双板差分式谷物产量计量装置的制作方法

本实用新型涉及农业技术领域，尤其是涉及一种双板差分式谷物产量计量装置。

背景技术：

谷物产量计量在当前精准农业的研究和实践中，是一个必不可少的重要环节，准确获取作业区域的谷物产量信息是评价谷物产量及作业效果的重要指标，产量信息的空间变异性是来年精准变量作业的科学依据。

目前的谷物产量计量装置由于在作业过程中收割机的振动会对产量的计量造成干扰，导致计量结果精度低。

技术实现要素：

针对以上缺陷，本实用新型提供一种双板差分式谷物产量计量装置，可以提高谷物计量的精确度。

本实用新型提供的双板差分式谷物产量计量装置包括：悬臂梁式双板压力传感器、数据采集模块和显示终端，其中：

所述悬臂梁式双板压力传感器包括第一受力板、第二受力板和压力传感器，所述悬臂梁式双板压力传感器适于安装在谷物收割机的粮箱和升运器之间，且所述第一受力板的安装位置适于在所述升运器中的谷物进入粮箱之前与所述第一受力板发生碰撞，所述压力传感器用于检测所述第一受力板收到的冲击力；所述第二受力板的安装位置适于在所述升运器中的谷物进入粮箱之前与所述第二受力板不发生碰撞；

所述数据采集模块，与所述悬臂梁式双板压力传感器连接，用于获取所述压力传感器检测到的冲击力和采集所述第二受力板的振动信号；并将所述冲击力和所述振动信号发送至显示终端；

所述显示终端包括处理器和显示屏，所述处理器用于利用所述振动信号对所述冲击力进行振动去噪处理，并根据振动去噪后的冲击力计算所述谷物瞬时产量，并将所述谷物瞬时产量显示在所述显示屏上。

可选的，所述装置还包括车载定位模块，用于检测收割机位置和收割机行进速度；对应的，所述数据采集模块还用于获取所述车载定位模块检测到的所述收割机位置和所述收割机行进速度，并将所述收割机位置和所述收割机行进速度发送至所述显示终端，所述显示终端中的处理器还用于将所述收割机位置和所述收割机行进速度显示在所述显示屏上。

可选的，所述数据采集模块包括：信号采集电路、模数转换电路、时钟复位电路和通信电路，其中：

所述信号采集电路用于采集所述冲击力和所述振动信号；

所述时钟复位电路，与所述信号采集电路连接，用于控制所述信号采集电路的信号采集频率；

所述模数转换电路，与所述信号采集电路连接，用于对所述冲击力和所述振动信号进行数字化处理；

所述通信电路，与所述模数转换电路连接，用于将数字化处理后的所述冲击力和所述振动信号发送至所述显示终端。

可选的，所述装置还包括连接在所述悬臂梁式双板压力传感器和所述数据采集模块之间的信号调理器，所述信号调理器用于对所述冲击力和所述振动信号进行信号调理。

可选的，所述装置还包括水分传感器，用于采集谷物所含水分；对应的，所述数据采集模块用于采集所述谷物所含水分，并将所述谷物所含水分发送至所述显示终端，所述显示终端的处理器用于将所述谷物所含水分显示在所述显示屏上。

可选的，所述装置还包括割台高度传感器，用于检测割台高度；对应的，所述数据采集模块用于采集所述割台高度，并将所述割台高度发送至所述显示终端，所述显示终端的处理器用于将所述割台高度显示在所述显示屏上。

可选的，所述装置还包括升运器速度传感器，用于检测升运器转速；对应的，所述数据采集模块用于采集所述升运器转速，并将所述升运器转速发送至所述显示终端，所述显示终端的处理器用于将所述升运器转速显示在所述显示屏上。

本实用新型提供的双板差分式谷物产量计量装置，由于首先利用第二受力板的振动信号对检测到的冲击力进行去噪处理，然后再利用去噪处理后的冲击力计算谷物瞬时产量，因此相对于现有技术提高了谷物计量的精确度。本实用新型提供的计量装置可以显著消除收割机的振动影响，适用于不同的田间环境，保证谷物产量的检测精度。本实用新型提供的计量装置不仅结构简单，而且运行稳定、测产精度高，能够满足农业测产的需要，在农业收割机械上将对精准农业的发展起到积极作用。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型一实施例中双板差分式谷物产量计量装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型一实施例中悬臂梁式双板压力传感器的结构示意图；

图3示出了本实用新型一实施例中处理器的频域差分处理过程示意图；

图4示出了本实用新型一实施例中显示终端的开启流程示意图；

1-第一受力板，2-第二受力板。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本实用新型提供一种双板差分式谷物产量计量装置，如图1和2所示，该装置包括：悬臂梁式双板压力传感器、数据采集模块和显示终端，其中：

