一種玉米免耕機種肥測控裝置及測控方法
【專利摘要】本發明涉及農業機械控制技術領域，公開了一種玉米免耕機種肥測控裝置及測控方法，測控裝置包括：同步器、落籽監測探頭、微控制器測控模塊、聲光報警器和種肥電機，微控制器測控模塊包括：ARM微處理器、信號調理電路、鍵盤和液晶顯示器、功率驅動單元、PWM驅動單元和電源模塊A，同步器連接信號調理電路，落籽監測探頭、信號調理電路、鍵盤、液晶顯示器、功率驅動單元和PWM驅動單元分別與ARM微處理器連接，功率驅動單元連接聲光報警器，PWM驅動單元連接種肥電機，電源模塊A連接ARM微處理器，電源模塊A連接車載電瓶，這種玉米免耕機種肥測控裝置及測控方法，使用方便，自動調節施肥量大小，全面提高免耕機作業質量。
【專利說明】
一種玉米免耕機種肥測控裝置及測控方法
技術領域
[0001]本發明涉及農業機械控制技術領域，特別涉及一種玉米免耕機種肥測控裝置及測控方法。
【背景技術】
[0002]播種是農業生產中最重要的環節，播種及施肥質量直接影響著作物的生長質量和產量。
[0003]然而目前的免耕機僅憑操作者視聽感覺來判斷落種情況，無法對排種狀態進行監控，然而種箱排空和排種管堵塞均可導致漏播現象發生，排種器工藝性故障可導致漏播或多播現象發生，發生漏或多播播現象，均造成農業生產的嚴重損失。
[0004]另外目前的免耕機無法根據行駛速度來調整施肥量，施肥不夠科學也直接影響著農作物的生長質量和產量。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種玉米免耕機種肥測控裝置及測控方法，使用方便，自動調節施肥量大小，全面提高免耕機作業質量。
[0006]本發明提供了一種玉米免耕機種肥測控裝置，包括:同步器、落籽監測探頭、微控制器測控模塊、聲光報警器和種肥電機，微控制器測控模塊包括:ARM(Acorn RISCMachine)微處理器、信號調理電路、鍵盤和液晶顯示器、功率驅動單元、PWM(Pulse WidthModulat1n脈沖寬度調制，簡稱脈寬調制)驅動單元和電源模塊A，同步器與免耕機的播種盤同軸連接，同步器連接信號調理電路，落籽監測探頭設置在導種管上，落籽監測探頭、信號調理電路、鍵盤、液晶顯示器、功率驅動單元和PWM驅動單元分別與ARM微處理器連接，功率驅動單元連接聲光報警器，PWM驅動單元連接種肥電機，電源模塊A連接ARM微處理器，電源模塊A連接車載電瓶。
[0007]進一步地，所述落籽監測探頭包括激光發射二極管、凸透鏡和激光接收部分，激光接收部分由四個激光接收二極管串行連接而成，每兩個激光接收二極管距離間隔為3mm，激光發射二極管發射出60度角的散射微功率激光光束，經凸透鏡后變成平行光束，被激光接收二極管接收。
[0008]進一步地，還包括遠程服務器，所述微控制器測控模塊還包括GPRS模塊和電源模塊B，GPRS模塊通過串口與ARM微處理器連接，GPRS模塊與電源模塊B連接，電源模塊B連接車載電瓶，GPRS模塊與遠程服務器通信。
[0009]進一步地，所述落籽監測探頭為多個。
[0010]進一步地，所述同步器、落籽監測探頭、聲光報警器和種肥電機分別通過銅網鋁箔雙屏蔽防水信號線與微控制器測控模塊連接。
[0011]進一步地，所述電源模塊A提供+5V電源，電源模塊B提供+1OV電源。
[0012]進一步地，所述同步器為接近開關。
[0013]一種玉米免耕機種肥測控裝置的測控方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1:通過電源線將免耕機的車載電瓶與電源模塊A相連，車載電瓶提供的+12V直流電壓經過電源模塊A轉換成+5V直流電源，為ARM微處理器供電；
