本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械，具體涉及一種玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

玉米免耕深松施肥播種機(jī)是在玉米免耕覆蓋播種施肥的同時(shí)完成深松作業(yè)，通過(guò)將兩項(xiàng)作業(yè)合二為一，可以減少作業(yè)次數(shù)和所需作業(yè)農(nóng)時(shí)，避免對(duì)土壤的重復(fù)壓實(shí)，降低勞動(dòng)消耗和作業(yè)成本，有利于作物的生長(zhǎng)。對(duì)玉米免耕深松施肥播種機(jī)的作業(yè)質(zhì)量的判斷，不僅要看施肥播種的情況，還是看深松的深度是否達(dá)標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的玉米免耕深松施肥播種機(jī)缺少智能化監(jiān)控裝置，作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的缺種、堵塞故障無(wú)法進(jìn)行警示，斷條、缺苗現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，而耕深的調(diào)節(jié)通常依靠機(jī)手憑經(jīng)驗(yàn)大概調(diào)節(jié)，由于土壤條件和人員操作的差異，很容易造成同一塊地耕整地深度不一致，直接影響作業(yè)質(zhì)量，同時(shí)由于缺少有效的監(jiān)管手段，管理部門對(duì)機(jī)具深松作業(yè)質(zhì)量的監(jiān)管只能采用人工抽查的方式，管理起來(lái)極不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和方法，實(shí)現(xiàn)了播種狀態(tài)和耕深狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)管，有效的解決了作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的缺種、斷條、耕深不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，為作業(yè)質(zhì)量的監(jiān)控提供技術(shù)依據(jù)。

為了解決所述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括控制器，用于處理各模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，并把生成的作業(yè)信息發(fā)送到顯示模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)；

種子監(jiān)測(cè)模塊，與控制器連接，安裝在播種機(jī)機(jī)具上，包括種子傳感器和種子信號(hào)處理單元，用于玉米種子的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)和分析；

耕深監(jiān)測(cè)模塊，與控制器連接，安裝在拖拉機(jī)下懸掛臂上，用于耕深值的采集和計(jì)算；

顯示模塊，與控制器連接，用于顯示作業(yè)參數(shù)，并向用戶提供數(shù)據(jù)保存和查詢功能；

無(wú)線傳輸模塊，與控制器連接，用于作業(yè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸；

GPS衛(wèi)星定位模塊，與控制器連接，用于生成機(jī)具作業(yè)時(shí)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；

速度檢測(cè)模塊，與控制器連接，安裝在機(jī)具的地輪上，用于采集地輪的行進(jìn)速度；

語(yǔ)音報(bào)警模塊，與控制器連接，用于對(duì)控制器輸出的報(bào)警信息進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。

本發(fā)明所述玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和方法，所述種子傳感器安裝在導(dǎo)種管上，種子傳感器包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端采用紅外發(fā)射管，接收端采用陣列式硅光電二極管。

本發(fā)明所述玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和方法，所述種子信號(hào)處理單元包括1個(gè)提高主頻的鎖相環(huán)倍頻電路。

本發(fā)明所述玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和方法，所述耕深監(jiān)測(cè)模塊包括傾角傳感器。

本發(fā)明所述玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和方法，所述顯示模塊為觸摸屏顯示模塊，所述無(wú)線傳輸模塊為GPRS無(wú)線傳輸模塊。

本發(fā)明所述玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和方法，所述控制器、顯示模塊、無(wú)線傳輸模塊、GPS定位模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊安裝在駕駛室內(nèi)。

本發(fā)明所述玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和方法，控制器通過(guò)CAN總線連接種子監(jiān)測(cè)模塊、耕深檢測(cè)模塊、顯示模塊、無(wú)線傳輸模塊、GPS衛(wèi)星定位模塊、速度檢測(cè)模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種利用上述監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)玉米免耕深松施肥播種機(jī)進(jìn)行監(jiān)控的方法，該方法包括以下步驟：1、系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況設(shè)定作業(yè)參數(shù)，作業(yè)參數(shù)包括：株距、斜邊長(zhǎng)度、初始角度、耕深上限和耕深下限；

