专利名称：一种免耕播种机播种量的控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种农业机械装备在线检测技术，特别是一种免耕播种机播种量的精准控制方法及装置。
背景技术：
播种是农业生产中的重要环节，是保证丰产丰收的基础。解决的技术问题是针对免耕播种机的播种量精准控制，如实现玉米点播变粒距精准控制，可以实现单粒、等距离播种，精准播种可以大量节省优良种子。播种每亩玉米可节约2. 5-3kg ；棉花可节约5kg ；大豆可节约1. 5kg ；谷子可节约0. 31kg。精密播种可节省间苗工时或完全省去间苗工序，作物苗勻、苗齐、苗壮，幼苗通风透光，营养面积合理，植株个体发育健壮，群体长势均衡，增产效果显著，社会经济效益较好。播种机防漏播监测技术通常采用红外光感对管作为监视传感器，在种子有规律地通过排种管时，遮断红外光束，使光电转换装置输出电脉冲信号，有规律地闪烁，显示屏工作并累计播种量，当播种机一行或数行发生排种口卡种时，或者当开沟器一行或数行发生堵塞时，脉冲信号输送给各播种行的故障信号指示，发出光、声信号，显示故障性质及部位， 扬声器发出报警声。但是光电法在田间作业条件下极不可靠，很容易被灰尘污染，导致失灵。专利号为“ZL200920068712. 1”，名称为“水稻播种机的播种量调节机构”的中国实
用新型专利公开的播种量调节机构，在播种机上采用了联动机构，可实现排种量的同步调整，这种通过电机或液压马达驱动排种机构的控制方法，能够实现播种量和施肥量的开环控制，但实际的播种量精度较低不能满足实际应用要求。如何有效地对免耕播种机播种量进行闭环精准控制，是精准农业控制领域中亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥的免耕播种机播种量的控制方法及装置。为了实现上述目的，本发明提供了一种免耕播种机播种量的控制方法，用于精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥的免耕播种机播种量的控制，其中，包括如下步骤a、加载播种机作业区域的数字信息步骤在播种机的车载计算机上装载所述播种机作业区域的数字地图、给定作业处方图、亩播种量和亩施肥量；b、变量播种反馈步骤通过安装在播种机上的重量信号采集装置分别获得播种机种箱、肥箱、排种管及排肥管的重量信息，通过安装在播种机上的速度信号采集装置获得所述播种机的行走速度信息，并通过车载信号处理电路将所述重量信息及所述行走速度信息送入车载计算机；C、获取实时位置坐标信息步骤车载计算机通过车载GPS定位导航系统获得播种机所在位置的实时坐标信息；d、按处方图精准施肥控制步骤车载计算机将所述重量信息、所述行走速度信息及所述实时坐标信息与所述播种机作业区域的数字信息比较，得到播种机所在位置处按处方图的播种量和施肥量数据调整信息，并通过车载信号处理电路将该按处方图的播种量和施肥量数据调整信息分别传输到所述播种机的排种控制装置及排肥控制装置以实现变量播种和变量施肥。上述的免耕播种机播种量的控制方法，其中，还包括e、漏播和重播检测步骤通过同时测量种子和肥料在所述种箱的排种管和排肥管的电容值，再根据瞬时质量流量公式推导计算所述种子和肥料的瞬时流量以检测是否有漏
播和重播。上述的免耕播种机播种量的控制方法，其中，所述步骤e包括el、利用分别安装在所述排种管及所述排肥管的电容信号采集装置获得通过所述排种管和排肥管的种子和肥料的电容量数据信息；e2、通过车载信号处理电路将所述电容量数据信息送入车载计算机；e3、车载计算机根据所述电容量数据信息计算出所述种子和肥料的瞬时流量，对比该瞬时流量与所述播种机所在位置处的所述播种机作业区域的数字信息中的播种量和施肥量数据信息，判断播种机是否漏播或重播；e4、输出上述判断结果。上述的免耕播种机播种量的控制方法，其中，所述步骤e还包括e5、报警步骤若所述判断结果为是，则通过车载计算机的报警模块发出漏播或重
