一种激光对射式谷物流量监测实验平台装置及控制方法与流程

本发明涉及农业智能收获装备领域，特别是涉及一种谷物流量传感器监测实验平台装置及控制方法。

背景技术

谷物收获机在田间进行作业时，实时监测收获产量，可以直接反映农田信息对谷物生长及产量的影响，在完成谷物收获后生成产量图，可以直接帮助农户了解产量信息，为下一茬种植提供信息指导，从而实现精准农业的作业要求。因此，谷物流量传感器对田中作物产量的精确检测是完成产量图的关键因素。目前应用谷物流量传感器主要有三种类型：冲击式流量传感器、γ射线式流量传感器和光电式容积流量传感器。为了更好地实现谷物产量检测，避免田间的复杂环境情况，流量传感器实验平台的开发成为首选。

通过技术文献的检索发现，一种谷物流量传感器试验台(专利号：201110140962.3)所设计的试验台结构较为完整，基本再现了收获机上的升运系统，但其并未实验谷物在试验台中的循环利用，需要人工不断添加谷物，试验过程繁琐，同时增加了劳动成本。一种谷物流量检测试验台(专利号：201510862561.7)所采用的设计结构虽然解决了人工持续添加谷物的问题，但其设计并不适合激光对射式流量传感器的标定。且现有的谷物检测试验台均未实现升运器角度调节的功能，无法研究升运器角度变化对流量检测的影响，无法确定流量传感器的最佳安装位置和角度，且测量精度不高，可靠性差。

技术实现要素：

为了增强我国谷物收获机流量监测系统的可靠性和精确度，本发明提供了一种升运器角度可调节的谷物联合收获机流量监测实验平台及控制方法。该实验平台主要用于确定升运器最佳倾斜角度及激光对射式谷物流量传感器的安装位置和流量标定。

本发明所采用的技术方案如下：

一种激光对射式谷物流量监测实验平台装置，包括：机架，以及位于机架上的入粮箱、可调出粮箱、进给搅龙机构、升运器、升运器角度调节机构、可调出粮滑道以及动力机构；所述入粮箱、所述进给搅龙机构、所述升运器以及所述可调出粮箱相互配合，使得入粮箱内的谷物能够依次在进给搅龙机构、升运器的带动下送入可调出粮箱内，所述动力机构能够给所述进给搅龙机构、所述升运器提供动力；所述可调出粮箱、所述出粮滑道以及所述入粮箱相互配合，使得可调出粮箱内的谷物能够沿所述出粮滑道落进入粮箱内；所述升运器角度调节机构能够调节升运器的角度以保证升运器出粮口对准可调出粮箱；所述出粮滑道能够沿远离入粮箱的方向推动。

进一步地，所述机架包括底板、入粮箱支撑架、可调出粮箱支撑架、角度调节机构支撑架、动力机构支撑架；所述入粮箱支撑架上面靠近可调出粮箱支撑架一侧设有出粮滑道支架，入粮箱支撑架下面设有进给搅龙支撑板；所述可调出粮箱支撑架上设有滑动导轨承运件；所述地板底部设有支脚。

进一步地，所述入粮箱位于入粮箱支撑架的称重传感器上面；所述可调出粮箱位于所述可调出粮箱支撑架上；所述角度调节机构位于所述角度调节机构支撑架；所述动力机构位于所述动力机构支撑架上；所述出粮滑道的一端位于所述可调出粮箱底部的出粮口处、另一端与所述出粮滑道支架以可拆卸的方式固定连接，并且另一端与所述入粮箱的进粮口相对应；所述进给搅龙机构两端由所述进给搅龙支撑板支撑；所述升运器的底端与所述进给搅龙机构的一端通过搅龙轴连接，实现同轴转动，所述升运器的顶端出粮口对准所述可调出粮箱；所述搅龙轴由所述动力机构带动转动；所述升运器的中间位置与所述角度调节机构相连接，在角度调节机构带动下能够转动调节角度。

进一步地，所述入粮箱包括入粮箱体，所述入粮箱体底部设有出粮口，出粮口处设有第一调节阀板；所述入粮箱体底部的出粮口与所述进给搅龙机构的入粮口相连通，所述第一调节阀板能够调节入粮箱喂入搅龙的谷物量。

进一步地，所述可调出粮箱包括出粮箱体；所述出粮箱体底部设有出粮口；所述出粮箱体底部出粮口处设有第二调节阀板；所述出粮箱体两侧底部设有出粮箱导轨运动件，所述出粮箱导轨运动件能够与所述可调出粮箱支撑架上的滑动导轨承运件相配合使得所述出粮箱体能够沿所述滑动导轨承运件滑动；所述第二调节阀板能够调节所述可调出粮箱底部出粮口的谷物量。

进一步地，所述进给搅龙机构顶端设有入粮口，与所述入粮箱体底部的出粮口相对应；所述进给搅龙机构底端设有卸粮盖；所述进给搅龙机构内部设有搅龙轴，所述搅龙轴与所述升运器底端连接。