2、參數(shù)設(shè)置完畢后，監(jiān)控系統(tǒng)循環(huán)掃描開(kāi)始，首先判斷保存按鍵是否按下，若按下則將需要保存的作業(yè)信息數(shù)據(jù)發(fā)送到保存寄存器，然后判斷查詢按鍵是否按下，若按下則將保存寄存器的作業(yè)信息發(fā)送到觸摸屏查詢界面顯示；

3、按鍵狀態(tài)判斷完畢后控制器接收各個(gè)模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，包括種子信號(hào)、耕深信號(hào)、定位信號(hào)、速度信號(hào)，并根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信息判斷播種機(jī)的播種狀態(tài)和耕深狀態(tài)；

耕深狀態(tài)的判斷過(guò)程為：控制器根據(jù)設(shè)定的斜邊長(zhǎng)度、初始角度以及耕深監(jiān)測(cè)模塊測(cè)得的信號(hào)計(jì)算出機(jī)具的當(dāng)前耕深值，將當(dāng)前耕深值發(fā)送到顯示模塊顯示，同時(shí)控制器判斷當(dāng)前耕深值是否在設(shè)定的耕深上限和耕深下限范圍內(nèi)，超出范圍則通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警模塊報(bào)警提示；

播種狀態(tài)的判斷過(guò)程為：控制器根據(jù)設(shè)定的株距以及速度檢測(cè)模塊測(cè)得的速度值計(jì)算出正常播種時(shí)兩粒種子之間的時(shí)間間隔，根據(jù)此時(shí)間間隔和種子傳感器的脈沖信號(hào)狀態(tài)，得到正常的播種粒數(shù)、重播數(shù)和漏播數(shù)，并發(fā)送給顯示模塊顯示，同時(shí)判斷種子脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔與計(jì)算出的時(shí)間間隔的差異，若差異過(guò)大則判定播種狀態(tài)異常并通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警模塊報(bào)警提示；

4、控制器將發(fā)送到顯示模塊的狀態(tài)信息通過(guò)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)；

5、返回到監(jiān)控系統(tǒng)循環(huán)掃描開(kāi)始處重復(fù)步驟2-4直到作業(yè)停止。

本發(fā)明所述玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控方法，控制器根據(jù)公式計(jì)算出當(dāng)前耕深，公式中h表示當(dāng)前耕深，R表示深松鏟底座到懸掛臂轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離，即步驟1中設(shè)定的斜邊長(zhǎng)度，表示深松鏟底座到懸掛臂轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線與水平面的夾角，表示初始角度，在步驟1中設(shè)定，表示深耕角度，由耕深檢測(cè)模塊測(cè)得。

本發(fā)明所述玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控方法，步驟1中，參數(shù)設(shè)定完畢后，進(jìn)入主界面，根據(jù)顯示的當(dāng)前耕深值進(jìn)行耕深校準(zhǔn)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別重播、漏播、缺種、堵塞和正常播種五種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了已播數(shù)、重播數(shù)、漏播數(shù)、畝播種量的計(jì)量和缺種、堵塞故障報(bào)警，杜絕了種子斷條現(xiàn)象的發(fā)生；所述的耕深監(jiān)測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)耕深值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和平均值分析，當(dāng)耕深不符合要求，報(bào)警提示，并對(duì)作業(yè)面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，機(jī)手耕作時(shí)有調(diào)節(jié)依據(jù)；所述的高抗塵種子傳感器采用陣列式硅光電二極管作為接收器件，接收光強(qiáng)面積和范圍更廣，有效地避免了灰塵堆積導(dǎo)致信號(hào)減弱出現(xiàn)的誤報(bào)警情況；采用觸摸屏作為人機(jī)交互終端，參數(shù)通過(guò)觸摸屏進(jìn)行設(shè)置和顯示，操作起來(lái)十分方便；系統(tǒng)設(shè)計(jì)有作業(yè)數(shù)據(jù)本地保存和遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸功能，可以為用戶和監(jiān)管部門核查作業(yè)質(zhì)量情況提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明在機(jī)具上的安裝示意圖；

