基于拉压力传感器的土壤深松深度监测系统的制作方法

本发明涉及农业土壤深松机械的技术领域，尤其是指一种基于拉压力传感器的土壤深松深度监测系统。

背景技术：

目前，深松的深度监测技术十分匮乏，人工测量效率较低，工作量大，无法实现对深松效果的有效评估，且信息采集受主观因素较大，很容易造成误测、误报，给农业生产造成损失。

传统的测距计数，由雷达测距、红外线测距和超声波测距，雷达测距价格高昂，对于用户使用具有一定负担，红外线测距对于农业恶劣的工作环境抗干扰能力较差，可能传感器探头会被粉尘覆盖，出现无法计数的情况。超声波同样在土壤环境中容易受到杂草秸秆等影响。在深松作业中，通常要对深松作业效果得到保证，对深松作业的过程进行监控，因此，亟需开展一种更精确的深松深度自动监测装置。

在土壤力学中，得知深松深度，深松的土壤幅宽，深松铲质量、阻力系数、土壤比阻、行驶速度这些参数便可通过土壤比阻公式进行计算得出相应的深松阻力，且深松的土壤幅宽，深松铲质量、阻力系数、土壤比阻、行驶速度这些参数通过设定确定为固定参数，若其中深松深度变化必然导致深松阻力发生变化，这为我们确定深松深度是否合理提供了理论基础。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种安全可靠的基于拉压力传感器的土壤深松深度监测系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于拉压力传感器的土壤深松深度监测系统，包括有拉压力传感器、单片机、前连接板、后连接板、蜂鸣器、数模转换电路、zigbee模块、深松铲和方管固定夹；所述前连接板为一个下半部分有竖直端面和带通孔的双耳、上半部分有螺纹孔的刚性体，所述双耳位于竖直端面的两侧，所述竖直端面与深松铲的刀背贴合，通过用螺栓穿过双耳上的通孔和深松铲的安装孔进行固定，深松铲受力时，与前连接板不会产生相对位移，前连接板与深松铲在深松切削方向为刚性连接，所述螺纹孔的轴向与深松铲的深松切削方向一致，用于保证安装后的拉压力传感器能够受到前连接板传递的压力；所述后连接板为一个下半部分有带通孔的双耳、上半部分有螺纹孔的刚性体，所述深松铲与后连接板的双耳通过螺栓进行连接，深松铲与后连接板存在一个转动自由度；所述拉压力传感器通过双头螺柱穿过具有螺纹孔的前连接板和后连接板进行固定安装；由于前连接板与深松铲为刚性连接，则当深松铲受深松阻力与后连接板产生相对转动时，前连接板会跟随深松铲进行转动但不发生相对位置变化，前连接板与拉压力传感器通过双头螺柱连接，则在深松作业时，前连接板转动会压迫拉压力传感器，使得拉压力传感器输出模拟电信号；所述方管固定夹与后连接板焊接固定，所述方管固定夹的两端设有供螺栓安装的通孔，能够通过配套的螺栓和螺母进行拴紧咬合达到夹紧深松机械的机架方管的目的，进而实现将拉压力传感器、前连接板、后连接板和深松铲作为一个整体安装在深松机械的机架方管上；所述拉压力传感器的信号线与数模转换电路相接，模拟电信号通过数模转换电路转换为数字信号传给单片机，所述蜂鸣器与单片机连接，在单片机的键盘上手动输入深松作业所要求的深度值，单片机内烧录一个土壤比阻算法，通过土壤比阻算法得出在该深度下的理论深松阻力值，进行深松作业时，深松铲会受到深松阻力，并在阻力作用下发生摆转，前连接板会跟随摆转压迫拉压力传感器输出模拟电信号，模拟电信号通过数模转换电路转换为数字信号传给单片机，在单片机中运算得出深松铲的实际深松阻力；单片机内部算法对实际深松阻力与在土壤比阻算法中的理论深松阻力进行比较，并根据判断条件对深松铲深松深度是否合理进行判断，当实际深松阻力值超出理论深松阻力值，判定为深松深度过深，蜂鸣器进行报警提醒机手进行修正；如果实际深松阻力低于理论深松阻力，则单片机上的信号灯闪烁提醒机手修正；如果合理继续进行监测；为了便于对数据进行保存和进一步分析，需要将数据无线传输至电脑端，通过zigbee模块将数字信号传送至电脑端并保存，单片机与zigbee模块进行串口通讯，所述zigbee模块为双端子，第一个zigbee端子进行数据发送，第二个zigbee端子对数据进行接收并将数据保存至电脑。

进一步，所述土壤比阻算法为一个土壤学的公式，在该公式中输入深松深度、深松铲质量、阻力系数、土壤比阻、行驶速度和土壤深松幅宽，便能够得到规定深松深度下的理论深松阻力值。

进一步，所述方管固定夹有上、下两个斜45°的夹紧板，板上有两对同心通孔，通过螺栓和螺母旋紧，让方管固定夹夹紧深松机械的机架方管。

进一步，所述拉压力传感器为djsx-25a拉压力传感器。

进一步，所述单片机为stm32单片机。

进一步，所述数模转换电路为adc0809数模转换电路。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、现有测距技术譬如超声波传感器的测距通常都是面对实体直接测距，这种技术在田间一般只能测量到深松边沿距离而无法测量深松沟深。本发明通过将深松铲与拉压力传感器一体化安装直接这种测量方式具有较高的实效性，保证了在进行深松作业时实时采集拉压力数据。数据实时采集保证深松深度监测的准确性。

