一种联合收获机缷粮监控装置与控制方法与流程

本发明涉及农业收获机械设备技术领域，具体涉及一种联合收获机缷粮监控装置与控制方法。

背景技术：

近年来，随着我国农业收获机械的推广，谷物联合收获机越来越多的用于抢农时，提高劳动效率、增产与增收。谷物联合收获机的工作过程一般是进行收割作业的同时，对谷物进行脱粒作业，并将脱粒后得到的谷物籽粒暂存到联合收获机上的粮箱内，待粮箱内粮食装满再对其进行统一卸载，大大的提高了作业效率，但是由于现有粮箱均为不透明金属加工制造，在缷粮过程中无法用肉眼直接观察粮箱内粮食剩余数量，通常依靠操作员的个人经验或人工查看的方式进行判断，不可避免的会出现卸粮不足的问题，从而造成不必要的粮食损失，甚至引发意外事故造成人身安全问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本申请的目的在于提供一种联合收获机缷粮监控装置与方法，解决联合收获缷粮过程中粮箱内粮食剩余状况的监控问题，降低谷物收获过程中的缷粮不足问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种联合收获机缷粮监控装置，包括:

若干对光电传感器，其至少设置在粮箱的上下和左右两侧；

单片机，其输入端通过一传感器电路连接至所述光电传感器的输出端，所述单片机的输出端连接用于显示所述粮箱内当前粮食高度值的显示器；

发动机控制器，其输入端连接所述单片机输出端，所述发动机控制器通过一发动机驱动电路连接发动机，所述发动机的输出端与出谷搅龙驱动机构相连接，所述出谷搅龙驱动机构的输出端与出谷搅龙相连接。

优选的，所述单片机的输出端连接一报警电路和多个发光二极管，所述报警电路输出端连接一蜂鸣器。

优选的，还包括一手动控制器，其安装于驾驶室内，所述手动控制器与所述发动机控制器连接，所述手动控制器上设置有用于切换控制模式的按键。

优选的，所述粮箱左右两侧间隔安装两对所述光电传感器，第一对所述光电传感器安装于粮箱高度的50％相对位置处，第二对所述光电传感器安装于粮箱高度的20％相对位置处；所述粮箱上下两侧相对安装有第三对所述光电传感器，第三对所述光电传感器与所述粮箱左侧的距离为1/3粮箱长度。

优选的，每对所述光电传感器包括发射器和接收器两部分，所述发射器和接收器相对安装在联合收获机粮箱的左右两端以及上下两端，所述接收器的输出端连接至所述单片机的输入端。

优选的，所述发射器固定安装在一直线驱动机构上，所述直线驱动机构安装在所述粮箱外侧壁上；所述直线驱动机构包括：

驱动电机；

一对导轨，其分列在所述驱动电机两侧，两侧的所述导轨平行间隔设置，所述发射器架设在两侧的所述导轨上，所述发射器的出射面朝向两侧所述导轨之间的底部；

导向杆，其设置在第一个导轨的内侧端，所述导向杆与所述导轨平行设置；

丝杆，其设置在第二个导轨的内侧端，所述丝杆与所述导向杆平行间隔设置，所述丝杆与所述驱动电机的输出轴连接；以及

透明滑块，其宽度方向第一端设置在所述导向杆上，所述透明滑块宽度方向第二端设置在所述丝杆上，所述透明滑块的高度低于所述导轨顶部的高度，所述透明滑块长度方向一端上表面凸出设置有一第一刷条，所述第一刷条的长度方向垂直于所述导轨的长度方向，所述第一刷条的长度不小于所述出射面的宽度，所述第一刷条的顶部高度与所述发射器的底部高度一致，所述透明滑块活动设置在所述发射器的底部。

