感器時，紅外光敏三極管工作在截止狀態；當有種子等顆粒物經傳感器落下時，紅外發射二極管發射的紅外光被顆粒物反射，紅外光敏三極管接收到反射的紅外光后導通，產生電脈沖信號。通過改變紅外發射二極管和紅外光敏三極管與印制電路板的夾角01、02以及距離d，可以相應地調整播種監控傳感器的探測范圍。播種監控傳感器的安裝示意圖如圖3所示。在排種管的一側開孔，將播種監控傳感器的紅外發射與接收窗口集成在同一塊電路板上，且與排種管的側面開孔對齊，然后采用卡箍或扎帶等將播種監控傳感器固定在排種管上。監測模塊對播種監控傳感器信號和地速信號進行采集，判斷排種狀況，并計算播種量、播種作業面積、播種密度、播種作業速度等作業參數，然后通過CAN總線將這些信息發送至顯示終端。監測模塊的電路框圖如圖4所示，模塊的中央處理器為AT90CAN128微控制器。各路播種監控傳感器輸出的電脈沖信號通過濾波與整形以后，輸送到微控制器的脈沖捕獲管腳，各路傳感器信號分別由微控制器的各個脈沖捕獲單元進行捕獲，獲取脈沖的上升沿和下降沿，由此計算出脈沖寬度，并與脈寬閾值相比較，判斷是種子落下、灰塵落下還是有兩粒種子同時落下，如果脈寬在5ms-25ms之間，則判定為種子落下，對播種粒數進行累加。地速信號直接接到微控制器的中斷單元，根據中斷次數來計算地速。微控制器進而根據地速信息、作業幅寬、播種量來計算播種面積、播種密度等參數。微控制器的CAN總線通信接口管腳與CAN總線收發電路相連，實現與顯示終端的通訊，其中CAN總線收發芯片采用CTM8251T。供電電路為微控制器和傳感器提供5V的工作電源，復位電路提供微控制器上電復位和手動復位功能，晶振電路為微控制器提供8MHZ的時鐘源。顯示終端實時顯示各個種管狀態、播種作業參數，并且對異常的排種狀況進行圖形化顯示和聲光報警。顯示終端如圖5所示，其由ARM微處理器、鍵盤電路、液晶顯示模塊、CAN收發模塊、RS232接口電路組成。ARM微處理器采用AT91SAM7X256。按鍵信號與微處理器的輸入IO引腳相連，微處理器對按鍵狀態進行輪詢。微處理器通過芯片SN74LVC4245驅動液晶模塊，從而在液晶模塊上顯示播種量、播種面積、播種密度等信息。AT91SAM7X256的CAN總線通信接口管腳與CAN收發電路相連，實現與監測模塊的通訊。顯示終端上還具有RS232接口電路，進行電平轉換，使顯示終端可以通過RS232與計算機進行通訊。此外，AT91SAM7X256還具有供電電路、復位電路、晶振電路等外圍電路。顯示終端的面板的液晶顯示屏上可以顯示種管狀態、播種作業參數等信息。通過“設置”、“取消”、“確認”及四個方向按鍵進行狀態界面切換和參數設置等工作，并將設置好的參數通過CAN總線發送給監測模塊，從而達到人機交互的作用。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫 離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視 為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種玉米精密播種機的播種工況監控裝置，其特征在于，包括播種監控傳感器、地速傳感器、監測模塊和顯示終端，其中: 1)播種監控傳感器安裝在排種管的一側； 2)地速傳感器采用霍爾型傳感器，其中磁鋼放置于播種機的地輪之上，霍爾感應器件安裝在地輪固定支架上； 3)監測模塊安裝在播種機的種箱側面，通過防水插頭與播種監控傳感器和地速傳感器相連接； 4)播種機通過三點懸掛機構與拖拉機相連； 5)顯示終端固定在拖拉機的駕駛室內，通過CAN總線與監測模塊連接。
2.根據權利要求1所述的玉米精密播種機的播種工況監控裝置，其特征在于，所述的播種監控傳感器的感應器件為反射式光電器件，包括紅外發射二極管、紅外光敏三極管、印制電路板和外圍器件。
3.根據權利要求2所述的播種監控傳感器，其特征在于，播種監控傳感器的紅外發射和接收窗口集成在同一塊電路板上，且與排種管的側面開孔對齊安裝在排種管上。
4.根據權利要求1所述的玉米精密播種機的播種工況監控裝置，其特征在于，所述的監測模塊的中央處理器為AT90CAN128微控制器，微控制器的CAN總線通信接口管腳與CAN總線收發電路相連，其中CAN總線收發芯片為CTM8251T。
5.根據權利要求1所述的玉米精密播種機的播種工況監控裝置，其特征在于，所述的顯示終端包括ARM微處理器、鍵盤電路、液晶顯示模塊、CAN收發模塊和RS232接口電路，其中，ARM微處理器采用AT91SAM7X256 ;按鍵信號與微處理器的輸入IO引腳相連；微處理器通過芯片SN74LVC4245驅動液晶模塊，AT91SAM7X256的CAN總線通信接口管腳與CAN收發電路相連。
6.根據權利要求1所述的玉米精密播種機的播種工況監控裝置，其特征在于，整個裝置由拖拉機的蓄電池供電，供 電電壓為12V。
專利摘要本實用新型提供了一種玉米精密播種機的播種工況監控裝置。其包括播種監控傳感器、地速傳感器、監測模塊和顯示終端。地速傳感器采用霍爾型傳感器，監測模塊安裝在播種機種箱側面，顯示終端固定在拖拉機駕駛室內，通過CAN總線與監測模塊連接。播種監控傳感器的紅外發射和接收窗口集成在同一塊電路板上，與排種管的側面開孔對齊安裝在排種管上，減少了布線。本裝置濾除了環境灰塵、機器振動等干擾，能實時監測地速信號，實時計算并顯示播種作業面積、播種密度等參數，能及時發現排種器卡種、開溝器堵塞或種箱缺種等造成的排種異常現象，并進行實時、自動監測和報警，減少漏播現象，提高播種質量，降低人工成本，消除了人工監控帶來的不確定性。
文檔編號G05B19/418GK203149368SQ201320096709
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者王沛東, 孟志軍, 付衛強, 梅鶴波, 羅長海, 武廣偉, 董建軍 申請人:北京農業智能裝備技術研究中心