进一步地，所述升运器包括升运器外壳，所述升运器外壳上设有激光对射式流量传感器安装架、转动轴安装板；所述转动轴安装板与所述角度调节机构相连；

所述升运器内部设有输粮装置，所述输粮装置包括下链轮、上链轮以及链条；所述链条上设有若干刮板；所述下链轮与搅龙轴同轴，所述上链轮通过轴固定在所述升运器内部上方，在下链轮随搅龙轴转动时能够带动上链轮转动，进而带动链条上的刮板运动将升运器内的谷物经升运器出粮口带至可调出粮箱内。

进一步地，所述角度调节机构包括调节手轮、调节螺杆、调节滑块以及光滑杆；所述调节手轮与所述调节螺杆相连接，所述调节螺杆与所述调节滑块通过螺纹配合，所述调节滑块底面位于平行于调节螺杆的光滑杆上、顶面设有连杆，所述连杆与所述升运器上的转动轴安装板相固定；转动所述调节手轮能够带动所述调节螺杆转动，进而带动调节滑块沿光滑杆滑动，进而通过连杆推动升运器绕搅龙轴转动。

进一步地，所述动力机构包括步进电机、大皮带轮、小皮带轮及v型带；所述步进电机位于所述动力机构支撑架上，步进电机的输出轴连接所述小皮带轮，所述小皮带轮通过所述v型带连接所述大皮带轮，所述大皮带轮安装在伸出升运器外部的搅龙轴上；在步进电机工作时，能够依次通过小皮带轮、大皮带轮带动搅龙轴转动，进而带动升运器内部的下链轮和上链轮转动实现刮板上下运动。

本发明还提供了一种激光对射式谷物流量监测实验平台装置的控制方法，包括：以89c51为核心设计控制电路，通过启动按键发出信号，经单片机处理后，向步进电机的驱动器发出触发信号，使得步进电机接收到驱动器的触发信号后开始以初速度运转，并带动升运器工作；步进电机速度可通过速度加减按键进行连续调节，升运器转速由安装在搅龙轴上的霍尔传感器测得，并经过单片机处理后得到刮板升运的线速度，同时升运器角速度和刮板线速度通过显示模块实时显示，并将数据通过can总线传输至其他设备，供其使用。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果为：

1.本发明可以自由调节谷物升运器与水平面夹角角度，研究角度变化对激光对射式流量传感器的影响，确定升运器最佳倾斜角度和传感器的安装位置及角度。

2.

本发明使谷物在试验台中既可以循环使用，省去了人工对谷物的装载和卸载，也可以在需要更换谷物时，调节出粮滑道方向，使谷物退出循环；本发明的实验平台还具有调节升运器角度功能，为确定升运器最佳倾斜角度提供技术支持。

3.本发明还可以无级调节升运器的升运速度，并进行实时显示和数据传输。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的机架结构示意图；

图3为入粮箱的结构示意图；

图4为出粮箱结构示意图；

图5为进给机构示意图；

图6为升运器结构示意图；

图7为角度调节机构示意图；

图8为角度调节机构与升运器连接放大图；

图9为动力系统结构示意图；

图10为出粮滑道示意图；

图11为控制电路原理框图；

图12为控制显示界面。

图中：1为机架，1a为支脚，1b为底板，1c可调出粮箱支撑架，1d出粮滑道支架，1e为入粮箱支撑架，1f为进给搅龙机构安装板，1g为动力机构支撑架，1h为角度调节机构支撑架，1i为滑动导轨承导件；

2为入粮箱，2a为入粮箱体，2b为第一调节阀板,2c为安装拐铁；

3为可调出粮箱，3a为导轨运动件，3b为出粮箱体，3c第二调节阀板；

4为进给搅龙机构，4a为进给搅龙外壳，4b为搅龙轴，4c卸粮盖；

5为升运器，5a为升运器外壳,5b为转动轴安装板，5c1为下链轮，5c2为上链轮,5d链条，5e刮板，5f激光对射式流量传感器安装架；

6为角度调节机构，6a为调节箱，6b为调节滑块，6c为调节螺杆，6d为连杆，6e为调节手轮；

7为动力机构，7a为大皮带轮，7b为v型带，7c为小皮带轮，7d为步进电机

8为出粮滑道，8a1转动轴，8a2为连接销；

9为称重传感器；

10为搅龙轴支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-图10所示，本发明提出的实验台装置包括机架1、入粮箱2、可调出粮箱3、进给搅龙机构4、升运器5、升运器角度调节机构6、称重传感器9、可调出粮滑道8以及动力机构7，其中所述可调出粮3箱安装在可调出粮箱支撑架1c上，所述出粮箱出粮口通过销连接出粮滑道8，出粮滑道8下端通过出粮滑道支架1d固定，入粮箱2安装在入粮箱支撑架1e的称重传感器9上方；所述进给搅龙机构4位于入粮箱出粮口正下方，通过机架1上的两块进给搅龙机构安装板1f以及一个搅龙轴支架10固定在机架1上；所述升运器5下端连接在进给搅龙一端，中部由角度调节机构6支撑，升运器外壳5a上装有激光对射式流量传感器安装架5f；所述升运器角度调节机构6固定在角度调节机构支撑板1h上；所述动力机构7固定在动力机构支撑架1g上，动力经过皮带输送至进给搅龙以及升运器，升运器5将谷物向上提升，升运过程中经过激光对射式流量传感器检测谷物的流量，最后谷物经升运器5出粮口抛出至可调出粮箱3内。