优选的，所述发射器所在位置处的所述粮箱侧壁上贯穿开设一开口，所述开口位于两侧所述导轨之间，且所述开口的宽度小于两侧所述导轨之间的距离，所述开口与所述出射面对准，所述发射器透过所述开口照射至所述粮箱内部，所述透明滑块的长度不小于所述开口的长度。

优选的，靠近所述驱动电机一侧的所述开口前端横向设置一第二刷条，所述第二刷条与第一刷条平行设置，所述第二刷条两端固定在两侧所述导轨的内侧壁底部位置，所述发射器前端横向设置一第三刷条，所述第三刷条与第二刷条间隔对应设置，所述透明滑块卡设在所述第三刷条与第二刷条之间，所述第一刷条位于所述第三刷条的后侧端。

一种联合收获机缷粮控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过安装于驾驶室内的按键选择控制模式，将手动控制模式的优先级设置成高于自动控制模式的优先级；

步骤二、在手动模式下，通过手动控制器直接控制发动机控制器，控制发动机的供油或断油，进而通过出谷搅龙驱动机构控制出谷搅龙的作业与停止，实现联合收获机手动控制缷粮；

步骤三、在自动模式下，单片机接收联合收获机粮箱上三对光电传感器的粮食高度信号，并将粮食高度信号与事先设定的阈值进行逻辑运算，将运算结果发送给发动机控制器，由发动机控制器控制发动机的供油或断油，进而通过出谷搅龙驱动机构控制出谷搅龙的作业与停止，实现联合收获机自动化缷粮；

其中，当手动模式切换到自动模式时，自动复位将发动机断油，复位完成后发动机再根据单片机接收到的信息自动供油或断油。

优选的，当粮箱内粮食高度下降到粮箱高度的50％时，控制驾驶室内的1个发光二级管以1000ms的间隔闪烁；当粮箱内粮食高度下降到粮箱高度的20％时，控制驾驶室内的2个发光二级管同时以500ms的间隔闪烁；当粮箱内粮食高度与粮箱底部齐平时，控制驾驶室内的3个发光二级管同时以100ms的间隔闪烁，同时报警电路驱动蜂鸣器发出报警声，提示操作员粮箱内粮食的剩余情况。

本发明至少包括以下有益效果：

1、采用本发明的使用者可以随时对联合收获机粮箱内的粮箱剩余状态进行监控，能够自动控制联合收获机缷粮操作的作业与停机，防止缷粮不足，保证及时卸粮，减少不必要的粮食损失以及可能造成的人员伤亡，提高谷物联合收割机的工作效率和安全性；

2、通过设置多个清扫装置，对光电传感器的探测路径进行清扫，避免因探测路径被挡而无法有效探测粮食高度，同时提高光电传感器的探测精度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1：本控制方法流程图；

图2：本发明单片机引脚连接简略图；

图3：粮箱结构示意图；

图4：图3中局部a的结构示意图；

图5：直线驱动机构的安装结构俯视图；

图6：光电传感器的安装位置结构示意图；

图7：透明滑块与光电传感器的装配初始位置示意图；

图8：透明滑块完全覆盖在发射器底部时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-8所示，一种联合收获机缷粮监控装置，包括出谷搅龙4、发动机2、发动机控制器、控制发动机启动和停止的控制电路、光电传感器、出谷搅龙驱动机构3、单片机、显示器、发光二极管、报警电路、粮箱1、控制器、蜂鸣器等。

若干对光电传感器至少设置在粮箱1的上下和左右两侧，每对所述光电传感器包括发射器和接收器两部分，所述发射器和接收器相对安装在联合收获机粮箱1的左右两端以及上下两端，所述接收器的输出端连接至所述单片机的输入端。

具体的，在所述粮箱1左右两侧间隔安装两对所述光电传感器，第一对所述光电传感器安装于粮箱1高度的50％相对位置处，第二对所述光电传感器安装于粮箱1高度的20％相对位置处；所述粮箱1上下两侧相对安装有第三对所述光电传感器，第三对所述光电传感器与所述粮箱1左侧的距离为1/3粮箱1长度。

