一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法与流程

本发明涉及一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法，属于智能化农业机械领域。

背景技术：

现如今我国插秧机插秧所用秧苗均为带土秧苗，育苗方式为育苗盘育苗。由于目前对育苗工艺尚未有规范性要求，导致土壤中的石子等硬物带到育苗盘。插秧时，当栽插机构遇到石子时，导致分插机构离合器脱开而无法插秧的问题频发，如不能及时发现，导致秧苗的漏插和栽插机构的损坏。目前，插秧机机载人员主要通过石子卡在分插机构发出的“咔咔”的声音来判断秧苗中是否有石子的存在。然而，由于插秧机作业时发动机发出的噪声对石子卡在分插机构发出的声音造成了很大的干扰，经常会驶员注意不到石子卡在分插机构驾的现状。国内外相关研究采用的转速监测传感器为转角传感器、接近传感器和光电传感器。然而，在分插机构驱动轴安装转角传感器需对现有分插机构驱动轴进行改造，改造过程中可能降低驱动轴箱密封性，导致作业过程中泥水进入驱动轴箱体；考虑到现有接近传感器有效检测距离有限(<1cm)，接近传感器需要与分插机构保持在有效检测距离内，实际作业时泥浆会飞溅到传感器与分插机构之间，导致监测性能降低或传感器损坏，因此必须研发新的技术和装置对秧苗中石子的进行实时监测并报警停机。

在现有技术中，申请人尚未发现利用自动除尘装置消除反射式光电传感器对插秧机分插机构转速进行监测的干扰，实现对秧苗中石子的实时监测技术和装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法，以实现插秧机插秧过程中秧苗中石子的实时监测并及时报警停机。

为了弥补上述不足，本发明根据秧苗中混杂的石子卡在分插机构后导致连接动力轴和分插机构的离合器分离，从而导致分插机构不旋转的现象，提出了一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法，在动力传动箱上安装反射式光电传感器，通过检测单位时间分插机构速度的变化实现对秧苗中的石子实时监测，将故障信息发送到MCU并利用无线透传模块将故障信息发送至远程监控端，提醒工作人员停机(自动停机)并触发插秧机的声光报警。为了避免泥浆溅落在传感器上，影响反射式光电传感器的正常工作，给传感器安装防尘罩，并在防尘罩侧上方安置喷头，利用MCU控制自动除尘装置和喷头，达到自清洁的目的，该方法具有智能化，可靠性高的优点。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统，包括支架(1)、反射式光电传感器(2)、固定杆(3)、喷头支架(4)、喷头(5)、防尘罩(6)、动力传动箱(7)、取苗器(8)、栽插臂(9)、自动除尘装置(13)和控制箱(27)；所述动力传动箱(7)两侧分别安装有所述栽插臂(9)；两个栽插臂(9)最外侧的两端分别连接所述的取苗器(8)；动力传动箱(7)的一侧面还连接所述的支架(1)；支架(1)中下部和动力传动箱(7)一端通过固定杆(3)连接；支架(1)中部一侧安装所述的反射式光电传感器(2)；支架(1)中部对应的另一侧安装所述的防尘罩(6)；支架(1)上位于防尘罩(6)的上方安装有所述的喷头支架(4)；喷头支架(4)上安装所述的喷头(5)，喷头(5)轴线与防尘罩(6)的竖直面呈一定角度；控制箱(27)分别连接自动除尘装置(13)和反射式光电传感器(2)，实时监测栽插臂(9)的转速,实现对秧苗中石子的实时检测和报警，并将故障信息发送至远程监控端(15)。

进一步，所述动力传动箱(7)的一侧面通过螺纹连接所述支架(1)的底端，所述固定杆(3)为一横杆，横杆两端开有螺纹孔，横杆一端和动力传动箱(7)通过螺纹连接，横杆另一端和支架(1)通过螺纹连接，使得支架(1)和固定杆(3)形成三角稳定结构。

进一步，所述的控制箱(27)包括MCU(10)、继电器模组(11)、声光报警(12)、无线透传模块(14)、电平转换及脉冲整形电路(16)、TFTLCD(17)和12V DC电源(18)；

所述的MCU(10)通过继电器模组(11)分别和声光报警(12)、自动除尘装置(13)连接，自动除尘装置(13)和喷头(5)连接，MCU(10)连接TFTLCD(17)，MCU(10)通过无线透传模块(14)和远程监控端(15)连接；所述的12V DC电源(18)为插秧机蓄电池，为反射式光电传感器(2)、MCU(10)、继电器模组(11)、声光报警(12)、自动除尘装置(13)、无线透传模块(14)、电平转换及脉冲整形电路(16)和TFTLCD(17)供电。

进一步，所述的自动除尘装置(13)包括依次连接的水箱(24)、过滤器(23)、水泵(22)、泄压阀(25)、电磁阀(26)和喷头(5)，MCU(10)通过继电器模组(11)控制水泵(22)和电磁阀(26)，使喷头(5)定时喷射。