圖2為本發(fā)明的種子傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的原理框圖；

圖4為本發(fā)明正常播種狀態(tài)的波形圖；

圖5為本發(fā)明重播狀態(tài)的波形圖；

圖6為本發(fā)明漏播狀態(tài)的波形圖；

圖7為本發(fā)明耕深計(jì)算示意圖；

圖中：1、速度檢測(cè)模塊，2、種子傳感器，3、信號(hào)處理單元，4、耕深監(jiān)測(cè)模塊，5、控制器，6、觸摸屏顯示模塊，7、發(fā)射端，8、接收端，9、GPRS無(wú)線傳輸模塊，10、GPS衛(wèi)星定位模塊，11、語(yǔ)音報(bào)警模塊，12、種子監(jiān)測(cè)模塊，13、懸掛臂轉(zhuǎn)動(dòng)中心，14、深松鏟底座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

一種玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，圖1為本發(fā)明在播種機(jī)機(jī)具上的安裝示意圖，圖3為本發(fā)明的原理框圖，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括控制器5、種子監(jiān)測(cè)模塊12、耕深檢測(cè)模塊4、觸摸屏顯示模塊6、GPRS無(wú)線傳輸模塊9、GPS衛(wèi)星定位模塊10、速度檢測(cè)模塊1和語(yǔ)音報(bào)警模塊11。

所述控制器5安裝在駕駛室內(nèi)，與各個(gè)模塊之間通過(guò)CAN總線連接，用于處理各個(gè)模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，并把生成的作業(yè)信息發(fā)送到觸摸顯示屏6和遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)顯示。

所述種子監(jiān)測(cè)模塊12安裝在播種機(jī)機(jī)具上，包括高抗塵種子傳感器2和種子信號(hào)處理單元3，用于玉米種子的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)和分析。本實(shí)施例中，所述種子傳感器2安裝在排種器下方的導(dǎo)種管上，如圖2所示，種子傳感器2包括發(fā)射端7和接收端8，發(fā)射端7采用3個(gè)直徑為5mm的紅外發(fā)射管，接收端8采用陣列式硅光電二極管，玉米種子從硅光電二極管的感光面經(jīng)過(guò)時(shí)，產(chǎn)生高低變化的脈沖信號(hào)。所述種子信號(hào)處理單元3安裝在安裝在機(jī)具橫梁上，連接4個(gè)播種單體的種子傳感器。本實(shí)施例中，所述種子信號(hào)處理單元3包括1個(gè)提高主頻的鎖相環(huán)倍頻電路，主頻更高，信號(hào)不丟失。

所述耕深監(jiān)測(cè)模塊4安裝在拖拉機(jī)下懸掛臂上，用于耕深值的采集和計(jì)算。本實(shí)施例中，所述耕深檢測(cè)模塊4包括一個(gè)高精度傾角傳感器，用于檢測(cè)懸掛臂的旋轉(zhuǎn)角度。

所述觸摸屏顯示模塊6安裝在駕駛室內(nèi)，用于顯示作業(yè)面積、作業(yè)速度、當(dāng)前耕深和平均耕深、行播種量、畝播種量等參數(shù)，并向用戶提供數(shù)據(jù)保存與查詢功能。

所述GPRS無(wú)線傳輸模塊9安裝在駕駛室內(nèi)，用于作業(yè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。所述GPS衛(wèi)星定位模塊10，安裝在駕駛室內(nèi)，用于生成機(jī)具作業(yè)時(shí)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。所述速度檢測(cè)模塊1，安裝在機(jī)具的地輪上，通過(guò)霍爾感應(yīng)，采集地輪的行進(jìn)速度；語(yǔ)音報(bào)警模塊11，安裝在駕駛室內(nèi)，用于對(duì)控制器5輸出的報(bào)警信息進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。

本實(shí)施例中，GPRS無(wú)線傳輸模塊9、GPS衛(wèi)星定位模塊10、語(yǔ)音報(bào)警模塊11集成在控制器5內(nèi)。

本實(shí)施例中還公開(kāi)了一種上述監(jiān)控系統(tǒng)的玉米免耕深松施肥播種機(jī)監(jiān)控方法，所述方法為：1、下地工作前，根據(jù)耕種土地的農(nóng)藝要求和配套機(jī)具的實(shí)際尺寸，通過(guò)觸摸屏顯示模塊6設(shè)定好系統(tǒng)時(shí)間、株距、斜邊長(zhǎng)度、初始角度、耕深上限和耕深下限等參數(shù)，設(shè)定完畢后進(jìn)入觸摸屏主顯示界面，根據(jù)顯示的當(dāng)前耕深值對(duì)耕深參數(shù)作校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完畢后機(jī)具開(kāi)始作業(yè)。