如图2所示，所述机架1依次设有四个底座支脚1a、底板1b、可调出粮箱支撑架1c、入粮箱支撑架1e、角度调节机构支撑架1h、动力机构支撑架1g以及进给搅龙安装板，其中可调出粮箱支撑架1c上方安装了滑动导轨承导件1i，入粮箱支撑架1e的四个横梁中间装有称重传感器9且其中一横梁上焊有出粮滑道支架1d。

所述入粮箱2通过四个安装拐铁2c固定在入粮箱支撑架1e上的称重传感器9上方，入粮箱底部的出粮口设有第一调节阀板2b，可通过第一调节阀板2b控制谷物进入搅龙的喂入量。所述进给搅龙通过搅龙安装板以及搅龙轴支架10固定在机架1上，搅龙下方开有卸粮盖4c，方便清除杂余谷物。

所述可调出粮箱3由出粮箱体3b、导轨运动件3a和第二调节阀板3c组成。出粮箱上部的前后两侧装有导轨运动件3a，与机架上的滑动导轨承导件1i配合，可在可调出粮箱支撑架1c上前后滑动，确保升运器5在改变角度后谷物顺利进入可调出粮箱3内。

所述出粮滑道8一端通过转动轴8a1与出粮箱在出粮口处连接，另一端通过连接销固定在出粮滑道支架1d上，出粮滑道8两侧板上开有槽，拔掉下端起固定作用的连接销，可以抬起出粮滑道绕转动轴转动，推动出粮滑道8，使得转动轴沿侧板上的槽滑动，将出粮方向改到另一边。

所述升运器5包括升运器外壳5a、及位于升运器外壳内部的链条5d和上链轮5c2、下链轮5c1，其中升运器外壳5a上装有激光对射式流量传感器安装架5f，链条5d上每间隔一节装有升运刮板5e，下链轮5c1安装在搅龙轴4d上；升运器5与升运器角度调节机构6通过转动轴连接。

所述升运器角度调节机构6由调节箱6a、调节滑块6b、连杆6d、调节螺杆6c以及调节手轮6e组成，通过转动调节手轮6e带动调节螺杆6c旋转，调节滑块6b上开有螺纹孔与调节螺杆6c配合，在螺纹传动下可沿调节箱中的光滑导杆移动，从而带动连杆6d推动升运器5绕搅龙轴4d转动，改变升运器5与水平面夹角的角度。

所述动力机构7由步进电机7d、小皮带轮7c、大皮带轮7a和v型带7b组成，步进电机7c安装在所述机架1的动力机构支撑架1g上，输出端与小皮带轮7c连接，通过v型带7b将动力传递到大皮带轮7a，从而带动升运器5中链条5d和进给搅龙运动。

如图11-图12所示，本发明利用89c51设计试验台装置的控制电路以及显示界面，按下电源键，实验台上电，按下启动按钮后步进电机7d启动，可通过速度加减按键调节速度，由显示界面实时显示，且实验过程中的升运器5角速度和刮板5e线速度通过can总线向外传输；动力通过v型带7b传动，功率输出到搅龙轴4b上，整个机械系统处于工作状态；谷物预先装在入粮箱2中，然后打开第一调节阀板2b，谷物依靠自重进入进给搅龙机构4，此时可以通过调节第一调节阀板2b调节粮食喂入量大小；进给搅龙机构4推动粮食进入升运器5底部后，通过底部的下链轮5c1带动链条5d上的刮板5e将粮食提升至升运器5出粮口，然后投入可调出粮箱3。

通过转动升运器角度调节机构的调节手轮6e，带动调节螺杆6c旋转，使调节滑块6b沿调节箱6a中的光滑导杆前后移动，与调节滑块6b相连的连杆6d牵引升运器5绕搅龙轴4b转动，从而改变升运器5的倾斜角度，针对性的进行实验研究；同时可调出粮箱3可沿滑动导轨承导件1i进行前后滑动，从而确保粮食准确进入可调出粮箱3。称重传感器9可对入粮箱2进行实时称重。升运器外壳5a上装有激光对射式谷物流量传感器，对经过传感器的粮食进行实时监测。若要进行多次重复实验，可直接打开可调出粮箱3底部的第二调节阀板3c，使谷物经出粮滑道8进入入粮箱2；若要结束实验，可以先拔掉出粮滑道8下端的连接销8a2，推动出粮滑道绕可调出粮箱3出粮口处的转动轴8a1旋转并滑动至另一个方向，使谷物缷出实验台，同时打开进给搅龙外壳4a下端的卸粮盖4c清理残留在搅龙底部的谷物。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。