一种气力输送式小麦播种机流量检测报警装置及方法与流程

本发明涉及农业机械测控技术，特别是一种用于播种量及堵漏检测与报警的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置及方法。

背景技术：

小麦是世界范围内一种重要的农作物，随着现代农业对播种机作业质量、作业速度要求的提高，气力输送式小麦播种机的应用越来越广泛。精量播种能够保证较高的作业质量，使种植密度均匀，节约播种成本，提高经济效益。

目前，国内针对气力输送式小麦播种机播种流量检测的研究较少，主要集中在堵漏检测方面，现有的小麦播种检测方法主要有光电法、电容法、图像法等。光电法对灰尘敏感，且由于小麦种子体积小，容易漏检；电容法对多粒种子同时检测的精度、不同排种速度的影响还有待进一步研究；图像法成本高，对作业环境要求高，难以在农田环境普及，且不宜用于高速流量测量。

国外的气力输送式小麦播种流量传感器以光电法为主，此外还有声电法和压电法。现在的压电法传感器的结构呈一个尖角，这样会造成气流方向的突变；并且为了保证种子全部能撞击到敏感元件上，会设置一个缩小内径的喉部，这本身影响了种子流的顺利通过，且消耗气流的能量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于播种量及堵漏检测与报警的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，包括：

车载终端；

作业速度传感器，安装在播种机的尾部并与所述车载终端连接，用于测量所述播种机前进的实时速度，并将所述实时速度传送到所述车载终端；

种子流量传感器，安装在所述播种机的气流分配器的出种口；以及

信号采集处理单元，分别与所述种子流量传感器和所述车载终端连接，用于采集所述种子流量传感器输出的信号并进行处理后得到即时流量，将所述即时流量传输到所述车载终端；

其中，所述车载终端利用接收到的所述实时速度和设定的种植密度计算出设定的实时播种量，再与接收到的所述即时流量进行比较，若符合报警条件则进行堵漏报警。

上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，所述作业速度传感器为雷达测速传感器，且所述雷达测速传感器的安装轴线与水平面具有一夹角。

上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，所述种子流量传感器包括壳体和安装在所述壳体上的检测件，所述壳体包括用于种子通过的管道，所述检测件包括：

基座，安装在所述管道上，所述基座的截面位于所述管道内的一侧为包括多个台阶的阶梯状，所述台阶之间的连接面呈水平，每个所述台阶的台阶面相互平行且与竖直方向具有一夹角；

补偿单元，水平安装在所述基座上；以及

多个检测单元，分别安装在所述台阶面上。

上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，所述台阶面与竖直方向的夹角为30度。

上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，所述检测单元和补偿单元分别包括：顺序粘结在一起的撞击板、压电陶瓷片、阻尼元件和调谐质量块，通过所述压电陶瓷片引出信号线与所述信号采集处理单元的信号处理电路连接，所述撞击板用于承受种子撞击产生的振动并保护所述压电陶瓷片，所述压电陶瓷片用于检测所述撞击板的振动信号，所述阻尼元件和调谐质量块用于构成调谐质量阻尼器以吸收振动能量并加速信号衰减。

上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，所述撞击板的撞击面尺寸为长25mm，宽5mm，所述压电陶瓷片为黄铜基板，所述压电陶瓷片表面涂覆银电极，所述信号线分别焊接在所述黄铜基板和银电极上。

上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，所述壳体包括连接部和种子检测区，所述连接部设置在所述壳体两端且截面为圆形，所述连接部分别与所述气流分配器和输种管连接，所述种子检测区位于所述连接部之间，包括顺序连接的正方形直管、正方形圆弧弯管和正方形直管，所述正方形直管的截面积与两端连接的所述连接部的圆面积相等。

上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，所述信号采集处理单元的信号处理电路包括差分电路、带通滤波电路、电荷放大电路、包络检波电路和施密特触发器，所述差分电路的两个输入端信号分别为一个所述检测单元的检测信号和补偿单元的补偿信号，所述差分电路用于对所述检测信号和补偿信号差分处理后抑制干扰信号；所述带通滤波电路只允许种子撞击引起的振动频率通过，用于进一步抑制其他杂波干扰信号；所述电荷放大电路用于将微弱的信号进行放大处理；所述包络检波电路用于将放大后的多峰阻尼衰减振荡信号转换成单一峰值信号；所述施密特触发器用于将模拟信号与参考电压比较后输出脉冲信号。

