专利名称：基于gps的播种机变量施肥自动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种农业机械，具体是一种基于GPS的播种机变量施肥自动控制装置，由车载GPS确定播种机的田间位置，将位置信息通过串行接口传送到计算机中，计算机将数据库中的变量施肥数据与田地位置信息相结合，向变量控制驱动器发送指令，变量控制驱动器控制电控无级变速器改变播种机排肥传动系统的传动比，达到变量施肥的目的。
背景技术：
传统播种机排肥动力依靠地轮传递，排肥量的大小变化通过改变排肥传动比实现，机构复杂，变速麻烦；不能根据耕地的肥力需求自动控制施肥量的多少。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种基于GPS的播种机变量施肥自动控制装置，以解决现有技术存在的排肥量的大小变化通过改变排肥传动比实现，机构复杂，变速麻烦；不能根据耕地的肥力需求自动控制施肥量的问题。
本实用新型的技术方案是包括依次顺序连接的无线数传接收机、GPS接收机、车载计算机、变量控制驱动器和电控无级变速器，由车载的GPS接收机根据无线数传接收机接收的GPS信息确定播种机的田间位置，并将位置信息传送到计算机中，计算机将其数据库中的变量施肥数据与田地位置信息相结合，向变量控制驱动器发送指令，变量控制驱动器控制电控无级变速器改变播种机排肥传动系统的传动比，达到变量施肥的目的。
所述的变量控制驱动器包括单片机芯片及分别与其各个接口连接的串行接口电路、复位与抗干扰电路、电源稳压电路、电机驱动电路、仪表放大器电路；电源稳压电路的输入端连接有电源极性接反保护电路；仪表放大器电路通过A/D转换电路与所述的单片机连接。
所述的电控无级变速器包括无级变速器、永磁直流电动机、直线位移传感器、一对链轮及链条、丝杆、变速杆，永磁直流电动机通过一对链轮及链条带动丝杆转动，该丝杆旋入滑块的螺孔，滑块与直线位移传感器的伸缩杆连接；变速杆的一端与无级变速器的调速端连接，另一端设有沿长方向的长孔并与所述的滑块滑动连接；所述的无级变速器的动力输出端用于与播种机的排肥槽轮的轴连接。
本实用新型的有益效果是由车载GPS确定播种机的田间位置，将位置信息传送到计算机中，计算机将数据库中的变量施肥数据与田地位置信息相结合，向变量控制驱动器发送指令，变量控制驱动器控制电控无级变速器改变播种机排肥传动系统的传动比，实现远程自动控制施肥量，达到变量施肥的目的。结构简单，易于实施，大大提高了农业现代化水平。
图1是本实用新型的总体构成以及与播种机连接关系的示意图；图2是本实用新型的变量控制驱动器的电路框图；图3是图2中串行接口电路的一个实施例电路图；图4是图2中仪表放大器的实施例电路图；图5是图2中A/D转换器的实施例电路图；图6是图2中复位及抗干扰电路时序设计图；图7是本实用新型的电控无级变速器的结构示意图；图8是本实用新型应用于播种机的传动连接结构示意图。
具体实施方式
参见图1～图6，本实用新型包括依次顺序连接的无线数传接收机1、GPS接收机2、车载计算机3、变量控制驱动器4和电控无级变速器5，由车载的GPS接收机2根据无线数传接收机1接收的GPS信息确定播种机的田间位置，并将位置信息通过串行接口传送到计算机3中，计算机3将其数据库中的变量施肥数据与田地位置信息相结合，向变量控制驱动器4发送指令，变量控制驱动器4控制电控无级变速器5改变播种机链传动系统7的传动比，调整播种机排肥槽轮8的转速，从而达到变量施肥的目的。播种机地轮6是驱动排肥槽轮8的原动力。