进一步，所述的继电器模组(11)为欧姆龙板载8路继电器模组；所述的声光报警(12)实际就是插秧机的转向灯和喇叭，MCU(10)通过继电器模组(11)控制声光报警(12)。

进一步，所述的无线透传模块(14)为济南有人物联网有限公司USR-G781型号4G模块，其集成了RS485串口(20)，MCU(10)通过无线透传模块(14)，实现无线信号传输，为远程监控端(15)提供数据；所述的反射式光电传感器(2)为E3F-G80-C14反射式光电开关，通过电平转换及脉冲整形电路(16)和MCU(10)连接；所述的电平转换及脉冲整形电路(16)通过光耦实现光电隔离，再通过施密特触发器整形，整形后的脉冲传输到MCU(10)计数端计数，从而实现对栽插臂(9)转速的实时监测；所述的TFTLCD(17)通过FSMC(21)由MCU(10)控制。

进一步，所述的喷头(5)入口接头BSPT 1/8，额定喷孔径0.8mm，定时开启自动除尘装置(13)，将水箱(24)水泵入喷头(5)，喷射防尘罩(6)达到自动清洁的效果。

本发明的方法的技术方案为：一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统的控制方法，包括如下步骤：插秧机开始插秧作业时，启动石子实时监测与报警装置，进行开机自检，自检正常后，通过读取与栽插动力离合手柄连接的限位开关状态判断栽插手柄是否处于栽插位置，从而判断插秧机当前是否正在插秧作业，若处于插秧状态，控制箱(27)里的MCU(10)通过继电器模组(11)控制自动除尘装置(13)的水泵(22)和电磁阀(26),并将水箱(24)里的水通过喷头(5)对安装在动力传动箱(7)一侧支架(1)上的反射式光电传感器(2)的防尘罩(6)进行除尘，同时利用反射式光电传感器(2)对安装在动力传动箱(7)两侧的栽插臂(9)的转速进行采集，利用MCU(10)设置转速变化率阈值β，计算出单位时间内的速度变化率并在TFTLCD(17)显示当前实时所设置的速度变化率阈值β、当前速度以及速度变化率。

进一步，若速度变化率≥β，则返回进行下一轮的栽插臂(9)速度采集；若速度变化率<β，则判断插秧机是否正在进行插秧作业，若插秧机正在地头转弯，插秧机不进行插秧作业，秧箱提升，所有分插机构停止工作，则返回进行下一轮的速度采集；若插秧机正在正常工作，判断哪一个反射式光电传感器(2)对应的栽插臂(9)有石子卡住，控制箱(27)的MCU(10)将处理的得到的故障信息通过RS485串口(20)传输至无线透传模块(14)，无线透传模块(14)将接受的数据发送给远程监控端(15)并在TFTLCD(17)上实时显示卡有石子的栽插臂(9)的具体位置、当前故障状态以及历史记录，并通过声光报警(12)装置提示工作人员停车检查消除故障。若故障消除，重新启动插秧机继续工作。若未消除故障，则继续进行声光报警(12)。

进一步，β取1rpm。

本发明具有有益效果：

(1)本发明通过实时监测栽插臂的速度变化实现对秧苗中石子的实时监测与报警，智能化程度高、成本低、实时性强。

(2)本发明一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法，实用范围广，即可用于无人驾驶插秧机也可用于现有市场上销售的步进式和乘坐式插秧机，只需要对插秧机原有结构进行稍许改动即可以安装使用。

(3)本发明利用自动除尘装置，有效避免了泥水对光电传感器造成的不良影响，大大提高了作业的效率和准确性。

(4)本发明通过远程监控可以实现一人对多台插秧机的操作和监控，大大提升工作效率，是将来农机智能化的发展趋势。

附图说明

图1为自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统装置结构示意图；

图2为自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统控制箱原理框图；

图3为自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统自动除尘装置示意图

图4为自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法运行流程图；

其中：1-支架；2-反射式光电传感器；3-固定杆；4-喷头支架；5-喷头；6-防尘罩；7-动力传动箱；8-取苗器；9-栽插臂；10-MCU；11-继电器模组；12-声光报警；13-自动除尘装置；14-无线透传模块；15-远程监控端；16-电平转换及脉冲整形电路；17-TFTLCD；18-12V DC电源；19-通用I/O接口；20-RS 485串口；21-FSMC；22-水泵；23-过滤器；24-水箱；25-泄压阀；26-电磁阀；27-控制箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。

如图1所示，本发明采用的一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法主要包括：支架1、反射式光电传感器2、固定杆3、喷头支架4、喷头5、防尘罩6、动力传动箱7、取苗器8、栽插臂9、自动除尘装置(13)和控制箱(27)。