第一对所述光电传感器包括发射器1a和接收器1b，发射器1a设置在粮箱1高度的50％位置处的左外侧壁上，接收器1b设置在与发射器1a对应位置处的粮箱1右外侧壁上，接收器1b接收发射器1a的出射信号，用于检测粮食高度是否下降至50％位置处。第二对所述光电传感器包括发射器2a和接收器2b，发射器2a设置在粮箱1高度的20％位置处的左外侧壁上，接收器2b设置在与发射器2a对应位置处的粮箱1右外侧壁上，接收器2b接收发射器2a的出射信号，用于检测粮食高度是否下降至20％位置处。第三对所述光电传感器包括发射器3a和接收器3b，发射器3a设置在距粮箱1前侧1/3粮箱1长度位置处的粮箱1顶部，接收器3b设置在与发射器3a对应位置处的粮箱1底部，接收器3b接收发射器3a的出射信号，用于检测粮食是否已经卸载至粮箱底部。

单片机输入端通过一传感器电路连接至所述光电传感器的输出端，所述单片机的输出端连接用于显示所述粮箱1内当前粮食高度值的显示器，以显示粮箱1内粮食的高度位置。同时在所述单片机的输出端连接一报警电路和多个发光二极管，所述报警电路输出端连接一蜂鸣器。通过发光二极管的闪烁来提示粮箱1内粮食的高度位置变化，当粮食卸完时，通过报警电路和蜂鸣器来发出报警，提示操作员。

发动机控制器的输入端连接所述单片机输出端，所述发动机控制器通过一发动机驱动电路连接发动机2，所述发动机2的输出端与出谷搅龙驱动机构3相连接，所述出谷搅龙驱动机构3的输出端与出谷搅龙4相连接，用于驱动出谷搅龙4转动，将粮箱内的粮食向外卸载。

上述技术方案中，还包括一手动控制器，其安装于驾驶室内，所述手动控制器与所述发动机控制器连接，所述手动控制器上设置有用于切换控制模式的按键，通过按键来切换发动机的控制模式，控制模式包括手动控制和自动控制模式。

上述技术方案中，上述每个发射器固定安装在一独立的直线驱动机构5上，所述直线驱动机构5安装在所述粮箱1外侧壁上；各个直线驱动机构5的结构一致，以第三发射器3a上的直线驱动机构5为例进行说明，该直线驱动机构5安装在粮箱1的顶部，所述直线驱动机构5包括：

驱动电机51；

一对导轨52，其分列在所述驱动电机51两侧，两侧的所述导轨52平行间隔设置，所述发射器3a架设在两侧的所述导轨52上，所述发射器3a的出射面朝向两侧所述导轨52之间的底部，也就是从两侧的所述导轨52之间射向粮箱内部；

导向杆531，其设置在第一个导轨52的内侧端，所述导向杆531与所述导轨52平行设置；

丝杆532，其设置在第二个导轨52的内侧端，所述丝杆532与所述导向杆531平行间隔设置，所述丝杆532与所述驱动电机51的输出轴连接；以及

透明滑块54，其宽度方向第一端设置在所述导向杆531上，所述透明滑块54宽度方向第二端设置在所述丝杆532上，通过转动丝杆532来带动透明滑块54直线移动，导向杆531起到辅助导向作用；所述透明滑块54的高度低于所述导轨52顶部的高度，因为发射器3a架设在两侧的所述导轨52上，使得透明滑块54可以正常移动在发射器3a的底部；在所述透明滑块54长度方向一端上表面凸出设置有一第一刷条541，所述第一刷条541的长度方向垂直于所述导轨52的长度方向，所述第一刷条541的长度不小于所述出射面的宽度，使得当第一刷条541随透明滑块54移动时，第一刷条541可以覆盖整个出射面，同时，所述第一刷条541的顶部高度与所述发射器的底部高度一致，也就是说，第一刷条541与出射面接触，所述透明滑块54活动设置在所述发射器的底部，第一刷条541来回经过出射面，以对其进行清扫，避免因为出射面被粮食或粉尘覆盖而无法正常工作，提高光电传感器的探测精度。