播的报警信息。上述的免耕播种机播种量的控制方法，其中，计算所述种子和肥料的瞬时流量的公式如下Q = 10. 275934C-16. 66165其中，C为电容累积量，单位pf ；Q为排种量。为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种免耕播种机播种量的控制装置， 用于精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥的免耕播种机播种量的控制，其中，包括安装在播种机上的车载计算机、车载GPS定位导航系统、变量播种反馈装置和精准施肥控制装置，所述车载计算机上装载有播种机作业区域的数字信息，所述车载GPS定位导航系统、所述变量播种反馈装置及所述精准施肥控制装置分别通过车载信号处理电路与所述车载计算机连接。上述的免耕播种机播种量的控制装置，其中，所述变量播种反馈装置包括重量信号采集装置和行走速度信号采集装置，所述精准施肥控制装置包括排种控制装置及排肥控制装置，所述播种机作业区域的数字信息包括播种机作业区域的数字地图、给定作业处方图、亩播种量和亩施肥量，所述重量信号采集装置分别与所述播种机的种箱和肥箱连接，所述行走速度信号采集装置设置在所述播种机的驱动轮轴上，所述排种控制装置与所述种箱的排种轴连接，所述排肥控制装置与所述肥箱的排肥轴连接。上述的免耕播种机播种量的控制装置，其中，所述变量播种反馈装置还包括用于所述播种机的漏播和重播检测的电容信号采集装置，所述电容信号采集装置分别设置在所述播种机的种箱与肥箱上，所述电容信号采集装置通过车载信号处理电路与所述车载计算机连接。上述的免耕播种机播种量的控制装置，其中，所述车载计算机包括上位机和下位机控制器，所述上位机分别与所述车载GPS定位导航系统和所述下位机控制器连接，所述播种机作业区域的数字信息装载在所述上位机里，所述下位机控制器分别与所述重量信号采集装置、所述行走速度信号采集装置、所述排种控制装置及所述排肥控制装置连接。上述的免耕播种机播种量的控制装置，其中，所述排种控制装置包括排种电机控制器和排种伺服电机，所述排种电机控制器分别与所述下位机控制器和所述排种伺服电机连接，所述排种伺服电机与所述种箱的排种轴连接，所述排肥控制装置包括排肥电机控制器和排肥伺服电机，所述排肥电机控制器分别与所述下位机控制器和所述排肥伺服电机连接，所述排肥伺服电机与所述种箱的排肥轴连接。本发明的技术效果在于1、播种机在田间进行播种作业时，支撑种箱的一对压力传感器适时检测种箱内种子的重量，转速传感器实施给出播种机行走的速度，根据事先设定好的播种量，对照当前播种量，可对排种轴转速进行实时反馈调整；2、本发明采用电容法进行漏播和重播检测，即简单、实用，又可靠。本发明为解决玉米免耕播种机播种量精准控制问题提供了一条有效途径，相应的测量控制装置具有结构简单、易安装等优点。本发明使用变量控制技术的玉米免耕播种机，玉米点播粒距从IOcm到20cm可调， 肥料的施用，能根据作业处方图进行施肥，控制精度达5%。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为本发明的方法流程图；图2为本发明一实施例的的控制系统框图；图3为本发明一实施例的装置结构框图；图4为本发明一实施例的装置结构示意图。其中，附图标记1车载计算机
11上位机
12下位机控制器
2车载GPS定位导航系统
3变量播种反馈装置
31重量信号采集装置
32行走速度信号采集装置
33电容信号采集装置
4精准施肥控制装置
41排种控制装置
411排种电机控制器
412排种伺服电机
42排肥控制装置
421排肥电机控制器
422排肥伺服电机
7播种机
71种箱
712排种轴
72肥箱
722排肥轴
73驱动轮轴
8车载信号处理电路
10播种机作业区域的数字信息
a e步骤
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述播种量多少对农作物产量和质量影响极大；施肥量的多少，不但影响农作物产量和质量，还对环境和水资源有极其重要的影响。本发明利用基于称重法和电容法的检测技术和利用电机的反馈控制技术，根据播种和施肥作业处方图，实现精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥，实现在节约种子和肥料的基础上，提高作物产量和质量，同时减少环境污染。参见图1，图1为本发明的方法流程图。