本实用新型涉及农业机械及智能检测和控制技术领域，尤其涉及一种用于检测插秧机工作状态的装置。
背景技术：
水稻是我国主要粮食作物，目前水稻主要采用机械化插秧作业，如何提高插秧机的工作性能，除提高育秧、插秧机性能外，更重要的是实现插秧机性能检测，以便随时调整和改进机器工作性能。不同品种的水稻亩秧量不同，且育出秧苗的存在差异性，现有插秧机在插秧工作前，需要调节插秧机上手柄选择不同取秧量在田间试插一定面积，采用人工五点取样的方法对栽插秧苗的行距、株距、每穴秧苗数进行测量，插秧机驾驶员根据人工测量的结果再调节取秧量、株距等参数。由于水田作业环境的复杂性，田块不同区域之间的差异性较大，人工抽样取点测量结果不精确、消耗一定的劳动力且不能及时的给驾驶员反馈当前插秧机栽插的状况。为实现插秧机性能自动检测，首先要进行插秧机工作状态的判断，以便进行插秧工作性能的自动检测，本专利就是实现插秧机工作状态检测的一种装置，主要为进一步开发新型智能插秧机的研究奠定基础。
目前，对于插秧机智能化领域，主要集中在插秧机的自动导航，能自动检测其工作状态的装置目前鲜有报道，利用插秧机工作状态的检测结果可有效的辅助插秧机自动作业，提高插秧机的工作效率和土地的利用率。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、自动检测插秧机当前工作状态的、能够提高工作效率的插秧机工作状态检测装置。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
一种插秧机工作状态检测装置，该状态检测装置主要包括嵌入式微控制器、霍尔传感器、陀螺仪传感器、语音模块、电源模块和磁钢。所述的嵌入式微控制器和电源模块均设在插秧机的座位后部，且两者相连，并且均分别与霍尔传感器、陀螺仪传感器、语音模块连接。所述磁钢安装在插秧机后轮的输出轴上。用于精确检测插秧机工作速度的霍尔传感器安装于插秧机行驶后轮的离合器箱上。用于测量连杆部位与水平面夹角的陀螺仪传感器安装于插秧机的连杆部位上。所述语音模块安装在插秧机的仪表盘上。本实用新型通过对插秧机的工作速度和连杆部位与水平面夹角进行实时检测，实现对插秧机的工作状态自动检测，并通过安装在插秧机仪表盘处的语音模块反馈播报当前状态，使操作人员实时感知插秧机的工作状态，当故障发生时能够及时提醒，从而显著提高插秧的效率。
具体的，所述嵌入式微控制器设为中心控制器，其一端与电源模块连接；另一端分别与霍尔传感器、陀螺仪传感器和语音模块连接。所述霍尔传感器和陀螺仪传感器分别通过信号线与嵌入式微控制器连接，通过向嵌入式微控制器反馈检测到的信号，可实时反映插秧机当前的前进速度与夹角综合信息。所述语音模块通过与嵌入式微控制器连接并及时反馈播报当前工作状态，使操作人员实时感知插秧机当前的工作状态。
具体的，所述霍尔传感器优选为沪工NPN三线常开霍尔接近开关，所述陀螺仪传感器优选为三自由度陀螺仪，所述语音模块优选为ISD4003语音模块。所述霍尔传感器、陀螺仪传感器与语音模块通过螺栓分别与插秧机的行驶后轮插植离合器箱、连杆部位、以及仪表盘实现紧固连接。所述陀螺仪传感器通过螺栓与插秧机的连杆部位水平安装，用于测量连杆平面绕X轴转动与Y轴所成夹角。
具体的，所述霍尔传感器通过螺栓与插秧机的行驶后轮插植离合器箱水平固定安装，多个磁钢安装在插秧机后轮输出轴上，N极正对霍尔传感器安装，且磁钢的N极面到霍尔传感器的距离小于10mm。当插秧机行驶时后轮转动带动安装在输出轴上的磁钢转动，而磁钢的N极面正对霍尔传感器时，霍尔传感器触发并通过外部中断I/O口向嵌入式微控制器输入高电平信号，当磁钢连续转动时，嵌入式微控制器便会记录输入的多个高电平信号的数目。嵌入式微控制器设定定时器中断，每隔一定时间触发一次，而嵌入式微控制器内的执行函数在时刻读取霍尔传感器触发的次数，也就是输入高电平的数目，并且根据如下公式计算此时时刻的速度Vi：(R为后轮半径，K为输出轴一周上的磁钢数目，t为定时器时间，n为t时间内高电平信号的数目)。