所述的支架1安装在动力传动箱7侧面，支架1底部和动力传动箱7连接，支架1中下部和动力传动箱7另一端通过固定杆3连接，起到固定作用。

所述的反射式光电传感器2安装在支架1中部位置。

所述的防尘罩6安装在支架1上反射式光电传感器2位置的另一侧。

所述的喷头支架4安装在支架1上防尘罩6侧的上方。

所述的喷头5安装在喷头支架4上，喷头轴线与防尘罩6的竖直面呈15°。

所述栽插臂9安装在动力传动箱7两侧。

所述的取苗器8和栽插臂9的两端连接。

作为本发明的最佳实施例，喷头5轴线与防尘罩6的竖直面呈15度。

如图2所示，所述的控制箱27包括MCU 10、继电器模组11、声光报警12、无线透传模块14、电平转换及脉冲整形电路16、TFTLCD 17、12V DC电源18。

所述的MCU 10通过继电器模组11和声光报警12、自动除尘装置13连接，自动除尘装置13和喷头5连接，MCU 10通过FSMC21控制TFTLCD 17，远程监控端15通过无线透传模块14和MCU 10连接；所述的12V DC电源18为插秧机蓄电池，为反射式光电传感器2、MCU 10、继电器模组11、声光报警12、自动除尘装置13、无线透传模块14、电平转换及脉冲整形电路16和TFTLCD 17供电。

所述的继电器模组11为欧姆龙板载8路继电器模组；所述的声光报警12实际就是插秧机的转向灯和喇叭，MCU 10通过继电器模组11控制声光报警12。

所述的无线透传模块14为济南有人物联网有限公司USR-G781型号4G模块，其集成了RS485串口20，MCU 10通过无线透传模块14，实现无线信号传输，为远程监控端15提供数据；所述的反射式光电传感器2为E3F-G80-C14反射式光电开关，通过电平转换及脉冲整形电路16和MCU 10连接；所述的电平转换及脉冲整形电路16通过光耦实现光电隔离，再通过施密特触发器整形，整形后的脉冲传输到MCU 10计数端计数，从而实现对栽插臂9转速的实时监测；所述的TFTLCD 17通过FSMC 21由MCU 10控制。

如图3所示，所述的自动除尘装置13包括水泵22、过滤器23、水箱24、泄压阀25、电磁阀26和喷头5，MCU 10通过继电器模组11控制水泵22和电池阀26，使喷头5定时喷射。

所述的喷头5入口接头BSPT 1/8，额定喷孔径0.8mm，定时开启水泵22和电磁阀26，将水箱24的水泵入喷头5，清洗防尘罩6达到自动清洁的效果。

如图4所示，插秧机开始插秧作业时，启动石子实时监测与报警装置，进行开机自检，自检正常后，通过读取与栽插动力离合手柄连接的限位开关状态判断栽插手柄是否处于栽插位置，从而判断插秧机当前是否正在插秧作业，若处于插秧状态，MCU10通过继电器模组11控制水泵22和电磁阀26,并将水箱24里的水通过喷头5对安装在动力传动箱7一侧支架1上的反射式光电传感器2的防尘罩6进行除尘，同时利用反射式光电传感器2对安装在动力传动箱7两侧的栽插臂9的转速进行采集，利用MCU10设置转速变化率阈值β，计算出单位时间内的速度变化率并在TFTLCD17显示当前实时所设置的速度变化率阈值β、当前速度以及速度变化率。

利用MCU设置速度变化率阈值β(本发明的最有实施例中β取1rpm)，开机自检，自检正常后，通过读取与栽插动力离合手柄连接的限位开关状态判断栽插手柄是否处于栽插位置，从而判断插秧机当前是否正在插秧作业，若处于插秧状态，启动自动除尘装置13，然后通过反射式光电传感器2实时采集栽插臂9的转速，并计算出单位时间内的速度变化率，若速度变化率≥β，则返回进行下一轮的速度采集；若速度变化率<β，则判断插秧机是否正在进行插秧作业，若插秧机不进行插秧作业，即正在地头转弯和停机不行驶，则返回进行下一轮的速度采集；若正在进行插秧作业，则通过声光报警12进行报警并将故障信息显示在TFTLCD 17显示屏上，将故障信息通过无线透传模块14发送至远程监控端15，提示插秧机操纵人员使插秧机停止作业并查看石子故障。然后继续查看故障是否消除，若消除，则返回进行下一轮的速度采集；如果故障未消除，则继续报警。

综上，本发明公开了一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法，由支架、反射式光电传感器、固定杆、喷头支架、喷头、防尘罩、动力传动箱、取苗器、栽插臂、自动除尘装置和控制箱组成，利用反射式光电传感器对栽插臂转速进行监控从而实现对秧苗中石子进行实时监测和报警，为了防止插秧机工作中秧田泥水溅落到传感器上，影响传感器的正常工作，为传感器安装防尘罩和自动除尘装置。利用安装在动力传动箱上的反射式光电传感器采集栽插臂的转速，MCU对传感器感知的速度变化进行分析，配合自动除尘装置实现对秧苗中石子的实时监测和报警，MCU将故障信息发送至远程监控端。本发明一种自带自动清洁装置秧苗石子实时监测系统及控制方法智能化程度高、改造简单、成本低，只需对现有插秧机进行小的改动即可安装使用，适用范围广，可适用于无人驾驶和有人驾驶插秧机作业过程中秧苗中混杂的石子进行实时监测与报警。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。