悬挂式农业机械的耕深检测控制系统及耕深控制方法
【专利摘要】本发明提供了农业机械领域内的悬挂式农业机械的耕深检测控制系统及耕深控制方法，包括拖拉机的后桥和控制装置，拖拉机上液压连接有悬挂臂，悬挂臂铰接连杆一端，连杆另一端铰接第一摆杆，第一摆杆另一端铰接第二摆杆一端，后桥一侧设有第二固定板，第二固定板的上端连接角位移传感器，第二摆杆另一端与角位移传感器连接，后桥上设有用于测量离地间隙的测距传感器；控制装置包括控制器和液压驱动器，控制器上连接有触摸显示控制器，触摸显示控制器与液压驱动器连接，液压驱动器的输出口连接有电液比例阀；本发明耕深检测控制精度高，可应用于农业机械上的耕深控制工作中。
【专利说明】
悬挂式农业机械的耕深检测控制系统及耕深控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种耕深检测控制系统及耕深控制方法，特别涉及一种悬挂式农业机械的耕深检测控制系统及耕深控制方法。
【背景技术】
[0002]土壤的深松和旋耕均是保护性耕作的重要环节，农业机械在深松或耕作时，耕深是判定耕作质量的关键，现有技术中，耕深的检测方式有两种，一种是采用人力对田地进行采样检测，另一种是采用耕深检测装置对耕深进行检测，前一种需要在深松或者旋耕结束之后，靠人工对耕深进行检测，由于田地的不平整性及潮湿性，相同田地不同地方的耕深也不同，其劳动强度大，检测误差大;后一种耕深检测装置分为深松机的耕深检测装置和旋耕机的耕深检测装置，首先，这两种检测装置无法代替使用；其次，深松机的耕深检测装置包括超声波测距传感器，超声波测距传感器安装在深松机机架上，用超声波测距传感器检测机架与地面的距离，从而实现对深松深度的检测，深松机在耕作时超声波测距传感器容易受到外界环境的影响，比如植物茬、不平整或潮湿的田地等，深松机耕作深度的检测精度得不到保证;旋耕机的检测装置包括两个铰接的连杆，一个连杆的末端设置有托板，另一个连杆通过转轴与安装在旋耕机的机架上的电位器相连接，采用通过拖板感受凹凸地面的变化情况，连杆结构带动转轴作用于电位器，引起电位器内部阻值的变化，从而检测到耕深，实现耕深的实时检测功能，此装置依靠托板感受凹凸的地面，但是旋耕机耕作过程中托板由于惯性将不贴合于地面，耕深检测的精度不高。
[0003]随着社会的不断进步和科技的飞跃发展，农业机械向智能化方向发展成为一种趋势，耕深的控制直接影响到耕作质量，如何使耕深稳定在一定区间内成为当下研究的一个热点。现有技术中，耕深控制的方法分为两种，一种是驾驶员根据耕深显示结果来手动调节手柄操作，不仅误差大，而且需要驾驶员实时注意显示的耕深值，技术上很难得到可靠的保障，另一种是通过电液控制阀与液压油路的连接来控制自动控制耕深，耕深控制是以耕深检测的结果为依据进行调节，由于现有技术中的耕深检测精度很低，误差较大，导致控制耕深精度不高。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种悬挂式农业机械的耕深检测控制系统及耕深控制方法，此装置检测控制精度高，安装方便且成本低，降低劳动强度。
[0005]本发明的目的是这样实现的:一种悬挂式农业机械上的耕深控制系统，包括拖拉机的后桥及控制装置，拖拉机上液压连接有悬挂臂，所述悬挂臂上连接连杆的一端，所述连杆的另一端铰接第一摆杆的一端，第一摆杆的另一端铰接第二摆杆的一端，所述后桥的一侧设有第二固定板，所述第二固定板的上端连接有角位移传感器，第二摆杆的另一端与角位移传感器连接，所述后桥上还设有用于测量离地间隙的测距传感器;控制装置包括控制器和液压驱动器，控制器包括信号调理模块和主控模块，所述角位移传感器和测距传感器的输出信号经信号调理模块调理后传输给主控模块，主控模块的串口端连接有触摸显示控制器，触摸显示控制器包括显示模块、控制模块、操作模块和数据存储模块，显示模块显示主控模块发送过来的数据，数据存储模块存储发送过来的数据，操作模块将操作信号传输给控制模块，控制模块的输出口与液压驱动器电连接，液压驱动器与拖拉机中的电液比例阀电连接，液压驱动器驱动电液比例阀动作，电液比例阀用于控制液压油的流量和流向。