本发明的免耕播种机播种量的控制方法， 用于精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥的免耕播种机播种量的控制，包括如下步骤a、加载播种机作业区域的数字信息步骤在播种机的车载计算机上装载所述播种机作业区域的数字地图、给定作业处方图、亩播种量和亩施肥量；b、变量播种反馈步骤通过安装在播种机上的重量信号采集装置分别获得播种机种箱、肥箱、排种管及排肥管的重量信息，通过安装在播种机上的速度信号采集装置获得所述播种机的行走速度信息，并通过车载信号处理电路将所述重量信息及所述行走速度信息送入车载计算机；C、获取实时位置坐标信息步骤车载计算机通过车载GPS定位导航系统获得播种机所在位置的实时坐标信息；d、按处方图精准施肥控制步骤车载计算机将所述重量信息、所述行走速度信息及所述实时坐标信息与所述播种机作业区域的数字信息比较，得到播种机所在位置处按处方图的播种量和施肥量数据调整信息，播种量和施肥量处方图给出了各坐标点所需要的播种量和施肥量，对比当前播种机的播种量和施肥量，当前播种量和施肥量减掉处方图上所需的播种量和施肥量，即为播种机所在位置处按处方图的播种量和施肥量数据调整信息， 通过车载信号处理电路将该按处方图的播种量和施肥量数据调整信息分别传输到所述播种机的排种控制装置及排肥控制装置以实现变量播种和变量施肥。其中，本方法还可包括e、漏播和重播检测步骤通过同时测量种子和肥料在所述种箱的排种管和排肥管的电容值，再根据瞬时质量流量公式推导计算所述种子和肥料的瞬时流量以检测是否有漏
播和重播。该步骤e包括el、利用分别安装在所述排种管及所述排肥管的电容信号采集装置获得通过所述排种管和排肥管的种子和肥料的电容量数据信息；e2、通过车载信号处理电路将所述电容量数据信息送入车载计算机；e3、车载计算机根据所述电容量数据信息计算出所述种子和肥料的瞬时流量，对比该瞬时流量与所述播种机所在位置处的所述播种机作业区域的数字信息中的播种量和施肥量数据信息，判断播种机是否漏播或重播；e4、输出上述判断结果。所述步骤e还可包括e5、报警步骤若所述判断结果为是，则通过车载计算机的报警模块发出漏播或重
播的报警信息。其中，计算所述种子和肥料的瞬时流量的公式如下Q = 10. 275934C-16. 66165其中，C为电容累积量，单位pf ；Q为排种量。参见图2、图3及图4，图2为本发明一实施例的的控制系统框图，图3为本发明一实施例的装置结构框图，图4为本发明一实施例的装置结构示意图。本发明的免耕播种机播种量的控制装置，用于精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥的免耕播种机播种量的控制，包括安装在播种机7上的车载计算机1、车载GPS定位导航系统2、变量播种反馈装置3和精准施肥控制装置4，所述车载计算机1上装载有播种机作业区域的数字信息10，所述车载GPS定位导航系统2、所述变量播种反馈装置3及所述精准施肥控制装置4分别通过车载信号处理电路8与所述车载计算机1连接。所述变量播种反馈装置3包括重量信号采集装置31和行走速度信号采集装置32， 所述精准施肥控制装置4包括排种控制装置41及排肥控制装置42，所述播种机作业区域的数字信息10包括播种机作业区域的数字地图、给定作业处方图、亩播种量和亩施肥量，所述重量信号采集装置31分别与所述播种机7的种箱71和肥箱72连接，所述行走速度信号采集装置32设置在所述播种机7的驱动轮轴73上，所述排种控制装置41与所述种箱71 的排种轴连接，所述排肥控制装置42与所述肥箱72的排肥轴连接。本发明的装置还可包括用于所述播种机7的漏播和重播检测的电容信号采集装置33，所述电容信号采集装置33分别设置在所述播种机7的种箱71与肥箱72上，所述电容信号采集装置33通过车载信号处理电路8与所述车载计算机1连接。所述车载计算机1包括上位机11和下位机控制器12，所述上位机11分别与所述车载GPS定位导航系统2和所述下位机控制器12连接，所述播种机作业区域的数字信息 10 (即播种机作业区域的数字地图、给定作业处方图、亩播种量和亩施肥量)装载在所述上位机11里，所述下位机控制器12分别与所述重量信号采集装置31、所述行走速度信号采集装置32、所述排种控制装置41及所述排肥控制装置42连接。所述下位机控制器12还与所述电容信号采集装置33连接。