所述悬臂梁式双板压力传感器包括第一受力板1、第二受力板2和压力传感器，所述悬臂梁式双板压力传感器适于安装在谷物收割机的粮箱和升运器之间，且所述第一受力板1的安装位置适于在所述升运器中的谷物进入粮箱之前与所述第一受力板1发生碰撞，所述压力传感器用于检测所述第一受力板1收到的冲击力；所述第二受力板2的安装位置适于在所述升运器中的谷物进入粮箱之前与所述第二受力板2不发生碰撞；

所述数据采集模块，与所述悬臂梁式双板压力传感器连接，用于获取所述压力传感器检测到的冲击力和采集所述第二受力板2的振动信号；并将所述冲击力和所述振动信号发送至显示终端；

所述显示终端包括处理器和显示屏，所述处理器用于利用所述振动信号对所述冲击力进行振动去噪处理，并根据振动去噪后的冲击力计算所述谷物瞬时产量，并将所述谷物瞬时产量显示在所述显示屏上。

本实用新型提供的计量装置，由于首先利用第二受力板2的振动信号对检测到的冲击力进行去噪处理，然后再利用去噪处理后的冲击力计算谷物瞬时产量，因此相对于现有技术提高了谷物计量的精确度。本实用新型提供的计量装置可以显著消除收割机的振动影响，适用于不同的田间环境，保证谷物产量的检测精度。本实用新型提供的计量装置不仅结构简单，而且运行稳定、测产精度高，能够满足农业测产的需要，在农业收割机械上将对精准农业的发展起到积极作用。

可理解的是，所述悬臂梁式双板压力传感器适于安装在谷物收割机的粮箱和升运器之间，且所述第一受力板1的安装位置适于在所述升运器中的谷物进入粮箱之前与所述第一受力板1发生碰撞，是指升运器上的谷物在被倒入粮箱之前，会与第一受力板1发生碰撞，谷物碰撞第一受力板时对第一受力板1的撞击力即冲击力，而该冲击力实际上为在收割机振动影响下的冲击力。

可理解的是，所述第二受力板2的安装位置适于在所述升运器中的谷物进入粮箱之前与所述第二受力板2不发生碰撞，即在第二受力板2与升运器不接触，这样第二受力板2不会受到谷物的撞击力，而仅仅检测收割机的振动信号。

在具体实施时，悬臂梁式双板压力传感器可以自行选择，例如杭州西勒称重科技有限公司的量程为0～6kg的悬臂梁式压力传感器XL-1B。悬臂梁式双板压力传感器中的第一受力板1和第二受力板2通过固定装置固定在一起，由于第一受力板1会与谷物发生撞击，而第二受力板2不会与谷物发生撞击，因此第一受力板1一般称为“前板”，而第二受力板2可以称为“后板”。一般受力板采用刚度大、耐磨的材质制作，例如45号钢，能够提高感力环节的固有频率，降低由于振动过冲损坏传感器的可能性，能够防止在长期使用过程中的磨损过度。

可理解的是，本实用新型提供的计量装置采用固定实际上冲击式测量方式，可以实现对谷物产量的快速无损监测，对收割机改造较小，机械结构简单。

在具体实施时，本实用新型提供的装置还可以包括车载定位模块，用于检测收割机位置和收割机行进速度；对应的，所述数据采集模块还用于获取所述车载定位模块检测到的所述收割机位置和所述收割机行进速度，并将所述收割机位置和所述收割机行进速度发送至所述显示终端，所述显示终端中的处理器还用于将所述收割机位置和所述收割机行进速度显示在所述显示屏上。这里，通过车载定位模块采集收割机的位置和行进速度，然后将位置和行进速度在显示屏上显示出来，以便于作业人员实时了解作业位置和作业速度。例如采用亚米级GPS模块，实现对收割机位置和行进速度的获取，从而可以实现作业面积的计算，便于后续谷物产量分布图的生成。

在具体实施时，数据采集模块可以采用Atmel公司生产的AT90CAN128为主控制芯片设计，利用其丰富的ADC接口实时地采集传感器发送的电信号，通过CAN总线与显示终端进行实时数据传输。

在具体实施时，数据采集模块的内部电路结构可以采用多种形式，其中一种以AVR单片机为核心的设计方式为：所述数据采集模块包括：信号采集电路、模数转换电路、时钟复位电路和通信电路，其中：