[0006]本发明工作时，悬挂臂与耕作机械连接，耕作之前，耕作机械远离地面，通过调节悬挂臂将耕作机械作业机构的最底端下降至刚好接触地面，测量悬挂臂与连杆铰接点与地面的垂直距离，将此距离作为基准点，耕作时，通过拖拉机继续下降悬挂臂，耕作机械随着悬挂臂下降，悬挂臂动作时，连杆跟着动作，连杆的摆动带动第一摆杆的摆动，第一摆杆的摆动带动第二摆杆的摆动，第二摆杆的摆动带动角位移传感器的转动，由于大多数的田地是潮湿的，加上农业机械的自身重力作用使得后轮陷入泥地中，通过测距传感器检测得到后桥中心轴线与地面的距离，角位移传感器和测距传感器分别将转动位移变化量信号和距离变化量信号经信号调理模块发送给主控模块，主控模块将接收到的信号进行数据数据处理，主控模块将处理后的数据信号发送给控制模块，控制模块将数据发送给数据存储模块进行实时存储，显示模块显示实时耕深，通过操作模块可调节耕深，控制模块接收操作模块发过来的耕深调节信号，控制模块将耕深调节信号发送给液压驱动器，液压驱动器将耕深调节信号放大后对电液比例阀的动作进行控制;本发明中通过角位移传感器检测出耕作机械的下降距离，使用测距传感器测出传感器与地面的距离而换算得到后轮陷入田地的深度变化量，下降距离加上深度变化量即为实时耕深，避免了因拖拉机行进时陷入潮湿地面导致的与地面上表面之间的距离差而产生的耕深误差，提高耕深精度，本控制系统对实时耕深进行监测并控制耕深，保证耕作质量，用电液比例阀代替操作手柄，降低劳动强度，安装方便且成本低，本系统解决了在本领域内人们一直想解决的技术难题，可应用于悬挂式农业机械的耕深控制工作中。
[0007]为了进一步提高测距传感器安装的可靠性，所述测距传感器安装在连接板上，连接板设置在保护壳上，保护壳经过夹紧板夹持在后桥上，夹紧板顶端与后桥下表面贴合，连接板设置在夹紧板下部。
[0008]为了进一步提高测距传感器检测的准确性，所述测距传感器设于地面平行面的垂直平面上，测距传感器对准地面，测距传感器设于地面平行面的垂直平面上，测距传感器对准地面。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述压簧组件包括连接壳和下压板，连接壳经过上压板与后桥连接，上压板和下压板上均连接有压簧套，所述压簧与压簧套过盈配合连接，此设计可提高压簧安装的可靠性下压板设在测距传感器所在后桥段的正前方，下压板压在地面上，此设计使测距传感器下方的泥土压实，可进一步提高耕深检测精度。
[0010]为了进一步提高摆杆传动的可靠性，所述第二摆杆和第一摆杆设置在与第二固定板所在平面垂直的平面上。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述后桥的另一侧设有第一固定板，所述第二固定板和第一固定板分别通过上夹紧杆和下夹紧杆与后桥相对固定连接，上夹紧杆和下夹紧杆分别设于后桥的顶端和底端，此设计提高固定板相对后桥连接的可靠性，从而提高角位移传感器安装在第二固定板上的稳定性。
[0012]为了进一步提高耕深检测的精度，所述角位移传感器和测距传感器组件在后桥上对称设有两个，对应的连接构件相对后桥中心对称设置。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述保护壳底端与连接板底端间的距离为后轮半径的1/3?3/5，此设计通过加大保护壳的高度使耕作时溅起的泥土作用在保护壳外侧，避免测距传感器检测时受外界环境影响，可进一步提高检测精度。
[0014]悬挂式农业机械的耕深控制方法，具体包括以下步骤:
(1)给控制系统通电，控制系统开始工作，角位移传感器和测距传感器采集数据，并实时传输给控制器；
(2)信号调理模块对角位移传感器和测距传感器传输过来的电压信号进行信号调理，主控模块对调理后的电压信号进行模数转换并做数据处理，处理完的数据为实时耕深；