所述排种控制装置41包括排种电机控制器411和排种伺服电机412，所述排种电机控制器411分别与所述下位机控制器12和所述排种伺服电机412连接，所述排种伺服电机412与所述种箱71的排种轴712连接，所述排肥控制装置42包括排肥电机控制器421 和排肥伺服电机422，所述排肥电机控制器421分别与所述下位机控制器12和所述排肥伺服电机422连接，所述排肥伺服电机422与所述种箱71的排肥轴722连接。参见图2，本实施例中，在播种机7上安装车载GPS定位导航系统2、排种管和配肥管检测传感器(本实施例中为在种箱71的排种管和排肥管上安装压力传感器和电容传感器)、种箱和肥箱重量传感器、排种轴和排肥轴转速控制电机、控制电路等装置，在排种管和排肥管上安装压力传感器作为重量信号采集装置3，安装电容传感器作为电容信号采集装置9。检测适时播种量和施肥量，上位机11接收采集信息并与期望的播种量和施肥量对照，计算偏差，根据车辆行走速度，输出排种轴、排肥轴期望转速，控制电机实现变量播种和变量施肥。在上位机11上装载作业区域的数字地图，给定作业处方图，输入亩播种量和亩施肥量，连接车载GPS定位导航系统2，下位机控制器12等。下位机控制器12采集播种机7 的行走速度(本实施例中该行走速度信号采集装置4采用霍尔传感器)、种箱71和肥箱72 的压力传感器数据、排种管和排肥管压力传感器数据以及排种管和排肥管电容量数据，经处理后传输到上位机11。上位机11同时从车载GPS定位导航系统2获取免耕播种机所在位置的坐标信息，结合作业处方图和每亩的给定播种量和施肥量，通过CAN总线将播种机7 所在位置处的所需播种量和施肥量数据传输到下位机控制器12。下位机控制器12通过D/ A输出端将控制信号传输到排种电机控制器411、排肥电机控制器421，控制排种伺服电机 412、排肥伺服电机422转动，带动排种轴712和排肥轴722按给定转速转动，从而实现变量播种和施肥。土壤类型、养分、墒情和地形在田间分布存在差异，为了使整块田出苗整齐、茁壮生长，需要在播种时对播种机7进行定位，根据播种处方图，通过嵌入式控制器或机载计算机1随时调整下种量，实现变量播种。由于排种量的多少是由地区、季节的不同决定的； 排肥量的多少，是根据土壤肥力分布的不同，根据土壤养分对肥料的需求适时调整的，所以排种和排肥，需要两套不同的控制装置进行控制，即分别由排种控制装置41和排肥控制装置42对种箱71和肥箱72进行控制。对每一种箱71和肥箱72，由于土壤养分的差异，经过适时分析土壤肥力，也应当为不同的控制装置。在控制精度不太高的情况下，可以两个种箱 71采用同一套排种控制装置41，两个肥箱72采用同一套排肥控制装置42。土壤养分存在明显的变异是变量施肥研究的出发点和依据。根据车载GPS定位导航系统2接收到的位置信息实时读取施肥处方图信息，通过变量控制系统调节施肥量。机载计算机可以显示农田电子地图，以及机器前进速度和单位面积实际施肥量等参数。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种免耕播种机播种量的控制方法，用于精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥的免耕播种机播种量的控制，其特征在于，包括如下步骤a、加载播种机作业区域的数字信息步骤在播种机的车载计算机上装载所述播种机作业区域的数字地图、给定作业处方图、亩播种量和亩施肥量；b、变量播种反馈步骤通过安装在播种机上的重量信号采集装置分别获得播种机种箱、肥箱、排种管及排肥管的重量信息，通过安装在播种机上的速度信号采集装置获得所述播种机的行走速度信息，并通过车载信号处理电路将所述重量信息及所述行走速度信息送入车载计算机；C、获取实时位置坐标信息步骤车载计算机通过车载GPS定位导航系统获得播种机所在位置的实时坐标信息；d、按处方图精准施肥控制步骤车载计算机将所述重量信息、所述行走速度信息及所述实时坐标信息与所述播种机作业区域的数字信息比较，得到播种机所在位置处按处方图的播种量和施肥量数据调整信息，并通过车载信号处理电路将该按处方图的播种量和施肥量数据调整信息分别传输到所述播种机的排种控制装置及排肥控制装置以实现变量播种和变量施肥。
