甘蔗横向种植机的蔗量调节箱

1.本实用新型涉及农业机械技术领域，特别涉及一种甘蔗横向种植机的蔗量调节箱。


背景技术：

2.种植环节是甘蔗生产过程中劳动强度较大的环节，费时费力。现有种植机具智能化水平较低，适应性和推广性也比较差。具体来说，现存的预切种式甘蔗横向种植机：一是集蔗箱落种空间高度大，导致箱内有序性差，种植质量不高；二是种植过程依赖于人工摆种，劳动力成本高，种植效率低下。所以，提高集蔗箱蔗种有序性、种植机的工作效率，是目前的工作重点。
3.现有甘蔗横向种植机中普遍存在供种过程连续性差、有序性差、漏种多、质量不佳等问题，且在种植过程中需要大量的人力物力投入，工作效率低，无法实现自动化和精准化种植。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种甘蔗横向种植机的蔗量调节箱，从而克服种植机供种过程中存在连续性差、有序性差、漏种多、质量不佳等的缺点。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种甘蔗横向种植机的蔗量调节箱，所述调节箱安装在集蔗箱内，所述集蔗箱上方设有供种机构为其提供蔗种，蔗种从所述供种机构下落至所述调节箱后经所述集蔗箱排出，进行播种；所述蔗量调节调节箱包括：固定板，其安装在所述集蔗箱内，呈倾斜设置；活动板，其能够转动的设于套设于安装机构上，所述活动板呈倾斜状设有所述集蔗箱内，并与所述固定板相对设置，构成“v”型结构的蔗种容纳腔，所述活动板与所述固定板相靠近的一端形成出料通道；以及凸轮机构，其安装在远离所述固定板一侧的所述活动板板面上，所述凸轮机构包括驱动组件和凸轮，所述凸轮设于所述驱动组件上，并与所述活动板抵触相贴设置；其中，通过所述驱动组件驱动所述凸轮转动，以驱动所述活动板的转动，控制所述出料通道的开合。
7.优选地，上述技术方案中，所述安装机构包括两个固定支座、安装轴和扭簧，两个所述固定支座分别设于所述集蔗箱的两侧上，所述安装轴的两端分别设于所述固定支座之间，所述扭簧设于所述安装轴上，所述扭簧与所述活动板接触设置。
8.优选地，上述技术方案中，所述驱动组件包括两个安装支座、转轴和电机，两个所述安装支座分别设于所述集蔗箱的两侧上，所述转轴能够转动的安装在所述安装支座之间，所述电机与所述转轴连接，以驱动所述转轴转动，所述凸轮套设于所述转轴上。
9.优选地，上述技术方案中，所述电机为步进电机。
10.优选地，上述技术方案中，还包括控制系统，所述控制系统包括：超声波传感器，其设于所述调节箱的上方，用于检测调节箱内蔗量变化情况；光电传感器，其设于所述集蔗箱上，用于检测集蔗箱箱内蔗种量状态的变化；编码器，其安装在电机上，用于反馈电机的转速信息；控制单元：用于接收到各个传感器信息，并协调控制对应的执行机构工作；执行单元：用于执行调节箱和集蔗箱的种量调整；具体过程如下：首先设置mos触发开关，用于接收来自控制单元的电平信号；设置在输送链上的液压马达，用于完成蔗种调节箱的储种；设置蔗种调节箱上的电机工作，用于完成对集蔗箱的充种。
11.优选地，上述技术方案中，控制单元实时获取传感器的数据信息，根据蔗种量多少的信息通过pid处理后输出频率不同的pwm信号，一是通过mos触发开关驱动模块进行脉冲调制，实现调节电磁铁的电流大小从而改变电磁阀的开度，来控制液压马达的工作转速；二是通过调节pwm的占空比来通过驱动器去控制步进电机的运动。
12.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