(3)主控模块将处理结束的数据传输至触摸显示控制器，显示模块实时显示耕深，数据存储模块存储耕深值，实时耕深超出设定的耕深范围时，通过操作模块将耕深调节信号反馈至控制模块；
(4)控制模块扫描下降、提升及停止键，扫描到下降键时，执行下降程序，将下降信号传输给液压驱动器，液压驱动器将下降信号放大后传输给电液比例阀，电液比例阀调节液压油的流量和流向，使悬挂臂下降；扫描到提升键时，执行提升程序，将提升信号传输给液压驱动器，液压驱动器将提升信号放大后传输给电液比例阀，电液比例阀调节液压油的流量和流向，使悬挂臂提升；当扫描到停止键时，控制系统停止工作;若没有扫描到任何键，返回步骤(2)循环执行。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的俯视图。
[0016]图2为本发明的A-A向剖视图。
[0017]图3为本发明中拖拉机的简易连接图。
[0018]图4为本发明中压簧组件结构示意图。
[0019]图5为本发明中测距传感器组件的结构示意图。
[0020]图6为本发明中耕作前的一种结构示意图。
[0021 ]图7为本发明中耕作时的结构示意图。
[0022]图8为本发明中控制装置的信号传输连接框图。
[0023]图9为本发明中控制方法的程序框图。
[0024]图10为本发明中耕作前的另一种结构示意图。
[0025]图11为本发明中耕作时的另一种结构示意图。
[0026]其中，I后桥，2上压板，3下压板，4角位移传感器，5连杆，6第一摆杆，7上夹紧杆，8第二摆杆，9下夹紧杆，10第一固定板，11第二固定板，12连接壳，13压簧套，14压簧，15地面，16后轮，17悬挂臂，18拖拉机，19保护壳，20夹紧板，21连接板，22测距传感器，23旋耕机，24深松机。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0028]实施例1
如图1?5所示的悬挂式农业机械上的耕深控制系统，包括拖拉机18和后桥1，拖拉机18上液压连接有悬挂臂17，悬挂臂17上连接连杆5—端，连杆5的另一端铰接有第一摆杆6，第一摆杆6的另一端铰接第二摆杆8的一端，后桥I在前后方向上的一侧设有第二固定板11，后桥I的另一侧设有第一固定板10，第二固定板11和第一固定板10分别通过上夹紧杆7和下夹紧杆9与后桥I相对固定连接，上夹紧杆7和下夹紧杆9分别设于后桥I的顶端和底端，第二固定板11的上端连接有角位移传感器4，第二摆杆8与角位移传感器4连接，第二摆杆8和第一摆杆6设置在与第二固定板11所在平面的垂直平面上，后桥I上设有保护壳19，保护壳19穿过后桥I与夹紧板20连接，夹紧板20顶端与后桥I下表面贴合，保护壳19上还连接有连接板21，连接板21设置于夹紧板20下部，连接板21上安装有用于测量离地间隙的测距传感器22，测距传感器22设于地面15平行面的垂直平面上，测距传感器22对准地面15;压簧组件包括压簧14、连接壳12和下压板3，连接壳12经过上压板2与后桥连接，上压板2和下压板3上均连接有压簧套13，压簧14与压簧套13过盈配合连接，下压板3设在测距传感器22所在后桥段的正前方，下压板3压在地面上，角位移传感器4和测距传感器22相对后桥I中心对称设有两个，对应的连接构件相对后桥I中心对称设置;如图6和图7所示，拖拉机18通过悬挂臂17与旋耕机23连接。
[0029]如图8所示的悬挂式农业机械上的耕深控制系统，还包括控制装置，控制装置包括控制器和液压驱动器，控制器包括信号调理模块和主控模块，角位移传感器和测距传感器的输出信号经信号调理模块调理后传输给主控模块，主控模块的串口端连接有触摸显示控制器，触摸显示控制器包括显示模块、控制模块、操作模块和数据存储模块，显示模块显示主控模块发送过来的数据，经过控制模块将发送过来的数据存储至数据存储模块中，操作模块将耕深调节信号传输给控制模块，控制模块的输出口与液压驱动器电连接，液压驱动器与拖拉机中的电液比例阀电连接，电液比例阀用于控制液压油的流量和流向。