而在所述发射器3a所在位置处的所述粮箱1顶部侧壁上贯穿开设一开口11，所述开口11位于两侧所述导轨52之间，且所述开口11的宽度小于两侧所述导轨52之间的距离，也就是说，两侧所述导轨52包络在开口11的外周，所述开口11与所述出射面对准，从出射面发出的探测光线经过开口11进入至粮箱1内部，探测内部粮食的高度。

所述透明滑块54的长度不小于所述开口11的长度，使得透明滑块54可以覆盖在出射面的底部，出射光线依次经过出射面、透明滑块54和开口11进入至粮箱1内部。

上述技术方案中，靠近所述驱动电机51一侧的所述开口11前端横向设置一第二刷条55，所述第二刷条55与第一刷条541平行设置，所述第二刷条55两端固定在两侧所述导轨52的内侧壁底部位置，所述发射器3a前端横向设置一第三刷条56，所述第三刷条56与第二刷条55间隔对应设置，所述透明滑块54卡设在所述第三刷条56与第二刷条55之间，使得当透明滑块54移动时，通过第三刷条56与第二刷条55可以清除掉透明滑块54上下表面的粉尘等杂质，以避免遮挡光电传感器探测路径，从而提高光电传感器的探测精度。

本实施例中，所述第一刷条541位于所述第三刷条56的后侧端，从而避免第一刷条541从出射面上脱离，随着透明滑块54的来回移动，第一刷条541清除出射面，第三刷条56与第二刷条55可以清除掉透明滑块54上下表面，从而清除发射器3a出射路径上的粉尘等杂质，提高光电传感器的探测精度。

一种联合收获机缷粮控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过安装于驾驶室内的按键选择控制模式，将手动控制模式的优先级设置成高于自动控制模式的优先级；

步骤二、在手动模式下，通过手动控制器直接控制发动机控制器，控制发动机的供油或断油，进而通过出谷搅龙驱动机构控制出谷搅龙的作业与停止，实现联合收获机手动控制缷粮；

步骤三、在自动模式下，单片机接收联合收获机粮箱1上三对光电传感器的粮食高度信号，并将粮食高度信号与事先设定的阈值进行逻辑运算，将运算结果发送给发动机控制器，由发动机控制器控制发动机的供油或断油，进而通过出谷搅龙驱动机构控制出谷搅龙的作业与停止，实现联合收获机自动化缷粮；

其中，当手动模式切换到自动模式时，自动复位将发动机断油，复位完成后发动机再根据单片机接收到的信息自动供油或断油。

本发明中，当粮箱1内粮食高度下降到粮箱1高度的50％时，控制驾驶室内的1个发光二级管以1000ms的间隔闪烁；当粮箱1内粮食高度下降到粮箱1高度的20％时，控制驾驶室内的2个发光二级管同时以500ms的间隔闪烁；当粮箱1内粮食高度与粮箱1底部齐平时，控制驾驶室内的3个发光二级管同时以100ms的间隔闪烁，同时报警电路会驱动蜂鸣器发出报警声，提示操作员粮箱1内粮食的剩余情况。