[0015]步驟2:同步器的中心孔與免耕機的指夾式播種盤同軸安裝，免耕機正常工作時，播種盤每旋轉一周，玉米落籽十二個，同時，同步器對應產生十二個基準信號；
[0016]步驟3:同步器經由信號調理電路后產生一個基準信號時，落籽監測探頭對導種管中的種子進行檢測，落籽監測探頭中產生一個落籽脈沖信號，則判斷為正常落籽；當落籽監測探頭中沒有落籽脈沖信號，則判斷為空穴，記錄為空穴故障；當落籽監測探頭中產生兩個落籽脈沖信號，則判斷為雙籽，記錄為雙籽故障；當出現空穴故障或雙籽故障時，ARM微處理器通過功率驅動單元驅動聲光報警器發出聲光報警信號，同時在液晶顯示器上顯示故障類型；
[0017]步驟4:ARM微處理器記錄基準信號的數值，用M表示，根據鏈傳動傳動比公式計算出每觸發一次基準信號時免耕機的行駛距離，用N表示，根據鍵盤預置的免耕機寬度T，即可計算出播種面積S = T*M*N，同時在液晶顯示器上顯示出來；
[0018]步驟5:在整個作業過程中，ARM微處理器在單位時間內檢測采集到的同步器基準信號的數值，根據基準信號的數值大小判斷免耕機的行駛速度，單位時間內，同步器的數值大即免耕機行駛速度快，ARM微處理器輸出的PffM數值就大，種肥電機的轉速就快；同步器的數值小即免耕機行駛速度慢，ARM微處理器輸出的PffM數值就小，種肥電機的轉速就慢;實現免耕機的變量施肥功能。
[0019]進一步地，上述步驟I中通過電源線將免耕機的車載電瓶與電源模塊B相連，車載電瓶提供的+12V直流電壓經過電源模塊B轉換成+1V直流電源，為GPRS模塊供電；上述步驟5中ARM微處理器在單位時間內，還通過GPRS模塊將播種粒數、故障類型、行駛速度及種肥電機的轉速傳輸給遠程服務器。
[0020]進一步地，上述單位時間為I秒。
[0021]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0022]1.檢測精度高，采用同步器實時同步測量玉米落籽情況，對玉米落籽情況檢測更為全面，記錄玉米落籽的正常、空穴，雙籽狀態，檢測精度更高。同時測量播種面積，面積統計更為精確。
[0023]2.自動施肥量大小調節，在單位時間內根據同步器的數值大小改變種肥電機的轉速，繼而改變施肥量大小，對于施肥量的大小控制上更為合理。
[0024]3.功能更加完善，針對免耕機的正常作業，不僅僅對落籽情況進行統計，而且對施肥加以控制，同時利用GPRS模塊將數據傳輸給遠程服務器端，功能更加完善。
[0025]4.便于擴展。針對目前多行免耕機而言，只要將落籽監測探頭根據實際需要擴展至多個，該裝置即可實現多行檢測。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明提供的玉米免耕機種肥測控裝置的原理框圖。
[0027]圖2為本發明提供的玉米免耕機種肥測控裝置的落籽監測探頭的結構示意圖。
[0028]圖3為本發明提供的玉米免耕機種肥測控裝置連接的指夾式播種盤的結構示意圖。
[0029]圖4為本發明提供的玉米免耕機種肥測控裝置中落籽監測探頭對導種管種子的檢測示意圖。
[0030]圖5為本發明提供的一種玉米免耕機種肥測控裝置的測控方法流程圖。
[0031]附圖標記說明:
