专利名称：一种玉米精密播种机的播种工况监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及播种机的播种工况监控装置，尤其涉及一种玉米精密播种机的播种工况监控装置。
背景技术：
近年来，随着精密播种技术的发展，精密播种机已成为现代播种技术的主要特征，成为播种的主要发展方向，目前国内使用的精播机大多数是机械式和气力式播种机，在播种作业时具有播种过程全封闭的特点，因此凭人的视觉和听觉无法直接监视其作业质量，而在播种作业时发生的种箱排空、输种管杂物堵塞、排种器故障、开沟器堵塞或排种传动失灵等工艺性故障均会导致一行或数行下种管不能够正常播种造成断条、漏播的现象，从而导致农业减产。对于目前大力推广使用的免耕播种机来说，由于其作业地表秸杆覆盖，精播机工作时环境条件更加恶劣，漏播、堵塞现象发生也就更加频繁。鉴于此，对播种机的播种质量进行监测就显得尤为重要。因此，对精密播种机排种器的监控系统的研究具有重大的经济效益和现实意义。目前，国内的精密式播种机大致有:气吸式、气吹式、机械式等几大类。近年来，随着国家推广精密播种技术的力度不断加大，由于缺少监控系统而造成的播种损失问题不断显现。因此，我国一些科研单位近几年来已着手进行电子监视装置的研制工作，在播种机工艺性故障自动监控系统研究方面取得了较大的进展和一定程度的推广应用，但其研究主要集中在监控器的研究和试验上，并且由于新技术不能较快地转化成生产力，系统工作可靠性不强，监控系统尚不成熟，制造成本太高，所以带有监控系统的播种机还没有太多成功的机型。据有关部门的统计资料表明，我国年平均播漏种率为百分之一，每年漏播的土地面积接近于日本的总耕种面积。如果监控系统在生产实践中得到应用，将大大减少国家的损失。玉米播种工况监控装 置主要应用于精密播种机上，对排种器卡种、开沟器堵塞或种箱缺种等现象造成的排种异常工况进行实时、自动监测和报警，并对播种量进行统计，从而减少漏播现象，提高播种作业质量。目前大部分的播种工况监控装置基于对射式光电原理，采用小功率红外光敏对管对下种信号进行监测，种子通过传感器时会遮断红外光束，传感器将排种管中的种子落下信号变换成电脉冲信号，单片机采集此电脉冲信号，由此判断是否正常下种，当下种状态不正常时，进行声光报警等提示，而不对实时的播种量、播种密度、播种作业速度以及播种面积进行显示。在玉米精密播种机上安装播种工况监控装置时，通常将播种监控传感器安装在排种管之上，安装空间十分有限。而现有的播种工况监控传感器多采用对射式光电传感器，发射器件与接收器件分离，布线较多，结构复杂。仅通过电脉冲信号的上升沿或下降沿来判断是否有种子落下，无法将灰尘、碎屑落下的产生的电脉冲信号与种子落下信号进行区分，极易受到环境中的杂物、机器振动等干扰，产生故障误报警现象，而且无法对播种量进行准确计量。[0007]此外，现有的播种工况监控装置对播种作业工况参数的监控主要局限于下种状态的监测，没有播种量、播种密度、播种作业速度、播种面积等的实时监测和显示功能，不利于作业人员评估播种作业质量，及时调整播种作业速度和处理异常工况；现有的播种监控装置仅适用于特定型号的播种机，当机具发生变化时，无法设置播种监控行数、机具参数，不能灵活地与不同的播种机具适配。因此，针对以上不足，本实用新型提供了一种适用于玉米精密播种机的播种工况监控装置，它采用结构紧凑的反射式光电传感器将种子流动信号转换为电脉冲信号，利用微控制器的脉冲捕获单元获取脉冲信号的宽度，通过与特定的脉宽阈值相比较，克服杂物、振动等带来的故障误报警等问题；监测模块采集播种监控传感器信号和地速信号，并计算播种量、播种密度、播种作业速度、播种面积等参数；显示终端对排种异常状况进行声光报警和图形化显示，实时监测和显示播种量、播种密度、播种作业速度、播种面积等作业参数，使作业人员实时掌控播种作业情况，及时调整作业速度和处理异常工况。并且能够通过显示终端灵活设置机具参数、监测行数，使播种工况监控装置能够适用于不同的机具。
实用新型内容(一)要解决的技术问题当下种状态不正常时，只进行声光报警等提示，而不对实时的播种量、播种密度、播种作业速度以及播种面积进行显示，不利于作业人员评估播种作业质量，及时调整播种作业速度和处理异常工况。仅通过电脉冲信号的上升沿或下降沿来判断是否有种子落下，无法将灰尘、碎屑落下的产生的电脉冲信号与种子落下信号进行区分，极易受到环境中的杂物、机器振动等干·扰，产生故障误报警现象，而且无法对播种量进行准确计量。此外，现有的播种监控装置仅适用于特定型号的播种机，当机具发生变化时，无法设置播种监控行数、机具参数，不能灵活地与不同的播种机具适配。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种玉米精密播种机的播种工况监控装置，其包括播种监控传感器、地速传感器、监测模块和显示终端。