参见图2，变量控制驱动器4的核心为单片机控制电路，单片机控制电路由AT89C51单片机芯片41、串行接口电路42、复位与抗干扰电路43、电源稳压电路44、电源极性接反保护电路45、电机驱动电路46、电压基准电路47、仪表放大器电路48、A/D转换电路49等组成。单片机芯片41通过串行接口电路42与GPS接收机2的输出端连接，以接受来自GPS系统的播种机所在位置信息；复位与抗干扰电路43和电源稳压电路44分别与单片机芯片41的对应接口连接，电源稳压电路44的输入端连接有电源极性接反保护电路45；单片机芯片41的一个输出接口通过电机驱动电路46去驱动控无级变速器5中的直流电动机51(参见图7)；仪表放大器电路48通过A/D转换电路49与所述的单片机41的一个接口连接。
变量控制驱动器4的工作原理是串行通讯芯片MAX232内部有一个电源电压转换器，可以把输入的+5V电压变换为RS 232输出电平所需的-10～+10V电压。
农业播种工作环境比较恶劣，为了防止由于程序跑飞和电源和故障引起的工作不正常，设计了看门狗电路。电路采用MAX813L芯片，具有系统复位、看门狗定时输出、电源电压监测等功能。
A/D转换器选用MAX153，可直接和微机数据总线相连。
安装在变速机构上的电位器将位移变换为电压信号。
位移传感器和A/D转换电路MAX153之间加了一级具有缓冲隔离作用的仪表放大器AD623。
由于AD623被设计为驱动10kΩ或10kΩ以上的负载，所以在与一般A/D转换器相连时需要中间放大器，本系统中采用美国MAXIM公司出品的高性能8位A/D转换芯片MAX153，其模拟通道的输人电阻被设计为大于12.5kΩ，因而可直接相连。
无级变速器传动比信号经位移传感器转换为电压信号，经A/D转换电路进入单片机，ICL232转换芯片将单片机的数字信号经P3.0，P3.1口，由串行通讯到机载计算机。通讯分为发送和接收，单片机端采用查询方式将反馈电压经过A/D转换后，立即进行处理，取算术平均值，然后将平均值发送到机载计算机，单片机采用中断方式接收计算机发送来的信息。机载计算机收到单片机的信号后与地理信息系统数据库中的施肥量比较，利用二者的差值来控制电机的转速。
图3是本实用新型变量控制驱动器4中的串行接口电路42的一个实施例电路图，采用MAX232接口集成电路，采用常规连接方式与单片机41连接。
图4是本实用新型变量控制驱动器4中的仪表放大器49的实施例电路图，采用AD623型放大电路，连接为常规的反馈电路，并通过图5所示的MAX153仪表A/D转换器电路与单片机41(89C51)常规连接。
图6是本实用新型变量控制驱动器4中的复位及抗干扰电路43的时序设计图，复位及抗干扰电路43采用813L看门狗集成电路按照常规连接。在1.6s内WDI端没有收到来自MPU/MCU的触发信号，并且WDI处于非高阻态，则WDO输出变低。只要复位信号有效或WDI输入高阻，则看门狗定时器功能就被禁止，且保持清零和不计时状态。复位信号的产生会被禁止定时器，可一旦复位信号撤消并且WDI输入端检测到短至50ns的低电平或高电平跳变，定时器将开始1.6s的计时，即WDI端的跳变会清零定时器并启动一次新的计时周期。
参见图7，所述的电控无级变速器5由无级变速器52、永磁直流电动机51、直线位移传感器53、一对链轮及链条54、丝杆55、变速杆56构成。丝杆55转动支撑在无级变速器52的外壳上，永磁直流电动机51通过一对链轮及链条54带动丝杆55转动，在该丝杆上设有滑块57，滑块57的螺孔旋入丝杆55，滑块57与直线位移传感器53的伸缩杆531连接；变速杆56的下端与无级变速器的调速端连接，变速杆56的另一端设有沿长方向的长孔561，该长孔561与所述的滑块57滑动连接。所述的无级变速器52设有动力输出端521用于与播种机的排肥槽轮的轴连接，无级变速器52的输入端通过传动系统(参见图8)与播种机的地轮传动连接。