上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，其中，每个所述气流分配器的出种口都安装一个所述种子流量传感器，或每间隔n个气流分配器的出种口安装一个所述种子流量传感器，其中n为整数且n≥1。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种气力输送式小麦播种机流量检测报警方法，其中，采用上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置进行播种量及堵漏检测与报警，包括如下步骤：

s100、测量所述播种机前进的实时速度，并将所述实时速度传送到所述车载终端；

s200、采集所述种子流量传感器输出的信号并进行处理后得到即时流量，将所述即时流量传输到所述车载终端；

s300、所述车载终端利用接收到的所述实时速度和设定的种植密度计算出设定实时播种量；

s400、所述车载终端接收到第n个传感器的即时流量数据fn后，首先判断设定实时播种量f0是否为0，若f0为0则显示流量百分比rn为100％；若f0不为0则计算fn/f0，得到流量百分比rn，车载终端实时显示rn的值；

s500、当每个所述气流分配器的出种口都安装一个所述种子流量传感器时，所述车载终端判断误差|rn－100％|的绝对值是否超过设定的报警阈值m％，若超过则进行声光报警，并重新执行步骤s400，若不超过则直接重新执行步骤s400；当每间隔n个气流分配器的出种口安装一个所述种子流量传感器时，所述车载终端判断rn－100％是否超过设定的报警阈值n％或100％－rn是否超过设定的报警阈值m％，其中，0<n％<m％，若超过则进行声光报警，并重新执行步骤s400，若不超过则直接重新执行步骤s400。

本发明的技术效果在于：

本发明可以在恶劣的环境中保证种子流量测量精度，流量信息为检测控制小麦的实时种植密度提供了保障。在出现漏播或堵塞的早期就能就能通过播种流量的明显减少而提前报警，降低堵塞造成的损失，并且能够在种植密度出现较大偏差的时候实现报警；能够根据报警信息快速准确地确定故障的位置，从而及时排除故障。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的流量检测报警装置结构示意图；

图2为本发明一实施例的种子流量传感器外观结构示意图；

图3为本发明一实施例的种子流量传感器剖面图；

图4为本发明一实施例的检测单元的结构示意图；

图5为本发明一实施例的信号处理电路结构框图；

图6a为本发明一实施例的种子流量传感器布局示意图；

图6b为本发明另一实施例的种子流量传感器布局示意图；

图7a为图6a传感器布局方式对应的流量检测报警流程图；

图7b为图6b传感器布局方式对应的流量检测报警流程图。

其中，附图标记

1作业速度传感器

2气流分配器

3种子流量传感器

4信号采集处理单元

41差分放大电路

42带通滤波电路

43电荷放大电路

44包络检波电路

45施密特触发器

5车载终端

6壳体

7检测件

8基座

9a补偿单元

9b检测单元

10调谐质量块

11阻尼元件

12压电陶瓷片

13撞击板

14出种口

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本发明一实施例的流量检测报警装置结构示意图。本发明的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置，包括：车载终端5，安装有堵漏检测软件；作业速度传感器1，安装在播种机的尾部并与所述车载终端5连接，用于测量所述播种机前进的实时速度，并将所述实时速度传送到所述车载终端5。所述作业速度传感器1优选为雷达测速传感器，且所述雷达测速传感器安装在播种机尾部，其安装轴线与水平面具有一夹角，即与地面呈一定角度；种子流量传感器3，安装在所述播种机的气流分配器2的出种口14；以及信号采集处理单元4，分别与所述种子流量传感器3和所述车载终端5连接，用于采集所述种子流量传感器3输出的信号并进行处理计数后得到即时流量，将所述即时流量信息通过can总线传输到所述车载终端5；其中，所述车载终端5上安装的堵漏检测软件利用接收到的所述实时速度信息和设定的种植密度可以换算出设定的实时播种量，再与接收到的所述即时流量信息进行比较，获得播种合格率，若符合报警条件则进行堵漏报警。综合传感器的检测误差和作业速度变化引起播种量变化的响应时间，应该设置合理的报警条件，本实施例设定流量偏差超过20％，且在时间超过2s后进行报警。