2.如权利要求1所述的免耕播种机播种量的控制方法，其特征在于，还包括e、漏播和重播检测步骤通过同时测量种子和肥料在所述种箱的排种管和排肥管的电容值，再根据瞬时质量流量公式推导计算所述种子和肥料的瞬时流量以检测是否有漏播和重播。
3.如权利要求2所述的免耕播种机播种量的控制方法，其特征在于，所述步骤e包括 el、利用分别安装在所述排种管及所述排肥管的电容信号采集装置获得通过所述排种管和排肥管的种子和肥料的电容量数据信息；e2、通过车载信号处理电路将所述电容量数据信息送入车载计算机； e3、车载计算机根据所述电容量数据信息计算出所述种子和肥料的瞬时流量，对比该瞬时流量与所述播种机所在位置处的所述播种机作业区域的数字信息中的播种量和施肥量数据信息，判断播种机是否漏播或重播； e4、输出上述判断结果。
4.如权利要求3所述的免耕播种机播种量的控制方法，其特征在于，所述步骤e还包括e5、报警步骤若所述判断结果为是，则通过车载计算机的报警模块发出漏播或重播的报警信息。
5.如权利要求2所述的免耕播种机播种量的控制方法，其特征在于，计算所述种子和肥料的瞬时流量的公式如下Q = 10. 275934C-16. 66165 其中，C为电容累积量，单位pf ； Q为排种量。
6.一种免耕播种机播种量的控制装置，用于精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥的免耕播种机播种量的控制，其特征在于，包括安装在播种机上的车载计算机、车载GPS 定位导航系统、变量播种反馈装置和精准施肥控制装置，所述车载计算机上装载有播种机作业区域的数字信息，所述车载GPS定位导航系统、所述变量播种反馈装置及所述精准施肥控制装置分别通过车载信号处理电路与所述车载计算机连接。
7.如权利要求6所述的免耕播种机播种量的控制装置，其特征在于，所述变量播种反馈装置包括重量信号采集装置和行走速度信号采集装置，所述精准施肥控制装置包括排种控制装置及排肥控制装置，所述播种机作业区域的数字信息包括播种机作业区域的数字地图、给定作业处方图、亩播种量和亩施肥量，所述重量信号采集装置分别与所述播种机的种箱和肥箱连接，所述行走速度信号采集装置设置在所述播种机的驱动轮轴上，所述排种控制装置与所述种箱的排种轴连接，所述排肥控制装置与所述肥箱的排肥轴连接。
8.如权利要求7所述的免耕播种机播种量的控制装置，其特征在于，所述变量播种反馈装置还包括用于所述播种机的漏播和重播检测的电容信号采集装置，所述电容信号采集装置分别设置在所述播种机的种箱与肥箱上，所述电容信号采集装置通过车载信号处理电路与所述车载计算机连接。
9.如权利要求7或8所述的免耕播种机播种量的控制装置，其特征在于，所述车载计算机包括上位机和下位机控制器，所述上位机分别与所述车载GPS定位导航系统和所述下位机控制器连接，所述播种机作业区域的数字信息装载在所述上位机里，所述下位机控制器分别与所述重量信号采集装置、所述行走速度信号采集装置、所述排种控制装置及所述排肥控制装置连接。
10.如权利要求9所述的免耕播种机播种量的控制装置，其特征在于，所述排种控制装置包括排种电机控制器和排种伺服电机，所述排种电机控制器分别与所述下位机控制器和所述排种伺服电机连接，所述排种伺服电机与所述种箱的排种轴连接，所述排肥控制装置包括排肥电机控制器和排肥伺服电机，所述排肥电机控制器分别与所述下位机控制器和所述排肥伺服电机连接，所述排肥伺服电机与所述种箱的排肥轴连接。
全文摘要
一种免耕播种机播种量的控制方法及装置，用于精少量播种和按土地肥量需求进行精准施肥的免耕播种机播种量的控制，该方法包括如下步骤a、加载播种机作业区域的数字信息步骤；b、变量播种反馈步骤；c、获取实时位置坐标信息步骤；d、按处方图精准施肥控制步骤。该装置包括安装在播种机上的车载计算机、车载GPS定位导航系统、变量播种反馈装置和精准施肥控制装置，所述车载计算机上装载有播种机作业区域的数字信息，所述车载GPS定位导航系统、所述变量播种反馈装置及所述精准施肥控制装置分别通过车载信号处理电路与所述车载计算机连接。
文档编号A01C7/00GK102385318SQ20101026933
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者周利明, 张俊宁, 张小超, 李长荣, 苑严伟 申请人:中国农业机械化科学研究院