所述的永磁直流电动机51采用12伏60瓦汽车永磁刮水电机，直线位移传感器53采用WDL型直滑式导电塑料电位器，无级变速器52为三相凸轮式结构，传动比为0～39.7。电动机51在变量控制器的控制下，可以通过链轮54带动丝杆55正转、反转或停止，丝杆55通过滑块57带动前后摆动，变速杆56改变凸轮的位置，达到改变无级变速器52传动比的目的。
无级变速器52上安装有变速杆位置反馈装置，位置反馈装置是一个直线位移传感器53。当机载工控机向变量控制器输入变量指令后，电动机51带动丝杆55转动，通过变速杆56调整无级变速器52的传动比，通过反馈传感器反馈调整位置，如果达到调整要求，变量控制器控制电动机停止转动，完成传动比的调整工作。
参见图8，本实用新型在应用时，其电控无级变速器5的无级变速器52的输入端522与播种机链传动系统7的输出轴连接。该播种机链传动系统7由三对链轮Z1～Z6和相应的连接轴组成，第一对链轮Z1和Z2通过链条相互传动连接，链轮Z1的轴与播种机地轮6同轴连接，地轮6为普通车辆行走轮，是排肥系统原动力。第二对链轮Z3和Z4通过链条相互传动连接，链轮Z3与Z2同轴连接。第三对链轮Z5和Z6通过链条相互传动连接，链轮Z4与Z5同轴连接，Z6的轴与无级变速器52的输入端522连接。地轮6在行走时通过链传动系统7驱动无级变速器52转动，无级变速器52动力输出轴521驱动排肥槽轮的轴转动。播种机排肥槽轮播种机上施肥器的常规部件，是一种在圆柱表面均布有凹槽的排肥器，槽轮转动时，凹槽内肥料随槽轮转动，经过排肥口时排出肥料。改变排肥轴的转速，可以改变其排肥量。
权利要求1.一种基于GPS的播种机变量施肥自动控制装置，其特征在于包括依次顺序连接的无线数传接收机、GPS接收机、车载计算机、变量控制驱动器和电控无级变速器，由车载的GPS接收机根据无线数传接收机接收的GPS信息确定播种机的田间位置，并将位置信息传送到计算机中，计算机将其数据库中的变量施肥数据与田地位置信息相结合，向变量控制驱动器发送指令，变量控制驱动器控制电控无级变速器改变播种机排肥传动系统的传动比，达到变量施肥的目的。
2.根据权利要求1所述的基于GPS的播种机变量施肥自动控制装置，其特征在于所述的变量控制驱动器包括单片机芯片及分别与其各个接口连接的串行接口电路、复位与抗干扰电路、电源稳压电路、电机驱动电路、仪表放大器电路；电源稳压电路的输入端连接有电源极性接反保护电路；仪表放大器电路通过A/D转换电路与所述的单片机连接。
3.根据权利要求1所述的基于GPS的播种机变量施肥自动控制装置，其特征在于所述的电控无级变速器包括无级变速器、永磁直流电动机、直线位移传感器、一对链轮及链条、丝杆、变速杆，永磁直流电动机通过一对链轮及链条带动丝杆转动，该丝杆旋入滑块的螺孔，滑块与直线位移传感器的伸缩杆连接；变速杆的一端与无级变速器的调速端连接，另一端设有沿长方向的长孔并与所述的滑块滑动连接；所述的无级变速器的动力输出端用于与播种机的排肥槽轮的轴连接。
专利摘要一种基于GPS的播种机变量施肥自动控制装置，包括依次顺序连接的无线数传接收机、GPS接收机、车载计算机、变量控制驱动器和电控无级变速器，由车载的GPS接收机根据无线数传接收机接收的GPS信息确定播种机的田间位置，并将位置信息传送到计算机中，计算机将其数据库中的变量施肥数据与田地位置信息相结合，向变量控制驱动器发送指令，后者控制电控无级变速器改变播种机排肥传动系统的传动比，达到变量施肥的目的。本实用新型的有益效果是能够通过现有的GPS确定播种机的田间位置，实现远程自动控制施肥量，达到变量施肥的目的。结构简单，易于实施，大大提高了农业现代化水平。
文档编号A01C7/20GK2891622SQ200520130179
公开日2007年4月25日 申请日期2005年10月27日 优先权日2005年10月27日
发明者王熙, 庄卫东, 赵军, 王智敏 申请人:王熙