[0032]1-同步器，2-落籽監測探頭，2-1-激光發射二極管，2-2-微功率激光光束，2_3_凸透鏡，2-4-平行光束，2-5-種子，2-6-遮擋光束，2-7-激光接收部分，2_8_落籽脈沖信號，3-微控制器測控模塊，4-聲光報警器，5-種肥電機，6-GPRS模塊，7-ARM微處理器，8-信號調理電路，9-鍵盤，10-液晶顯不器，11_功率驅動單兀，12-PWM驅動單兀，13-電源_旲塊A，14-電源模塊B，15-車載電瓶，16-遠程服務器。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖，對本發明的一個【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本發明的保護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0034]如圖1所示，本發明實施例提供的一種玉米免耕機種肥測控裝置，包括同步器1、落籽監測探頭2、微控制器測控模塊3、聲光報警器4和種肥電機5，微控制器測控模塊3包括:ARM微處理器7、信號調理電路8、鍵盤9和液晶顯示器10、功率驅動單元IUPffM驅動單元12和電源模塊A13，同步器I與免耕機的播種盤同軸連接，同步器I連接信號調理電路8，落籽監測探頭2設置在導種管上，落籽監測探頭2、信號調理電路8、鍵盤9、液晶顯示器10、功率驅動單元11和PffM驅動單元12分別與ARM微處理器7連接，功率驅動單元11連接聲光報警器4，PWM驅動單元12連接種肥電機5，電源模塊Al 3連接ARM微處理器7，電源模塊A13連接車載電瓶15。
[0035]進一步地，如圖2所示，落籽監測探頭2包括激光發射二極管2-1、凸透鏡2-3和激光接收部分2-7，激光接收部分2-7由四個激光接收二極管串行連接而成，每兩個激光接收二極管距離間隔為3mm，激光發射二極管2-1發射出60度角的散射微功率激光光束2_2，經凸透鏡2-3后變成平行光束2-4，被激光接收二極管接收。
[0036]進一步地，如圖1所示，還包括遠程服務器16，所述微控制器測控模塊3還包括GPRS模塊6和電源模塊B14，GPRS模塊6通過串口與ARM微處理器7連接，GPRS模塊6與電源模塊B14連接，電源模塊B14連接車載電瓶15，GPRS模塊6與遠程服務器16通信。
[0037]進一步地，所述落籽監測探頭2為多個。
[0038]進一步地，所述同步器1、落籽監測探頭2、聲光報警器4和種肥電機5分別通過銅網鋁箔雙屏蔽防水信號線與微控制器測控模塊3連接。
[0039]銅網鋁箔雙屏蔽防水信號線使得裝置的穩定性和抗干擾性強。
[0040]進一步地，所述電源模塊A13提供+5V電源，電源模塊B14提供+1V電源。
[0041]進一步地，所述同步器I為接近開關。
[0042]如圖5所示，一種玉米免耕機種肥測控裝置的測控方法，包括以下步驟:
[0043]步驟1:通過電源線將免耕機的車載電瓶15與電源模塊A13相連，車載電瓶15提供的+12V直流電壓經過電源模塊A13轉換成+5V直流電源，為ARM微處理器7供電；
[0044]步驟2:同步器I的中心孔與免耕機的指夾式播種盤同軸安裝，免耕機正常工作時，播種盤每旋轉一周，玉米落籽十二個，同時，同步器I對應產生十二個基準信號；
[0045]步驟3:同步器I經由信號調理電路8后產生一個基準信號時，落籽監測探頭2對導種管中的種子進行檢測，落籽監測探頭2中產生一個落籽脈沖信號，則判斷為正常落籽；當落籽監測探頭2中沒有落籽脈沖信號，則判斷為空穴，記錄為空穴故障；當落籽監測探頭2中產生兩個落籽脈沖信號，則判斷為雙籽，記錄為雙籽故障；當出現空穴故障或雙籽故障時，ARM微處理器7通過功率驅動單元11驅動聲光報警器4發出聲光報警信號，同時在液晶顯示器10上顯示故障類型；