[0030]其中，信号调理模块用来调节角位移传感器4和测距传感器22的输出信号至主控模块可接受的信号范围，主控模块接收角位移传感器4和测距传感器22经信号调理模块作用后的输出信号，显示模块显示由主控模块发送过来的数据，数据存储模块对发送过来的数据进行储存，操作模块用来发送耕深调节信号，控制模块用来接收主控模块发送过来的数据并传输耕深调节信号给液压驱动器，液压驱动器用来驱动控制电液比例阀的动作，电液比例阀用来控制液压的流量和流向。
[0031 ]如图9所示的悬挂式农业机械上的耕深控制方法，具体包括如下步骤:
(1)打开开关模块，检测和控制装置开始工作，角位移传感器4和测距传感器22采集数据，并实时传输给控制器；
(2)信号调理模块对收到的电压信号进行信号调理，主控模块对调理后的电压信号进行模数转换后做数据处理，处理完的数据为实时耕深；
(3)主控模块将处理结束的数据传输至触摸显示控制器，显示模块实时显示耕深，实时耕深超过设定的耕深范围时，通过操作模块将耕深调节信号反馈至主控模块；
(4)主控模块扫描下降、提升及停止键，扫描到下降键时，执行下降程序，将下降信号传输给液压驱动器，液压驱动器将下降信号传输给电液比例阀，电液比例阀调节液压油的流量和流向，使悬挂臂下降；扫描到提升键时，执行提升程序，将提升信号传输给液压驱动器，液压驱动器将提升信号传输给电液比例阀，电液比例阀调节液压油的流量和流向，使悬挂臂提升；当扫描到停止键时，检测及控制装置停止工作;若没有扫描到任何键，返回步骤(2)循环执行。
[0032]本发明工作时，悬挂臂17与耕作机械连接，耕作之前，耕作机械远离地面15，通过调节悬挂臂17将耕作机械作业机构的最底端下降至刚好接触地面15，测量悬挂臂17与连杆5连接处的中心与地面15的垂直距离，设为h，将此距离作为基准点，耕作时，通过拖拉机18继续下降悬挂臂17，耕作机械随着悬挂臂17下降，悬挂臂17动作时，连杆5跟着动作，连杆5的运动带动第一摆杆6的摆动，第一摆杆6的摆动带动第二摆杆8的摆动，第二摆杆8的摆动带动角位移传感器4信号轴的转动，根据角位移传感器4信号轴的转动位移变化量换算得到悬挂臂17的下降角度，计算出悬挂臂17与连杆5连接处的中心与地面15的垂直距离，设为h’，从而计算得到悬挂臂17的下降距离为(h- h’)，由于大多数的田地是潮湿的，农业机械由于自身重力作用使得后轮16陷入泥地中，由于田地表层存在杂草或为虚土，利用压簧组件将田地压实，测距传感器22测量的为后桥I中心轴线与压实后的地面15间的垂直距离，设为d，后轮16的半径是已知的，假设后轮16半径为r，从而计算得到后轮16最底端与地面15间的距离为(r-d);角位移传感器4和测距传感器22分别将转动位移变化量信号和距离变化量信号经信号调理模块调理后发送给主控模块，主控模块将接收到的信号进行数据数据处理，主控模块将处理后的数据信号发送给控制模块，控制模块将数据发送给数据存储模块进行实时存储，显示模块显示实时耕深，通过操作模块可调节耕深，控制模块接收操作模块发过来的耕深调节信号，控制模块将耕深调节信号发送给液压驱动器，液压驱动器将耕深调节信号放大后对电液比例阀的动作进行控制;本发明中通过角位移传感器4检测出旋耕机23的下降距离，使用测距传感器22实时测出测距传感器22顶端与地面15的距离，后桥I两端对称设有两个耕深检测装置，降低由于田地不平整带来的耕深检测误差，由于测距传感器22测量的是测距传感器22与田地表层的距离，田地表层有杂草或者为虚土，使用压簧组件将测距传感器22下方的泥地压实，避免田地表层杂草或虚土的存在而造成的测量误差，提高耕深检测精度，本控制系统对实时耕深进行监测并控制耕深，保证耕作质量，用电液比例阀代替操作手柄，降低劳动强度，本发明解决了在本领域内人们一直想解决的技术难题，可应用于悬挂式农业机械的耕作控制工作中。
[0033]实施例2
如图10和图11所示的悬挂式农业机械上的耕深检测控制系统及耕深控制方法，与实施例I的不同之处在于，拖拉机18通过悬挂臂17与深松机24连接。