参见图2及图3，图2为本发明一实施例的种子流量传感器外观结构示意图，图3为本发明一实施例的种子流量传感器剖面图。本实施例的所述种子流量传感器3包括壳体6和安装在所述壳体6上的检测件7，所述壳体6为用于种子通过的管道。所述壳体6包括连接部和种子检测区，所述连接部设置在所述壳体6两端且截面为圆形，所述连接部分别与所述气流分配器2和输种管连接，所述种子检测区位于两端连接部之间，包括顺序连接的正方形直管、正方形圆弧弯管和正方形直管三段连接构成，所述正方形直管的截面积与两端连接的所述连接部的圆面积相等，该种子通路采用等截面积设计，使气流更稳定输送。所述检测件7包括：基座8，安装在所述种子检测区的管道上，所述基座8的截面位于所述管道内侧，为包括多个台阶的阶梯状，所述台阶之间的连接面呈水平，每个所述台阶的台阶面相互平行且与竖直方向具有一夹角，所述台阶面与竖直方向的夹角优选为30度；一个补偿单元9a，水平安装在所述基座8上；以及多个检测单元9b，分别安装在所述台阶面上，每个台阶面上可设置一个或两个检测单元9b。种子通过种子检测区的管道时撞击检测单元9b，输出一个衰减振荡信号。

参见图4，图4为本发明一实施例的检测单元的结构示意图。本发明的检测单元9b和补偿单元9a结构一样，分别包括：通过胶顺序牢固粘结在一起的撞击板13、压电陶瓷片12、阻尼元件11和调谐质量块10，通过所述压电陶瓷片12引出信号线与所述信号采集处理单元4的信号处理电路连接，所述撞击板13用于承受种子撞击产生的振动并保护所述压电陶瓷片12避免直接承受撞击而损坏，所述压电陶瓷片12用于检测所述撞击板13的振动信号，所述阻尼元件11和调谐质量块10用于构成调谐质量阻尼器以吸收振动能量并加速信号衰减。其中，所述撞击板13的撞击面尺寸优选为长25mm，宽5mm，所述压电陶瓷片12优选为黄铜基板，所述压电陶瓷片12表面涂覆银电极，优选长为24mm，宽为5mm的长方形，厚度为0.1mm，所述信号线分别焊接在所述黄铜基板和银电极上。

补偿单元9a与检测单元9b硬件构成完全相同，只是作用不同，为了避免受到种子撞击，补偿单元9a呈水平方式，用于抑制外界振动或电磁干扰；由于两者具有相似的工作环境，所以振动、电磁、气流压力、温度等各种因素产生的干扰信号具有大小、形状相似的波形，通过后续电路处理，能够很好的消除外界干扰。检测单元9b与竖直方向的夹角不能太小，这样会把种子反弹回去，增加能量消耗，且可能造成种子的二次撞击，增大计数误差；夹角太大，种子的撞击力太小，不易检测，且会造成种子在检测单元9b表面滑动，导致产生的信号不再是标准阻尼振动衰减信号，且使一次撞击信号衰减的时间明显加长，最终可能导致重复计数且不利于高速种子计数；另一种情况是该信号与后续种子的撞击信号混在一起，会造成漏记。

参见图5，图5为本发明一实施例的信号处理电路结构框图。所述信号采集处理单元4包含多路信号处理电路、微处理器和can总线通讯模块。每一路的信号处理电路包括差分放大电路41、带通滤波电路42、电荷放大电路43、包络检波电路44和施密特触发器45，所述差分放大电路41的两个输入端信号分别为一个检测单元9b的检测信号和补偿单元9a的补偿信号，所述差分放大电路41用于对所述检测信号和补偿信号差分处理后抑制干扰信号；所述带通滤波电路42只允许种子撞击引起的振动频率通过，用于进一步抑制其他杂波干扰信号；所述电荷放大电路43用于将微弱的信号进行放大处理；所述包络检波电路44用于将放大后的多峰阻尼衰减振荡信号转换成单一峰值信号；所述施密特触发器45用于将模拟信号与参考电压比较后输出脉冲信号，与一般比较器相比，可避免噪声信号引起的误触发，调节可变电阻可以改变传感器的灵敏度。信号经处理电路处理后的输出为一个脉冲信号；补偿单元9a与用于检测种子撞击的检测单元9b完全相同，能保证补偿单元9a与检测单元9b在相同干扰因素下具有几乎一样的干扰输出，然后通过信号的差分处理来消除机器的振动或其他电磁干扰。微处理器将采集各路脉冲信号进行计数并通过can总线将流量信息传输到车载终端5。车载终端5根据作业速度确定实时的流量，当检测到的种子流量与设定的种子流量差值超过20％且在该状态下超过2s则进行声光报警。