13.(1)本实用新型甘蔗横向种植机的蔗量调节箱，在种植机的供种过程中，处于供种车厢来种和集蔗箱播种的中间环节，它在功能上不仅实现了对集蔗箱播种的蔗种储备，更调节了集蔗箱和供种车厢之间蔗种输送环节的节奏，提高了整个供种过程的连续性。
14.(2)为了提高对于集蔗箱落种情况的可控性，所设计的调节箱中，加入了双扭簧和凸轮机构。不仅可以实现定量和快速对集蔗箱进行充种，而且在扭簧和凸轮的双重作用下，可以保证调节箱打开后能快速闭合，减少了由于闭合不及时，所出现的底部卡种现象，也减少了落种充种过多而造成的集蔗箱有序性变差情况。
15.(3)本实用新型甘蔗横向种植机的蔗量调节箱，还提供了控制系统，首先，以编码器作为电机状态的反映，实时向控制单元反馈电机的转速。以一拖四超声波传感器和光电传感器作为蔗量的反映，实时检测并向自动控制系统传递蔗种数量信息；然后，自动控制系统一是通过调控平衡液压系统，进而调节液压马达，完成转动、停止动作，从而保证中转装置的充种；二是通过改变电机工作状态，进而调节凸轮行程，完成调节箱底部的开合控制，从而保证集蔗箱的种量储备和有序性。
附图说明
16.图1是根据本实用新型的甘蔗横向种植机的蔗量调节箱的结构示意图；
17.图2是根据本实用新型的甘蔗横向种植机的蔗量调节箱中凸轮机构的结构示意图；
18.图3是根据本实用新型的甘蔗横向种植机的蔗量调节箱和集蔗箱装配的结构示意图；
19.图4是根据本实用新型的甘蔗横向种植机的蔗量调节箱中控制系统的控制流程图；
20.图5是根据本实用新型的甘蔗横向种植机的蔗量调节箱中控制系统结构框图；
21.图6是根据本实用新型控制系统中执行单元的结构框图。
22.图7是根据本实用新型控制系统中模糊pid控制pwm波的算法原理主要附图标记说明：
23.1-调节箱，11-固定板，12-活动板，13-凸轮机构，2-集蔗箱，3-供种机构，4-蔗种。
具体实施方式
24.下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
25.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
26.如图1至图7所示，根据本实用新型具体实施方式的一种甘蔗横向种植机的蔗量调节箱1，所述调节箱1安装在集蔗箱2内，所述集蔗箱上方设有供种机构3为其提供蔗种4，蔗种从所述供种机构下落至所述调节箱后经所述集蔗箱排出，进行播种。
27.所述调节箱1包括固定板11、活动板12、凸轮机构13。固定板11安装在集蔗箱2内，固定板11上端设有弯折的安装部111，下端设有弯折的安装部112，安装部111和112上设有安装孔113。通过固定板11上的安装部111和112与集装箱1固定连接，将固定板11呈倾斜状固定在集装箱1内。固定板11靠近供种机构3下落蔗种的方向设置，蔗种从供种机构3下落至固定板11上。固定板11的对侧设有活动板12，活动板12能够转动的设于安装机构14上。活动板12呈倾斜设于集蔗箱2内，并与固定板11相对设置，构成“v”型结构的蔗种容纳腔15，该蔗种容纳腔15为调节箱1的容纳腔。活动板12与固定板11相靠近的一端形成出料通道16。蔗种下落至固定板11上，移动至蔗种容纳腔15内，经出料通道16排出，落入集蔗箱2内。凸轮机构13安装在远离固定板一侧的活动板12板面上，凸轮机构13包括驱动组件131和凸轮132，凸轮132设于所述驱动组件上，并与所述活动板12抵触相贴设置。通过所述驱动组件驱动凸轮132转动，以驱动所述活动板12的转动，控制所述出料通道16的开合。