[0034]本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。
【主权项】
1.一种悬挂式农业机械的耕深检测控制系统，包括拖拉机的后桥和控制装置，其特征在于:拖拉机上液压连接有悬挂臂，所述悬挂臂上连接连杆的一端，所述连杆的另一端铰接第一摆杆的一端，第一摆杆的另一端铰接第二摆杆的一端，所述后桥的一侧设有第二固定板，所述第二固定板的上端连接有角位移传感器，第二摆杆的另一端与角位移传感器连接，所述后桥上还设有用于测量离地间隙的测距传感器;控制装置包括控制器和液压驱动器，控制器包括信号调理模块和主控模块，所述角位移传感器和测距传感器的输出信号经信号调理模块调理后传输给主控模块，主控模块的串口端连接有触摸显示控制器，触摸显示控制器包括显示模块、控制模块、操作模块和数据存储模块，显示模块显示主控模块发送过来的数据，数据存储模块存储发送过来的数据，操作模块将操作信号传输给控制模块，控制模块的输出口与液压驱动器电连接，液压驱动器与拖拉机中的电液比例阀电连接，液压驱动器驱动电液比例阀动作，电液比例阀用于控制液压油的流量和流向。2.根据权利要求1所述的悬挂式农业机械的耕深检测控制系统，其特征在于:所述测距传感器安装在连接板上，连接板设置在保护壳上，保护壳经过夹紧板夹持在后桥上，夹紧板顶端与后桥下表面贴合，连接板设置在夹紧板下部。3.根据权利要求2所述的悬挂式农业机械的耕深检测控制系统，其特征在于:所述测距传感器设于地面平行面的垂直平面上，测距传感器对准地面。4.根据权利要求3所述的悬挂式农业机械的耕深检测控制系统，其特征在于:所述后桥上还设有压簧组件，压簧组件包括连接壳和下压板，连接壳经过上压板与后桥连接，上压板和下压板上均连接有压簧套，所述压簧与压簧套过盈配合连接，下压板设在测距传感器所在后桥段的正前方，下压板压在地面上。5.根据权利要求4所述的悬挂式农业机械的耕深检测控制系统，其特征在于:所述第二摆杆和第一摆杆设置在第二固定板与后桥连接面垂直的平面上。6.根据权利要求5所述的悬挂式农业机械的耕深检测控制系统，其特征在于:所述后桥的另一侧设有第一固定板，所述第二固定板和第一固定板分别通过上夹紧杆和下夹紧杆与后桥相对固定连接，上夹紧杆和下夹紧杆分别设于后桥的顶端和底端。7.根据权利要求6所述的悬挂式农业机械的耕深检测控制系统，其特征在于:所述角位移传感器和测距传感器组件相对后桥中心对称设有两组，对应的连接构件相对后桥中心对称设置。8.根据权利要求7所述的悬挂式农业机械的耕深检测控制系统，其特征在于:保护壳的底端与连接板底端间的距离为后轮半径的1/3?3/5。9.一种利用权利要求1?8任一项所述的悬挂式农业机械的耕深控制方法，其特征在于包括以下步骤: (1)给控制系统通电，控制系统开始工作，角位移传感器和测距传感器采集数据，并实时传输给控制器； (2)信号调理模块对角位移传感器和测距传感器传输过来的电压信号进行信号调理，主控模块对调理后的电压信号进行模数转换并做数据处理，处理完的数据为实时耕深； (3)主控模块将处理结束的数据传输至触摸显示控制器，显示模块实时显示耕深，数据存储模块存储耕深值，实时耕深超出设定的耕深范围时，通过操作模块将耕深调节信号反馈至控制模块； (4)控制模块扫描下降、提升及停止键，扫描到下降键时，执行下降程序，将下降信号传输给液压驱动器，液压驱动器将下降信号放大后传输给电液比例阀，电液比例阀调节液压油的流量和流向，使悬挂臂下降；扫描到提升键时，执行提升程序，将提升信号传输给液压驱动器，液压驱动器将提升信号放大后传输给电液比例阀，电液比例阀调节液压油的流量和流向，使悬挂臂提升；当扫描到停止键时，控制系统停止工作;若没有扫描到任何键，返回步骤(2)循环执行。
【文档编号】A01B71/02GK105900551SQ201610252867
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】张瑞宏, 奚小波, 沈函孝, 金亦富, 朱留存, 吴飞, 王烁, 张剑峰, 缪宏, 单翔
【申请人】扬州大学