作为本实用新型的优选方案，所述嵌入式微控制器采用STM32f103RCT6型嵌入式微控制器。采用32位单片机处理的速度快，能够最大程度满足系统检测的实时性要求。
作为本实用新型的优选方案，所述霍尔传感器采用稳定性好抗干扰能力强，适合田间工作环境的沪工NPN三线常开霍尔接近开关。
作为本实用新型的优选方案，所述陀螺仪传感器采用MPU6050三自由度陀螺仪传感器，该陀螺仪与加速度计组合使用不仅得到角度变化的大小而且得到角度变化的方向，显著提高了测量的精度。
作为本实用新型的优选方案，所述电源模块分别输出12V电压给霍尔传感器、陀螺仪传感器、语音模块供电，并通过稳压器输出5V电压给嵌入式微控制器供电。
作为本实用新型的优选方案，所述霍尔传感器、陀螺仪传感器与语音模块的信号I/O均通过信号线与嵌入式微控制器1的I/O口连接。
本实用新型所提供的插秧机工作状态检测装置在分析插秧机在田间的几种工作情况可分为：1、停机装载秧苗状态；2、初始状态；3、插秧工作状态；4、转弯或行走不插秧状态；这些工作状态可以通过检测插秧机的速度和连杆部位与Y轴方向的夹角进行对比分析后获得，具体如下：
1、停机装载秧苗状态：插秧机速度为0，连杆部位与Y轴方向的夹角大于0°；
2、初始状态：插秧机速度为0，连杆部位与Y轴方向的夹角小于0°；
3、插秧工作状态：插秧机速度不为0，连杆部位与Y轴方向的夹角小于0°；
4、转弯或行走不插秧状态：插秧机速度不为0，连杆部位与Y轴方向的夹角大于0°。
本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型的所述霍尔传感器通过螺栓与插秧机的行驶后轮插植离合器箱水平固定安装，多个磁钢安装在插秧机后轮输出轴上，N极正对霍尔传感器安装，且磁钢N极面到霍尔传感器的距离小于10mm。当插秧机行驶时后轮转动带动安装在输出轴上的磁钢转动，而磁钢N极面正对霍尔传感器时，霍尔传感器触发并通过外部中断I/O口向嵌入式微控制器输入高电平信号，磁钢连续转动，嵌入式微控制器记录输入的多个高电平信号的数目。嵌入式微控制器设定定时器中断，每隔一定时间触发一次，执行函数是读取霍尔传感器触发的次数，也就是输入高电平的数目。根据公式计算此时时刻的速度Vi。当操纵插值离合器时，安装在插秧机连杆部位的陀螺仪检测到连杆平面绕X轴转动的角速度信号，输入嵌入式微控制器做离散时间积分，得到转动的角度值。通过分析可得到插秧机在田间的几种工作情况可分为：1、停机装载秧苗状态；2、初始状态；3、插秧工作状态；4、转弯或行走不插秧状态；这些工作状态可以通过分析插秧机的速度和连杆与Y轴方向的夹角后获得，如：1、停机装载秧苗状态：插秧机速度为0，连杆部位与Y轴方向的夹角大于0°；2、初始状态：插秧机速度为0，连杆部位与Y轴方向的夹角小于0°；3、插秧工作状态：插秧机速度不为0，连杆部位与Y轴方向的夹角小于0°；4、转弯或行走不插秧状态：插秧机速度不为0，连杆部位与Y轴方向的夹角大于0°；最后嵌入式微控制器通过测量的插秧机速度、连杆部件转动的角度判断插秧机的工作状态，通过语音模块进行播报。本实用新型还具有操作简便、控制逻辑清晰、系统运行稳定的优点。
与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：