其中，播种监控传感器安装在排种管的一侧。其中，地速传感器采用霍尔型传感器，其中磁钢放置于播种机的地轮之上，霍尔感应器件安装在地轮固定支架上。其中，监测模块安装在播种机的种箱侧面，通过防水插头与播种监控传感器和地速传感器相连接。其中,播种机通过三点悬挂机构与拖拉机相连。其中，显示终端固定在拖拉机的驾驶室内，通过CAN总线与监测模块连接。播种监控传感器的感应器件为反射式光电器件，包括红外发射二极管、红外光敏三极管、印制电路板和外围器件。播种监控传感器的红外发射和接收窗口集成在同一块电路板上，且与排种管的侧面开孔对齐安装在排种管上。监测模块的中央处理器为AT90CAN128微控制器，微控制器的CAN总线通信接口管脚与CAN总线收发电路相连，其中CAN总线收发芯片为CTM8251T。[0022]显示终端包括ARM微处理器、键盘电路、液晶显示模块、CAN收发模块和RS232接口电路，其中，ARM微处理器采用AT91SAM7X256 ;按键信号与微处理器的输入IO引脚相连；微处理器通过芯片SN74LVC4245驱动液晶模块，AT91SAM7X256的CAN总线通信接口管脚与CAN收发电路相连。整个装置由拖拉机的蓄电池供电，供电电压为12V。(三)有益效果本实用新型的上述技术方案具有如下优点:1、本实用新型由于采用反射式红外光电传感器来检测种子下落的信号，使发射器件和接收器件可以集成在一块印制电路板上，减少了布线，使播种监控传感器结构更加简单。2、本实用新型采用脉冲捕获的方法同时捕获种子下落信号对应的电脉冲上升沿和下降沿，精确计算脉冲宽度，并通过阈值比较的方法来识别出有用信号，滤除田间作业条件下环境灰尘、机器振动等的干扰，实现对于玉米播种量的精确计量。3、本实用新型能够实时监测地速信号，并根据获得的地速信息、播种量等信息，实时计算并显示播种作业面积、播种密度等作业参数，为操作者调整作业速度和及时处理异常工况提供指导。4、本实用新型适用于玉米精密播种机，能够及时发现排种器卡种、开沟器堵塞或种箱缺种等造成的排种异常现象，并进行实时、自动监测和报警，减少漏播现象，提高播种作业质量；降低人工成本，并消除人工监控所带来的不确定性。
图1是本实用新型播种工况监控装置结构及安装示意图。图2是本实用新型播种监控传感器结构示意图。图3是本实用新型播种监控传感器安装示意图。图4是本实用新型监测模块电路框图。图5是本实用新型显示终端电路框图。图中，1:拖拉机；2:三点悬挂机构；3播种机；4:蓄电池；5:显不终端；6:监测模块；7:播种监控传感器；8:排种管；9:地速传感器；10:红外发射二极管；11:红外光敏三极管；12:印制电路板；13:外围器件。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。本实用新型提供了一种玉米精密播种机的播种工况监控装置，其包括播种监控传感器、地速传感器、监测模块和显示终端。装置的结构及安装示意图如图1所示。其中，播种监控传感器安装在排种管的一侧。其中，地速传感器采用霍尔型传感器，其中磁钢放置于播种机的地轮之上，霍尔感应器件安装在地轮固定支架上。其中，监测模块安 装在播种机的种箱侧面，通过防水插头与播种监控传感器和地速传感器相连接。 其中，播种机通过三点悬挂机构与拖拉机相连。其中，显示终端固定在拖拉机的驾驶室内，便于机手查看和操作，通过CAN总线与监测模块连接。整个装置由拖拉机的蓄电池供电，供电电压为12V。播种监控传感器的感应器件为反射式电器件，包括红外发射二极管、红外光敏三极管、印制电路板和外围器件，如图2所示。当没有物体经过传感器时，红外光敏三极管工作在截止状态；当有种子等颗粒物经传感器落下时，红外发射二极管发射的红外光被颗粒物反射，红外光敏三极管接收到反射的红外光后导通，产生电脉冲信号。通过改变红外发射二极管和红外光敏三极管与印制电路板的夹角01、02以及距离d，可以相应地调整播种监控传感器的探测范围。播种监控传感器的安装示意图如图3所示。在排种管的一侧开孔，将播种监控传感器的红外发射与接收窗口集成在同一块电路板上，且与排种管的侧面开孔对齐，然后采用卡箍或扎带等将播种监控传感器固定在排种管上。监测模块对播种监控传感器信号和地速信号进行采集，判断排种状况，并计算播种量、播种作业面积、播种密度、播种作业速度等作业参数，然后通过CAN总线将这些信息发送至显示终端。监测模块的电路框图如图4所示，模块的中央处理器为AT90CAN128微控制器。各路播种监控传感器输出的电脉冲信号通过滤波与整形以后，输送到微控制器的脉冲捕获管脚，各路传感器信号分别由微控制器的各个脉冲捕获单元进行捕获，获取脉冲的上升沿和下降沿，由此计算出脉冲宽度，并与脉宽阈值相比较，判断是种子落下、灰尘落下还是有两粒种子同时落下，如果脉宽在5ms-25ms之间，则判定为种子落下，对播种粒数进行累加。