由上所述，如图1-8所示，所述监控装置有自动和手动两种方式，其中手动模式由控制发动机启动和停止的控制电路、发动机控制器、出谷搅龙及其驱动机构组成，自动控制模式由单片机自动实现；控制联合收获机发动机启动和停止的开关控制电路的输出端接发动机控制器的输入端，发动机控制器与单片机的输出端分别接发动机驱动电路的输入端，发动机驱动电路的输出端作为发动机的输入端，发动机的输出端与出谷搅龙驱动机构相连接，出谷搅龙驱动机构的输出端与出谷搅龙相连接，发动机控制器控制发动机的供油或断油，发动机断油停止转动时，与其相连接的出谷搅龙驱动机构也会停止转动，进而实现出谷搅龙停止作业。显示器、报警电路、控制器、发光二极管和单片机安装于驾驶室内，多对光电传感器置于粮箱的左右两侧以及粮箱的上下两侧，发动机和发动机控制器电气连接并安装在收获机械的前端机架上，出谷搅龙位于粮箱内部，其与安装于机架上的出谷搅龙驱动机构直接相连接，多对光电传感器监测粮箱内粮食的剩余状态并通过传感器电路将检测信息分别反馈到单片机，单片机根据事先设定的阈值进行比较后发送相应的控制指令给发光二极管、显示器和蜂鸣器。

本发明的使用的粮箱内粮食装满监控装置的控制方法：驾驶员按下控制器按钮选择手动模式或自动模式，如果选用手动模式，操作员使用控制器按键控制单片机p1_7引脚为高电平，再通过控制p1_5引脚向发动机控制器发送指令，由其控制发动机的供油或断油，实现联合收获机开始作业或停止作业；如果选择自动模式，则将p1_7引脚置为低电平，p1_8引脚置为高电平；1a和1b分别为第一光电传感器1的发射器和接收器，2a和2b分别为第二光电传感器2的发射器和接收器，3a和3b分别为第三光电传感器3的发射器和接收器。

单片机的p1_1引脚接收来自第一光电传感器1的粮食高度数据，单片机的p1_2引脚接收来自第二光电传感器2的粮食高度数据，单片机的p1_4引脚接收来自第三光电传感器3的粮食高度数据。单片机将来自p1_1引脚的数据与事先设定好的阈值(粮箱高度的50％)进行逻辑比较，如果p1_1引脚的数据小于等于阈值，则单片机控制p2_3引脚使驾驶室内的发光二极管1以1000ms的时间间隔闪烁；

单片机将来自p1_2引脚的数据与事先设定好的阈值(粮箱高度的20％)进行逻辑比较，如果p1_2引脚的数据小于等于阈值，则单片机同时控制p2_3和p2_4引脚使驾驶室内的发光二极管1和2以500ms的时间间隔闪烁；

单片机将来自p1_4引脚的数据与事先设定好的阈值(粮箱高度的0％)进行逻辑比较，如果p1_4引脚的数据等于阈值，则单片机同时控制p2_3、p2_4和p2_6引脚，使驾驶室内的发光二极管1、2和3以100ms的时间间隔闪烁，同时，单片机通过控制p2_8引脚，通过报警电路使驾驶室内的蜂鸣器发出报警声，提示操作员粮箱内粮食的剩余情况。

单片机的p1_1、p1_2和p1_4引脚分别接收光电传感器1、2和3的粮箱内粮食高度数据，并将其显示在显示器上，提示操作员粮箱内粮食的当前剩余实时高度。当粮箱内粮食全部缷载完成时，单片机通过p1_5引脚向发动机控制器发送指令，再由其控制发动机的供油或断油，进而控制出谷搅龙驱动机构，实现出谷搅龙的作业或停止。

手动模式的工作优先级大于自动模式，控制器按键按下，单片机处于手动模式，此时自动模式所有动作均停止。

本发明至少包括以下有益效果：

采用本发明的使用者可以随时对联合收获机粮箱内的粮箱剩余状态进行监控，能够自动控制联合收获机缷粮操作的作业与停机，防止缷粮不足，保证及时卸粮，减少不必要的粮食损失以及可能造成的人员伤亡，提高谷物联合收割机的工作效率和安全性；同时，通过设置多个清扫装置，对光电传感器的探测路径进行清扫，避免因探测路径被挡而无法有效探测粮食高度，同时提高光电传感器的探测精度

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。