[0046]步驟4:ARM微處理器記錄基準信號的數值，用M表示，根據鏈傳動傳動比公式計算出每觸發一次基準信號時免耕機的行駛距離，用N表示，根據鍵盤9預置的免耕機寬度T，即可計算出播種面積S = T*M*N，同時在液晶顯示器10上顯示出來；
[0047]步驟5:在整個作業過程中，ARM微處理器7在單位時間內檢測采集到的同步器I基準信號的數值，根據基準信號的數值大小判斷免耕機的行駛速度，單位時間內，同步器I的數值大即免耕機行駛速度快，ARM微處理器7輸出的PffM數值就大，種肥電機5的轉速就快;同步器I的數值小即免耕機行駛速度慢，ARM微處理器7輸出的PffM數值就小，種肥電機5的轉速就慢;實現免耕機的變量施肥功能。
[0048]進一步地，上述步驟I中通過電源線將免耕機的車載電瓶15與電源模塊B14相連，車載電瓶15提供的+ 12V直流電壓經過電源模塊B14轉換成+1V直流電源，為GPRS模塊6供電；上述步驟5中ARM微處理器7在單位時間內，還通過GPRS模塊6將播種粒數、故障類型、行駛速度及種肥電機5的轉速傳輸給遠程服務器16。
[0049]進一步地，上述單位時間為I秒。
[0050]如圖2所示，落籽監測探頭2由激光發射二極管2-1、凸透鏡2-3和激光接收部分2-7組成，激光接收部分2-7由四個激光接收二極管串行連接而成，每兩個激光接收二極管2-1距離間隔為3mm，落籽監測探頭2通過電源模塊A上電后，激光發射二極管2-1發射出60度角的散射微功率激光光束2-2，經凸透鏡2-3后變成平行光束2-4，被激光接收二極管接收。
[0051]若沒有種子2-5落下，激光接收部分接收到平行光束2-4，且激光接收部分的接收端是高電平;若有種子2-5落下，激光接收部分接收到遮擋光束2-6，激光接收部分2-7的接收端變為低電平并生成落籽脈沖信號2-8。
[0052]同步器I的中心孔與免耕機的指夾式播種盤同軸安裝，同步器I通過電源模塊A上電后，利用同步器I取得基準信號，基準信號通過同步器I經由信號調理電路8后產生，如圖3所示，免耕機正常工作時，播種盤每旋轉一周，玉米落籽十二個，同時，同步器I產生十二個基準信號tl，t2，t3……tl2。
[0053]檢測示意圖如圖4所示，同步器I產生一個基準信號時，落籽監測探頭2對導種管中落下的種子進行檢測，同步器I產生一個基準信號tl時，觀察落籽監測探頭2的個數。若落籽監測探頭2為一個，且產生一個落籽脈沖信號，則判斷為正常落籽;若落籽監測探頭2中沒有落籽脈沖信號，則判斷為空穴;若落籽監測探頭2中產生兩個落籽脈沖信號，則判斷為雙籽；兩個落籽監測探頭2的檢測方法同一個落籽監測探頭2的方法相同。當適用于多行免耕機時，其余落籽監測探頭2的檢測方法與一個落籽監測探頭2的檢測方法相同。
[0054]針對兩行玉米免耕機而言，微控制器測控模塊3實時對外部中斷引腳進行檢測，在基準信號產生時，若第一個落籽監測探頭2檢測到一個落籽脈沖信號LI和第二個落籽監測探頭2檢測到一個落籽脈沖信號L2，則判定種子正常落下;若第一個落籽監測探頭2沒有檢測到落籽脈沖信號LI或者第二個落籽監測探頭2沒有檢測到落籽脈沖信號L2，則判定沒有種子落下，即為漏播，記錄為空穴故障;若第一個落籽監測探頭2檢測到兩個落籽脈沖信號LI或者第二個落籽監測探頭2檢測到兩個落籽脈沖信號L2，即為雙粒，記錄為雙籽故障;無論哪種故障，微控制器測控模塊3通過功率驅動單元11驅動聲光報警器4發出聲光報警信號，同時在液晶顯示器10上顯示故障類型，人們根據報警信號和故障類型進行故障檢查，排除故障。