28.蔗种供种过程如下：供种机构3提供蔗种4，蔗种从所述供种机构3下落至蔗种容纳腔15内，经出料通道16排出，落入集蔗箱2内，进行播种。当集蔗箱2内的蔗种数量超过设定值时，停止向集蔗箱2内供种，转动凸轮132，凸轮的凸起部顶在活动板12的板面上，活动板12转动，下端板体边缘与固定板11的内板面贴合，出料通道16闭合。当需要对集蔗箱2供种时，转动凸轮132，凸轮的凸起部远离活动板板面，由于蔗种对活动板12的挤压，与活动板12连接的扭簧承载不了蔗种的重量，出料通道16打开，对集蔗箱2进行供种。本实用新型的蔗种调节箱处于供种车厢来种和集蔗箱播种的中间环节，它在功能上不仅实现了对集蔗箱播种的蔗种储备，更调节了集蔗箱和供种车厢之间蔗种输送环节的节奏，提高了整个供种过程的连续性。
29.优选地，安装机构14包括两个固定支座141、安装轴142和两个扭簧(图未示)，两个固定支座141分别设于集蔗箱2的两侧上，固定支座141上分别设有垫片。安装轴142的两端分别设于固定支座141之间，扭簧设于安装轴142上，两个扭簧分别位于活动板12的左右两侧，扭簧与活动板12接触设置。加入了双扭簧和凸轮机构。不仅可以实现定量和快速对集蔗箱进行充种，而且在扭簧和凸轮的双重作用下，可以保证蔗种调节箱打开后能快速闭合，减少了由于闭合不及时，所出现的底部卡种现象，也减少了落种充种过多而造成的集蔗箱有序性变差情况。
30.优选地，驱动组件131包括两个安装支座1311、转轴1312和电机1313，电机1313为步进电机。两个安装支座1311分别设于集蔗箱2的两侧上，转轴1312能够转动的安装在安装支座1311之间，电机1313与转轴1312连接，以驱动转轴1312转动，凸轮132套设于转轴1312
上。
31.优选地，还包括控制系统5，所述控制系统包括：超声波传感器51、光电传感器52、53、编码器(图未示)、控制单元、执行机构、蔗种数量状态监测系统、红外遥控装置和危险报警装置。
32.控制单元，用于获取多个传感器(超声波传感器51、光电传感器52、53)的数据信息，对数据进行处理分析，并传递相应信号给执行单元执行相关操作。本实施例中控制单元中央处理器采用stm32f103系列芯片，该芯片配置有144个引脚，并且大部分i/o口兼容5v电压，具有强大的数据处理分析能力和工作稳定可靠性。本实用新型中采用中央处理器实时获取传感器的数据信息，并传递给液压执行单元，从而完成供种箱和液压马达的相关动作，实现供种功能模块的自动控制。
33.执行单元包括mos触发开关驱动模块，用于接收控制单元的电平变化情况。安装在供种输送链上的液压马达，用于完成对调节箱的充种。
34.蔗种量状态实时监测系统安装于司机驾驶室内，可实时地将种植机工作状态、工作环境温度和温度、中转装置和集蔗箱的蔗种量状态反馈于可触摸液晶屏显示装置上，这有利于操作人员更好掌握播种机供种过程的工作情况，以便于随时操作和在特殊情况下及时做出调整。
35.超声波传感器51安装在调节箱1上侧，用于检测装置内蔗量变化情况。
36.编码器安装在电机1312上，用于反馈电机的转速信息。
37.光电传感器52、53安装在集蔗箱2上，用于监测箱内蔗种量状态的变化。
38.红外遥控装置，包括红外线接收模块和远程红外遥控器，设置不同的按键情况进行模块的虚拟远程控制。
39.危险报警模块，由蜂鸣器报警模块配合蔗种数量状态监测系统组成，当检测到集蔗箱2蔗种数量严重不足时，将发出鸣响提醒人工及时补种。
40.超声波测量公式：
41.h＝t1×
340/2
42.h为最终距离，单位为米。t1为传感器的发送到接收到所用的时间，单位为秒。
43.控制单元实时获取传感器的数据信息，根据蔗种量多少的信息通过pid处理后输出频率不同的pwm信号，通过mos触发开关驱动模块进行脉冲调制，在电感作用下控制电磁铁的电流大小从而改变电磁阀的开度，来控制液压马达的转速；同时，通过pwm控制电机转速，实现对集蔗箱的蔗种调整。