种子流量传感器3的安装方式可以有两类形式，参见图6a及图6b，图6a为本发明一实施例的种子流量传感器布局示意图，图6b为本发明另一实施例的种子流量传感器布局示意图。种子流量传感器3布局可有两种方式，一种是每个所述气流分配器2的出种口14都安装一个所述种子流量传感器3，这样可以实时获得每个出种口14的流量rn，但使用的种子流量传感器3数量多，需要扩展的can接口也较多。另一种是每间隔一定出种口14数量n个气流分配器2的出种口14安装一个所述种子流量传感器3，其中n为整数且n≥1。假设间隔一个，这样的安装方式降低了种子流量传感器3数量和数据传输接口的数量，可以节约成本，但是不能直观获得各个输种管的流量。

本发明的气力输送式小麦播种机流量检测报警方法，采用上述的气力输送式小麦播种机流量检测报警装置进行播种量及堵漏检测与报警，包括如下步骤：

步骤s100、测量所述播种机前进的实时速度，并将所述实时速度传送到所述车载终端5；

步骤s200、采集所述种子流量传感器3输出的信号并进行处理后得到即时流量，将所述即时流量传输到所述车载终端5；

步骤s300、所述车载终端5利用接收到的所述实时速度和设定的种植密度计算出设定实时播种量；

步骤s400、所述车载终端5接收到第n个传感器的即时流量数据fn后，首先判断设定实时播种量f0是否为0，若f0为0则显示流量百分比rn为100％；若f0不为0则计算fn/f0，得到流量百分比rn，车载终端5实时显示rn的值；

步骤s500、当每个所述气流分配器2的出种口14都安装一个所述种子流量传感器3时(参见图6a、图7a)，所述车载终端5判断误差|rn－100％|的绝对值是否超过设定的报警阈值m％，若超过则进行声光报警，并重新执行步骤s400，若不超过则直接重新执行步骤s400；当每间隔n个气流分配器2的出种口14安装一个所述种子流量传感器3时(参见图6b、图7b)，所述车载终端5判断rn－100％是否超过设定的报警阈值n％，或100％－rn是否超过设定的报警阈值m％，其中，0<n％<m％，若超过则进行声光报警，并重新执行步骤s400，若不超过则直接重新执行步骤s400。

本发明依据种子流量传感器3安装方式不同，漏播检测方法也要做相应的变化，如图7a对应图6a的安装方式，车载终端5接收到第n个种子流量传感器3的流量数据fn后，首先判断设定流量f0是否为0，f0的含义是单位时间内播种粒数，若为0则显示流量百分比rn为100％，若不为0则计算fn/f0，得到流量百分比rn，车载终端5实时显示rn的值；随后判断误差的绝对值是否超过设定的报警阈值m％，若超过则进行声光报警，程序进入下一循环，若不超过直接进入下一循环。

图7b对应图6b的安装方式，相对于图7a，堵漏报警的判断条件做适当改变：当100％-rn大于m％时，可以判断种子流量传感器n所在的输种管路发生堵塞，直接报警该输种管出现堵塞；当rn-100％大于n％时，可以判定在种子流量传感器n的附近管路发生堵塞，只能报警可能堵塞的输种管路，需要自行停车检查确认，n％取值应在0<n％<m％的范围。检测未安装种子流量传感器3的输种管堵塞的原理是：当某一输种管堵塞时，会影响其他管路的播种量，尤其是对其附近的管路影响更严重，由于种子分流的原因，某一管路堵塞时其他管路的流量变化要小于堵塞管路的变化，为了达到相同精度的检测目的，所以n％应该小于m％。阈值m％和n％在设置时应综合考虑检测误差、响应延迟和合格率等要求，其值的选取对漏播报警的准确性和快速性影响很大，本实施例设定m的值优选为20。

本发明可以在恶劣的环境中保证种子流量测量精度，流量信息为检测控制小麦的实时种植密度提供了保障。在出现漏播或堵塞的早期就能就能通过播种流量的明显减少而提前报警，降低堵塞造成的损失，并且能够在种植密度出现较大偏差的时候实现报警；能够根据报警信息快速准确地确定故障的位置，从而及时排除故障。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。