[0055]在免耕機正常作業時，微控制器測控模塊3記錄基準信號數值，并用M表示;根據免耕機鏈傳動變比公式可以計算出，每觸發一次基準信號時免耕機的行駛距離，并用N表示；根據鍵盤9預置的免耕機寬度T，即可計算出播種面積S = T*M*N，同時在液晶顯示器10上顯示出來。
[0056]鏈傳動傳動比為i=Z2/Zl，其中，Zl、Z2是主、從動輪的齒數，主動輪的齒數為19，從動輪的齒數為6，每觸發一次基準信號時免耕機的行駛距離N=D*i/12，其中D為免耕機地輪直徑。
[0057]在整個作業過程中，ARM微處理器7在定時一秒的時間內檢測采集到的同步器I的數值，根據數值的大小判斷免耕機行駛速度。通過PWM驅動單元12調節種肥電機5的轉速，從而調節施肥量大小，單位時間內，同步器I的數值大即免耕機行駛速度快，ARM微處理器7輸出的PWM數值就大，PWM驅動單元12驅動種肥電機5，種肥電機5的轉速就快；同步器I的數值小即免耕機行駛速度慢，ARM微處理器7輸出的PffM數值就小，種肥電機5的轉速就慢;此方法可以實現免耕機的變量施肥功能。同時，ARM微處理器7在定時一秒的時間內，還通過GPRS模塊6將播種粒數、故障類型、行駛速度及口肥電機轉速等數值傳輸給遠程服務器16。
[0058]綜上所述，免耕機在正常作業過程中，種肥監控裝置實現對播種狀況(正常、空穴、雙籽)自動檢測，具有故障報警、施肥變量自動調節、自動統計播種面積S及遠程數據傳輸的功能。
[0059]本裝置采用微計算機智能控制與光電檢測技術相結合的方法，設計一種新型玉米免耕機種肥測控系統。該系統主要應用在玉米播種領域，重點圍繞精密播種和變量施肥環節，結合智能控制、光電檢測和GPRS無線傳輸技術，實時監控玉米的播種和施肥情況，同時該裝置還具有面積自動統計、故障報警、開機自檢等功能。具有效率高、速度快、操作方便等優點，廣泛應用于農業生產中，是目前農業現代化、機械化發展的必然趨勢。
[0060]以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但是，本發明實施例并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種玉米免耕機種肥測控裝置，其特征在于，包括:同步器(1)、落籽監測探頭(2)、微控制器測控模塊(3)、聲光報警器(4)和種肥電機(5)，微控制器測控模塊(3)包括:ARM微處理器(7)、信號調理電路(8)、鍵盤(9)和液晶顯示器(10)、功率驅動單元(11)、PWM驅動單元(12)和電源模塊A(13)，同步器(I)與免耕機的播種盤同軸連接，同步器(I)連接信號調理電路(8)，落籽監測探頭(2)設置在導種管上，落籽監測探頭(2)、信號調理電路(8)、鍵盤(9)、液晶顯示器(10)、功率驅動單元(11)和PffM驅動單元(12)分別與ARM微處理器(7)連接，功率驅動單元(11)連接聲光報警器(4)，PWM驅動單元(12)連接種肥電機(5)，電源模塊A(13)連接ARM微處理器(7)，電源模塊A(13)連接車載電瓶(15)。2.如權利要求1所述的玉米免耕機種肥測控裝置，其特征在于，所述落籽監測探頭(2)包括激光發射二極管(2-1)、凸透鏡(2-3)和激光接收部分(2-7)，激光接收部分(2-7)由四個激光接收二極管串行連接而成，每兩個激光接收二極管距離間隔為3mm，激光發射二極管(2-1)發射出60度角的散射微功率激光光束(2-2)，經凸透鏡(2-3)后變成平行光束(2_4)，被激光接收二極管接收。3.