(1)本实用新型所提供的插秧机工作状态检测装置通过对插秧机工作速度与插秧机连杆部位转动角度的实时监测，实现对插秧机的工作状态自动检测；并通过安装在插秧机仪表盘处的语音模块反馈播报当前状态，从而及时发现故障问题，显著提高插秧效率。
(2)本实用新型所提供的插秧机工作状态检测装置实现对插秧机工作状态的自动检测，为自动导航插秧机开始导航、结束导航提供了判断依据，可以有效辅助插秧机自动作业，从而提高插秧机工作效率；为新型智能插秧机的设计奠定基础。
附图说明
图1是本实用新型所提供的插秧机工作状态检测装置的结构示意图。
图2是本实用新型所提供的陀螺仪传感器的安装及检测示意图。
图3是本实用新型所提供的磁钢及霍尔传感器的安装结构示意图。
图4是本实用新型所提供的插秧机工作状态检测装置的控制系统结构示意图。
图5是本实用新型所提供的插秧机工作状态检测装置的检测流程图。
上述附图中的标号说明：
1-嵌入式微控制器，2-霍尔传感器，3-陀螺仪传感器，4-语音模块，5-电源模块，61-离合器箱，62-连杆部位，63-仪表盘，7-磁钢。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：
如图1至图5所示，本实用新型公开了一种插秧机工作状态检测装置，该状态检测装置主要包括嵌入式微控制器1、霍尔传感器2、陀螺仪传感器3、语音模块4、电源模块5和磁钢7。所述的嵌入式微控制器1和电源模块5均设在插秧机的座位后部，且两者相连，并且均分别与霍尔传感器2、陀螺仪传感器3、语音模块4连接。所述磁钢7安装在插秧机后轮的输出轴上。用于精确检测插秧机工作速度的霍尔传感器2安装于插秧机行驶后轮的离合器箱61上。用于测量连杆部位62与水平面夹角的陀螺仪传感器3安装于插秧机的连杆部位62上。所述语音模块4安装在插秧机的仪表盘63上。本实用新型通过对插秧机的工作速度和连杆部位62与水平面夹角进行实时检测，实现对插秧机的工作状态自动检测，并通过安装在插秧机仪表盘63处的语音模块4反馈播报当前状态，使操作人员实时感知插秧机的工作状态，当故障发生时能够及时提醒，从而显著提高插秧的效率。
具体的，所述嵌入式微控制器1设为中心控制器，其一端与电源模块5连接；另一端分别与霍尔传感器2、陀螺仪传感器3和语音模块4连接。所述霍尔传感器2和陀螺仪传感器3分别通过信号线与嵌入式微控制器1连接，通过向嵌入式微控制器1反馈检测到的信号，可实时反映插秧机当前的前进速度与夹角综合信息。所述语音模块4通过与嵌入式微控制器1连接并及时反馈播报当前工作状态，使操作人员实时感知插秧机当前的工作状态。
具体的，所述霍尔传感器2优选为沪工NPN三线常开霍尔接近开关，所述陀螺仪传感器3优选为三自由度陀螺仪，所述语音模块4优选为ISD4003语音模块4。所述霍尔传感器2、陀螺仪传感器3与语音模块4通过螺栓分别与插秧机的行驶后轮插植离合器箱61、连杆部位62、以及仪表盘63实现紧固连接。所述陀螺仪传感器3通过螺栓与插秧机的连杆部位62水平安装，用于测量连杆平面绕X轴转动与Y轴所成夹角。
具体的，所述霍尔传感器2通过螺栓与插秧机的行驶后轮插植离合器箱61水平固定安装，多个磁钢7安装在插秧机后轮输出轴上，N极正对霍尔传感器2安装，且磁钢7的N极面到霍尔传感器2的距离小于10mm。当插秧机行驶时后轮转动带动安装在输出轴上的磁钢7转动，而磁钢7的N极面正对霍尔传感器2时，霍尔传感器2触发并通过外部中断I/O口向嵌入式微控制器1输入高电平信号，当磁钢7连续转动时，嵌入式微控制器1便会记录输入的多个高电平信号的数目。嵌入式微控制器1设定定时器中断，每隔一定时间触发一次，而嵌入式微控制器1内的执行函数在时刻读取霍尔传感器2触发的次数，也就是输入高电平的数目，并且根据如下公式计算此时时刻的速度Vi：(R为后轮半径，K为输出轴一周上的磁钢7数目，t为定时器时间，n为t时间内高电平信号的数目)。