44.模糊pid控制pwm波的算法原理如下：
45.模糊pid控制由模糊化、模糊控制规则、模糊推理和去模糊化这四部分组成，控制器以偏差e和偏差变化率ec作为输入，根据不同时刻偏差e和偏差变化率ec的值对p(比例)、i(积分)、d(微分)三个参数进行调整，从而实现对马达转速和电机转速的控制。模糊pid控制的原理如图7所示。
46.执行单元包括液压马达、步进电机以及mos触发开关驱动模块。自动控制系统通过驱动大功率mos触发开关驱动模块来控制各个三位四通电磁阀和一个二位三通比例换向阀的开闭，从而实现对液压马达的控制。自动控制过程如下：当横向甘蔗种植机准备工作时，各个支路的三位六通手动阀和三位四通电磁换向阀均处于中位机能，两位三通电磁阀处于
常闭状态，此时左右两行的液压马达均没有动作。
47.以调节箱1蔗量厚度在阈值范围内和集蔗箱2蔗量大于阈值范围为例，说明自动控制系统工作过程和原理。首先，自动控制系统打开液压泵，通过多个传感器(超声波传感器51、光电传感器52、53)的数据进行结算后发出控制指令，接着是三位六通手动阀工作和三位四通电磁换向阀得电，然后对于调节箱来说，当三位四通电磁阀左位得电时，左右路的输送液压马达均实现正转，完成对调节箱15的蔗种持续供应。当收到超声波传感器感受到厚度数据超过高阈值时，此这时三位四通电磁阀失电，马达停止转动。同时，集蔗箱的工作过程如下：当光电传感器感受信号时，控制电机停转，使得凸轮轴行程缩短，最终在凸轮机构和扭簧的共同作用下，使得调节箱底部闭合，切断对集蔗箱的蔗种供应。
48.可触摸lcd屏装置集成与电路板上，把经过中心处理器芯片解算过的种植机工作状态、工作环境温度和湿度、蔗种调节箱和集蔗箱的蔗种量状态等参数反馈于显示装置上，并可以通过触摸屏虚拟按键操作液压马达和电机执行工作。
49.自动控制系统原理如图5所示，通过解算超声波测距模块检测出的调节箱内的蔗种量厚度和状态变化信息，通过解算光电传感器检测出的集蔗箱蔗种量厚度和运动状态信息，中心处理器、可触摸液晶屏显示装置、红外遥控信号接收装置和声光报警模块集成在一块电路板上，声音报警模块受到自动控制系统的控制，当监测到集蔗箱种量严重不足时，蜂鸣器发声提示人工立即实施大量补种的操作。
50.本实用新型所述控制系统的方法，包括以下步骤：
51.步骤1：在获取调节箱1蔗量状态信息时，为了更好的数据准确性，除了对数据多次测量求取平均值以外，在此还采用了动态卡尔曼滤波算法。它的思想是：用前一时刻的最优值估计当前时刻的结果，再结合当前时刻的估计值和真实值得到当前的最优解。
52.步骤2：根据获取的蔗种量信息，判断是否需要对蔗量进行调整。若蔗量厚度超出高阈值则不需调整。若处于高阈值与低阈值之间，则需要执行机构液压马达转动。
53.步骤3：在检测到调节箱蔗量状态不需要调整后，则进行集蔗箱蔗量状态的判断。若需要调整蔗种数量，则执行机构电机需要动作。
54.步骤4：若蔗量厚度超过高阈值，表示蔗量过多，则电机需要停转，调节箱的底部在扭簧和凸轮双重作用下快速关紧，否则会破坏箱内蔗种的有序性。若在阈值范围内，则电机工作，调节箱底部迅速打开，完成对集蔗箱的充种。若在低阈值之下，则需要人工补种，以免后续播种出现大面积漏种情况。
55.步骤5：若蔗种箱2蔗种状态不需要调整，则转步骤(1)，直至农机停止工作。
56.总的来说，调节箱和集蔗箱的工作是相辅相成的，前者的工作提供了蔗种。后者作为播种前的末端环节，直接决定了播种的质量和效率。二者的配合作用至关重要，对供种有序性和连续性的实现很是关键。
57.前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。