如權利要求1所述的玉米免耕機種肥測控裝置，其特征在于，還包括遠程服務器(16)，所述微控制器測控模塊(3)還包括GPRS模塊(6)和電源模塊B (14)，GPRS模塊(6)通過串口與ARM微處理器(7)連接，GPRS模塊(6)與電源模塊B(14)連接，電源模塊B(14)連接車載電瓶(15)，GPRS模塊(6)與遠程服務器(16)通信。4.如權利要求1所述的玉米免耕機種肥測控裝置，其特征在于，所述落籽監測探頭(2)為多個。5.如權利要求1所述的玉米免耕機種肥測控裝置，其特征在于，所述同步器(I)、落籽監測探頭(2)、聲光報警器(4)和種肥電機(5)分別通過銅網鋁箔雙屏蔽防水信號線與微控制器測控模塊(3)連接。6.如權利要求3所述的玉米免耕機種肥測控裝置，其特征在于，所述電源模塊A(13)提供+5V電源，電源模塊B (14)提供+1OV電源。7.如權利要求1所述的玉米免耕機種肥測控裝置，其特征在于，所述同步器(I)為接近開關。8.如權利要求1?7任一權利要求所述的玉米免耕機種肥測控裝置的測控方法，包括以下步驟: 步驟1:通過電源線將免耕機的車載電瓶(I5)與電源模塊A(13)相連，車載電瓶(I5)提供的+12 V直流電壓經過電源模塊A (13)轉換成+5 V直流電源，為ARM微處理器(7)供電； 步驟2:同步器(I)的中心孔與免耕機的指夾式播種盤同軸安裝，免耕機正常工作時，播種盤每旋轉一周，玉米落籽十二個，同時，同步器(I)對應產生十二個基準信號； 步驟3:同步器(I)經由信號調理電路(8)后產生一個基準信號時，落籽監測探頭(2)對導種管中的種子進行檢測，落籽監測探頭(2)中產生一個落籽脈沖信號，則判斷為正常落籽;當落籽監測探頭(2)中沒有落籽脈沖信號，則判斷為空穴，記錄為空穴故障；當落籽監測探頭(2)中產生兩個落籽脈沖信號，則判斷為雙籽，記錄為雙籽故障；當出現空穴故障或雙籽故障時，ARM微處理器(7)通過功率驅動單元(11)驅動聲光報警器(4)發出聲光報警信號，同時在液晶顯示器(10)上顯示故障類型； 步驟4:ARM微處理器(7)記錄基準信號的數值，用M表示，根據鏈傳動傳動比公式計算出每觸發一次基準信號時免耕機的行駛距離，用N表示，根據鍵盤(9)預置的免耕機寬度T，即可計算出播種面積S = Τ*Μ*Ν，同時在液晶顯示器(10)上顯示出來； 步驟5:在整個作業過程中，ARM微處理器(7)在單位時間內檢測采集到的同步器(I)基準信號的數值，根據基準信號的數值大小判斷免耕機的行駛速度，單位時間內，同步器(I)的數值大即免耕機行駛速度快，ARM微處理器(7)輸出的PWM數值就大，種肥電機(5)的轉速就快；同步器(I)的數值小即免耕機行駛速度慢，ARM微處理器(7)輸出的PffM數值就小，種肥電機(5)的轉速就慢;實現免耕機的變量施肥功能。9.如權利要求8所述的玉米免耕機種肥測控裝置的測控方法，其特征在于，所述步驟I中通過電源線將免耕機的車載電瓶(15)與電源模塊Β(14)相連，車載電瓶(15)提供的+ 12V直流電壓經過電源模塊B (14)轉換成+10 V直流電源，為GPRS模塊(6)供電；所述步驟5中ARM微處理器(7)在單位時間內，還通過GPRS模塊(6)將播種粒數、故障類型、行駛速度及種肥電機(5)的轉速傳輸給遠程服務器(16)。10.如權利要求8或9所述的玉米免耕機種肥測控裝置的測控方法，其特征在于，所述單位時間為I秒。
【文檔編號】G05B19/042GK106094672SQ201610763453
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月29日
【發明人】楊宏偉, 朱紅梅, 劉丹, 張昕, 劉壯, 韓成
【申請人】長春理工大學