作为本实用新型的优选方案，所述嵌入式微控制器1采用STM32f103RCT6型嵌入式微控制器1。采用32位单片机处理的速度快，能够最大程度满足系统检测的实时性要求。
作为本实用新型的优选方案，所述霍尔传感器2采用稳定性好抗干扰能力强，适合田间工作环境的沪工NPN三线常开霍尔接近开关。
作为本实用新型的优选方案，所述陀螺仪传感器3采用MPU6050三自由度陀螺仪传感器3，该陀螺仪与加速度计组合使用不仅得到角度变化的大小而且得到角度变化的方向，显著提高了测量的精度。
作为本实用新型的优选方案，所述电源模块5分别输出12V电压给霍尔传感器2、陀螺仪传感器3、语音模块4供电，并通过稳压器输出5V电压给嵌入式微控制器1供电。
作为本实用新型的优选方案，所述霍尔传感器2、陀螺仪传感器3与语音模块4的信号I/O均通过信号线与嵌入式微控制器11的I/O口连接。
本实用新型所提供的插秧机工作状态检测装置在分析插秧机在田间的几种工作情况可分为：1、停机装载秧苗状态；2、初始状态；3、插秧工作状态；4、转弯或行走不插秧状态；这些工作状态可以通过检测插秧机的速度和连杆部位62与Y轴方向的夹角进行对比分析后获得，具体如下：
1、停机装载秧苗状态：插秧机速度为0，连杆部位62与Y轴方向的夹角大于0°；
2、初始状态：插秧机速度为0，连杆部位62与Y轴方向的夹角小于0°；
3、插秧工作状态：插秧机速度不为0，连杆部位62与Y轴方向的夹角小于0°；
4、转弯或行走不插秧状态：插秧机速度不为0，连杆部位62与Y轴方向的夹角大于0°。
本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型的所述霍尔传感器2通过螺栓与插秧机的行驶后轮插植离合器箱61水平固定安装，多个磁钢7安装在插秧机后轮输出轴上，N极正对霍尔传感器2安装，且磁钢7N极面到霍尔传感器2的距离小于10mm。当插秧机行驶时后轮转动带动安装在输出轴上的磁钢7转动，而磁钢7N极面正对霍尔传感器2时，霍尔传感器2触发并通过外部中断I/O口向嵌入式微控制器1输入高电平信号，磁钢7连续转动，嵌入式微控制器1记录输入的多个高电平信号的数目。嵌入式微控制器1设定定时器中断，每隔一定时间触发一次，执行函数是读取霍尔传感器2触发的次数，也就是输入高电平的数目。根据公式计算此时时刻的速度Vi。当操纵插值离合器时，安装在插秧机连杆部位62的陀螺仪检测到连杆平面绕X轴转动的角速度信号，输入嵌入式微控制器1做离散时间积分，得到转动的角度值。通过分析可得到插秧机在田间的几种工作情况可分为：1、停机装载秧苗状态；2、初始状态；3、插秧工作状态；4、转弯或行走不插秧状态；这些工作状态可以通过分析插秧机的速度和连杆与Y轴方向的夹角后获得，如：1、停机装载秧苗状态：插秧机速度为0，连杆部位62与Y轴方向的夹角大于0°；2、初始状态：插秧机速度为0，连杆部位62与Y轴方向的夹角小于0°；3、插秧工作状态：插秧机速度不为0，连杆部位62与Y轴方向的夹角小于0°；4、转弯或行走不插秧状态：插秧机速度不为0，连杆部位62与Y轴方向的夹角大于0°；最后嵌入式微控制器1通过测量的插秧机速度、连杆部件转动的角度判断插秧机的工作状态，通过语音模块4进行播报。本实用新型还具有操作简便、控制逻辑清晰、系统运行稳定的优点。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。