地速信号直接接到微控制器的中断单元，根据中断次数来计算地速。微控制器进而根据地速信息、作业幅宽、播种量来计算播种面积、播种密度等参数。微控制器的CAN总线通信接口管脚与CAN总线收发电路相连，实现与显示终端的通讯，其中CAN总线收发芯片采用CTM8251T。供电电路为微控制器和传感器提供5V的工作电源，复位电路提供微控制器上电复位和手动复位功能，晶振电路为微控制器提供8MHZ的时钟源。显示终端实时显示各个种管状态、播种作业参数，并且对异常的排种状况进行图形化显示和声光报警。显示终端如图5所示，其由ARM微处理器、键盘电路、液晶显示模块、CAN收发模块、RS232接口电路组成。ARM微处理器采用AT91SAM7X256。按键信号与微处理器的输入IO引脚相连，微处理器对按键状态进行轮询。微处理器通过芯片SN74LVC4245驱动液晶模块，从而在液晶模块上显示播种量、播种面积、播种密度等信息。AT91SAM7X256的CAN总线通信接口管脚与CAN收发电路相连，实现与监测模块的通讯。显示终端上还具有RS232接口电路，进行电平转换，使显示终端可以通过RS232与计算机进行通讯。此外，AT91SAM7X256还具有供电电路、复位电路、晶振电路等外围电路。显示终端的面板的液晶显示屏上可以显示种管状态、播种作业参数等信息。通过“设置”、“取消”、“确认”及四个方向按键进行状态界面切换和参数设置等工作，并将设置好的参数通过CAN总线发送给监测模块，从而达到人机交互的作用。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视 为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种玉米精密播种机的播种工况监控装置，其特征在于，包括播种监控传感器、地速传感器、监测模块和显示终端，其中: 1)播种监控传感器安装在排种管的一侧； 2)地速传感器采用霍尔型传感器，其中磁钢放置于播种机的地轮之上，霍尔感应器件安装在地轮固定支架上； 3)监测模块安装在播种机的种箱侧面，通过防水插头与播种监控传感器和地速传感器相连接； 4)播种机通过三点悬挂机构与拖拉机相连； 5)显示终端固定在拖拉机的驾驶室内，通过CAN总线与监测模块连接。
2.根据权利要求1所述的玉米精密播种机的播种工况监控装置，其特征在于，所述的播种监控传感器的感应器件为反射式光电器件，包括红外发射二极管、红外光敏三极管、印制电路板和外围器件。
3.根据权利要求2所述的播种监控传感器，其特征在于，播种监控传感器的红外发射和接收窗口集成在同一块电路板上，且与排种管的侧面开孔对齐安装在排种管上。
4.根据权利要求1所述的玉米精密播种机的播种工况监控装置，其特征在于，所述的监测模块的中央处理器为AT90CAN128微控制器，微控制器的CAN总线通信接口管脚与CAN总线收发电路相连，其中CAN总线收发芯片为CTM8251T。
5.根据权利要求1所述的玉米精密播种机的播种工况监控装置，其特征在于，所述的显示终端包括ARM微处理器、键盘电路、液晶显示模块、CAN收发模块和RS232接口电路，其中，ARM微处理器采用AT91SAM7X256 ;按键信号与微处理器的输入IO引脚相连；微处理器通过芯片SN74LVC4245驱动液晶模块，AT91SAM7X256的CAN总线通信接口管脚与CAN收发电路相连。
6.根据权利要求1所述的玉米精密播种机的播种工况监控装置，其特征在于，整个装置由拖拉机的蓄电池供电，供 电电压为12V。
专利摘要本实用新型提供了一种玉米精密播种机的播种工况监控装置。其包括播种监控传感器、地速传感器、监测模块和显示终端。地速传感器采用霍尔型传感器，监测模块安装在播种机种箱侧面，显示终端固定在拖拉机驾驶室内，通过CAN总线与监测模块连接。播种监控传感器的红外发射和接收窗口集成在同一块电路板上，与排种管的侧面开孔对齐安装在排种管上，减少了布线。本装置滤除了环境灰尘、机器振动等干扰，能实时监测地速信号，实时计算并显示播种作业面积、播种密度等参数，能及时发现排种器卡种、开沟器堵塞或种箱缺种等造成的排种异常现象，并进行实时、自动监测和报警，减少漏播现象，提高播种质量，降低人工成本，消除了人工监控带来的不确定性。
文档编号G05B19/418GK203149368SQ201320096709
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者王沛东, 孟志军, 付卫强, 梅鹤波, 罗长海, 武广伟, 董建军 申请人:北京农业智能装备技术研究中心