所述信号采集电路用于采集所述冲击力和所述振动信号；

所述时钟复位电路，与所述信号采集电路连接，用于控制所述信号采集电路的信号采集频率；

所述模数转换电路，与所述信号采集电路连接，用于对所述冲击力和所述振动信号进行数字化处理；

所述通信电路，与所述模数转换电路连接，用于将数字化处理后的所述冲击力和所述振动信号发送至所述显示终端。

当然，还可以采用其他结构形式的数据采集模块，例如在上述基础上增加一个电源转换电路，以便于利用各种电源为其供电。其中，通信电路，例如CAN通讯电路、RS232通信电路、RS248通信电路。还可以对整个数据采集模块进行防水防尘设计，增加其工作的可靠性。

在具体实施时，还可以在所述悬臂梁式双板压力传感器和所述数据采集模块之间设置信号调理器，用于对所述冲击力和所述振动信号进行信号调理。例如，设置一信号调理电路，将毫伏级信号调理为伏级信号，便于数据采集模块直接采集。

在具体实施时，显示终端可以设置与数据采集模块配合的通信接口，例如RS232通信接口、CAN通信接口。

在具体实施时，处理器对前后板的输出信号进行处理的方式有两种，一是时域差分，二是频域差分，其中时域差分的过程大致为：

前板接收谷物冲击和干扰信号的双重作用，其输出信号si包含了谷物冲击信号pi和噪声信号wi,即

si＝pi+wi

考虑到机械振动可以分解为多种频率复合成的余弦振动，所以其中的wi可以表示为：

其中A表示振幅，f表示频率，t表示时间，表示相位。

后板遮挡在前板之后，没有谷物的冲击，只有干扰信号的作用。其输出信号s’i只包含噪声信号w’i，即

s’i＝w’i

与前板同理，其中w’i可以表示为

其中A’表示振幅，f’表示频率，t表示时间，表示相位。

则悬臂梁式双板压力传感器的时域差分信号可以表示为：

si*＝si–s’i＝pi+wi-w’i＝pi+(wi-w’i)

由于两个传感器固定在同一底座上，并且同时接收信号，所以它们的频率和相位在同一时刻是相同的。当振幅A与A’相等时，wi就与w’i相等，si*也就与pi相等了。

实验中使A和A’完全相等是不可能的。但是可以使它们尽量相等，这样wi和w’i就非常接近，si*就会比si更接近真实的谷物冲击信号，使得双板差分的结果优于单板不差分的结果。

如图3所示，频域差分的过程大致为：

对前板输出信号和后板输出信号分别进行离散傅里叶变换，对进行傅里叶变换后的两输出信号进行频域差分，然后对差分后的频域信号进行离散傅里叶反变换，获得减少振动干扰的冲击力信号。即处理器的去噪过程可以包括：

对所述冲击力和所述振动信号分别进行离散傅里叶变换；

对变换得到的冲击力和振动信号进行频域差分；

对差分后得到的频域信号进行离散傅里叶反变换，得到去除振动噪声后的冲击力。

通过对比，根据频域差分方式计算产量的精确度高于时域差分方式。

在具体实施时，频域差分方式中，还可以采用二次均值限幅滤波算法对信号进行处理，例如，如图3所示，在在进行离散傅里叶变换之前进行一个滑动均值滤波，然后在离散傅里叶反变换之后再进行一次均值滤波，进一步提高精确度。

为验证双板差分对去除噪声具有效果，并调节参数使前后板输出一致的噪声信号，做了实验室动态实验。使收割机空转，测试在收割机振动的条件下，前板、后板信号的变化情况，2条曲线走势是基本一致的。如果将放大倍数调整到合适的数值后，就可以减少噪声干扰，提高系统的信噪比。

在具体实施时，如图1所示，还可以设置一水分传感器，用于采集谷物所含水分；对应的，所述数据采集模块用于采集所述谷物所含水分，并将所述谷物所含水分发送至所述显示终端，所述显示终端的处理器用于将所述谷物所含水分显示在所述显示屏上。

在具体实施时，如图1所示，还可以设置一割台高度传感器，用于检测割台高度；对应的，所述数据采集模块用于采集所述割台高度，并将所述割台高度发送至所述显示终端，所述显示终端的处理器用于将所述割台高度显示在所述显示屏上。

在具体实施时，如图1所示，还可以设置一升运器速度传感器，用于检测升运器转速；对应的，所述数据采集模块用于采集所述升运器转速，并将所述升运器转速发送至所述显示终端，所述显示终端的处理器用于将所述升运器转速显示在所述显示屏上。

在具体实施时，如图1所示，还可以设置一地轮速度传感器，用以检测地轮速度。

在具体实施时，显示终端的开启流程如图4所示，通过该流程可以实现各个模块的开启。

需要注意的是，尽管本实用新型中有些模块涉及到数据处理流程，但是本实用新型的改进之处并不在于此，而是采用现有的具有相应功能的硬件模块实现，例如处理器，其频域差分过程比较简单，完全可以采用现有的硬件模块实现，因此本实用新型的改进之处并不涉及计算机程序的改进。

本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。