2、与人工测量相比，本发明减少了人力资源的支出，提高了预测的准确度，并且连续分析计算也避免了了人工采样的偶然性。

3、相比现有技术，在复杂的土壤环境中，本发明的抗干扰力较强，不受土壤平整度以及秸秆等影响，djsx-25a拉压力传感器测量量程合理，操作方法简单，体积较小，方便安装。

4、根据监测数据，通过蜂鸣器提醒机手进行深松深度调节，满足用户所需的作业深度。

5、数据实时传送并保存，方便操作者对深松效果复查。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

图2为本发明系统的工作原理流程图。

图3为拉压力传感器、前连接板、后连接板和深松铲作为一个整体通过方管固定夹安装在深松机械机架方管上的示意图。

图4为前连接板的结构示意图。

图5为后连接板的结构示意图。

图6为拉压力传感器、前连接板、后连接板、方管固定夹的组合示意图。

图7为深松铲与前连接板的安装示意图。

图8为深松铲与后连接板的安装示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图8所示，本实施例所提供的基于拉压力传感器的土壤深松深度监测系统，包括有深松铲1、djsx-25a拉压力传感器3、stm32单片机8、前连接板2、后连接板4、蜂鸣器11、adc0809数模转换电路6、zigbee模块7、方管固定夹5；所述前连接板2为一个下半部分有竖直端面12和带通孔的双耳14、上半部分有螺纹孔13的刚性体，所述双耳14位于竖直端面12的两侧，所述竖直端面12与深松铲的刀背贴合，通过用螺栓穿过双耳14上的通孔和深松铲的安装孔进行固定，深松铲1受力时，与前连接板2不会产生相对位移，前连接板2与深松铲1在深松切削方向为刚性连接，所述螺纹孔13的轴向与深松铲1的深松切削方向一致，用于保证安装后的djsx-25a拉压力传感器3能够受到前连接板2传递的压力；所述后连接板4为一个下半部分有带通孔的双耳15、上半部分有螺纹孔16的刚性体，所述深松铲1与后连接板4的双耳15通过螺栓进行连接，深松铲1与后连接板4存在一个转动自由度；所述djsx-25a拉压力传感器2通过双头螺柱穿过具有螺纹孔13的前连接板2和具有螺纹孔16的后连接板3进行固定安装；由于前连接板2与深松铲1为刚性连接，则当深松铲1受深松阻力与后连接板4产生相对转动时，前连接板2会跟随深松铲1进行转动但不发生相对位置变化，前连接板2与djsx-25a拉压力传感器3通过双头螺柱连接，则在深松作业时，前连接板2转动会压迫djsx-25a拉压力传感器3，使得djsx-25a拉压力传感器3输出模拟电信号；所述方管固定夹5与后连接板4焊接固定，所述方管固定夹5有上、下两个斜45°的夹紧板，板上有两对同心通孔，通过螺栓和螺母进行拴紧咬合，让方管固定夹5夹紧深松机械的机架方管17，进而实现将djsx-25a拉压力传感器3、前连接板2、后连接板4和深松铲1作为一个整体安装在深松机械的机架方管17上；所述djsx-25a拉压力传感器3的信号线与adc0809数模转换电路6相接，模拟电信号通过adc0809数模转换电路6转换为数字信号传给stm32单片机8，所述蜂鸣器11与stm32单片机8连接，在stm32单片机8的键盘9上手动输入深松作业所要求的深度值，stm32单片机8内烧录一个土壤比阻算法(土壤比阻算法为一个土壤学的公式，在该公式中输入深松深度、深松铲质量、阻力系数、土壤比阻、行驶速度和土壤深松幅宽，便可以得到规定深松深度下的理论深松阻力值)，通过土壤比阻算法得出在该深度下的理论深松阻力值，进行深松作业时，深松铲1会受到深松阻力，并在阻力作用下发生摆转，前连接板2会跟随摆转压迫djsx-25a拉压力传感器3输出模拟电信号，模拟电信号通过adc0809数模转换电路6转换为数字信号传给stm32单片机8，在stm32单片机8中运算得出深松铲的实际深松阻力；stm32单片机8内部算法对实际深松阻力与在土壤比阻算法中的理论深松阻力进行比较，并根据判断条件对深松铲深松深度是否合理进行判断，当实际深松阻力值超出理论深松阻力值，判定为深松深度过深，蜂鸣器11进行报警提醒机手进行修正；如果实际深松阻力低于理论深松阻力，则stm32单片机8上的信号灯10闪烁提醒机手修正；如果合理继续进行监测；为了便于对数据进行保存和进一步分析，需要将数据无线传输至电脑端，通过zigbee模块7将数字信号传送至电脑端并保存，stm32单片机8与zigbee模块7进行串口通讯，所述zigbee模块7为双端子，第一个zigbee端子进行数据发送，第二个zigbee端子对数据进行接收并将数据保存至电脑。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。