2、校準(zhǔn)完畢后，監(jiān)控系統(tǒng)循環(huán)掃描開(kāi)始，判斷保存按鍵是否按下，若按下則將需要保存的作業(yè)信息數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)置的保存寄存器，判斷查詢按鍵是否按下，若按下則將保存寄存器的作業(yè)信息發(fā)送到觸摸屏查詢界面顯示。

3、按鍵狀態(tài)判斷完畢后控制器5通過(guò)CAN總線接收各個(gè)模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，包括種子信號(hào)、耕深信號(hào)、定位信號(hào)，并實(shí)時(shí)接收處理速度傳感器的脈沖信號(hào)，并根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信息判斷播種機(jī)的播種狀態(tài)和耕深狀態(tài)。

判斷作業(yè)速度和作業(yè)面積的過(guò)程為：作業(yè)時(shí)，地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，速度檢測(cè)模塊1輸出頻率變化的脈沖信號(hào)，控制器5捕獲該脈沖信號(hào)，計(jì)算出脈沖信號(hào)的頻率和周期，并對(duì)該脈沖信號(hào)累加計(jì)數(shù)，結(jié)合地輪直徑、機(jī)械打滑率和作業(yè)幅寬，即可計(jì)算出機(jī)具的作業(yè)速度和作業(yè)面積，通過(guò)CAN總線輸出給觸摸屏顯示模塊6進(jìn)行顯示。

判斷播種狀態(tài)的過(guò)程為：耕種過(guò)程中，玉米種子由排種器排下，在下落的過(guò)程中經(jīng)過(guò)安裝在導(dǎo)種管上的種子傳感器2，從種子遮擋到完全離開(kāi)硅光電二極管的感光面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高低變化的脈沖信號(hào)，每經(jīng)過(guò)一粒種子就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，根據(jù)設(shè)定的株距和計(jì)算出的作業(yè)速度，可以計(jì)算出該速度下正常播種時(shí)兩粒種子之間的時(shí)間間隔，正常播種時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)間隔基本一致，如圖4波形所示（圖上方波形為種子監(jiān)測(cè)模塊12的輸出波形，圖下方波形為濾波反向處理的波形），當(dāng)出現(xiàn)重播（圖5）、漏播（圖6）現(xiàn)象時(shí)，兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔成倍數(shù)的縮小、放大，通過(guò)對(duì)這些異常脈沖出現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，即可計(jì)算出作業(yè)過(guò)程中的重播數(shù)和漏播數(shù)，出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)脈沖現(xiàn)象時(shí)，說(shuō)明播種出現(xiàn)異常（當(dāng)種子監(jiān)測(cè)模塊12的輸出長(zhǎng)時(shí)間為高時(shí)，異常狀態(tài)為缺種，長(zhǎng)時(shí)間為低時(shí)，異常狀態(tài)為堵塞），此時(shí)控制器5控制語(yǔ)音報(bào)警模塊11進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警播報(bào)，并根據(jù)信號(hào)的來(lái)源提示故障所在行數(shù)。

判斷耕深狀態(tài)的過(guò)程為：隨著深松鏟下降深度的變化，安裝在拖拉機(jī)下懸掛臂上的耕深監(jiān)測(cè)模塊4采集的角度值隨之變化，結(jié)合設(shè)定的初始角度和斜邊長(zhǎng)度，參照?qǐng)D7所示的計(jì)算原理圖，按照公式即可計(jì)算出當(dāng)前耕深（表示實(shí)際耕深，表示深松鏟底座14到懸掛臂轉(zhuǎn)動(dòng)中心13的距離即設(shè)定的斜邊長(zhǎng)度，表示角度初始值即設(shè)定的初始角度，表示角度變化值），計(jì)算出的耕深值與設(shè)定的上下限實(shí)時(shí)比較，超出范圍時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示；控制器5每隔1s將計(jì)算出的當(dāng)前耕深進(jìn)行累加，并記錄累加次數(shù)，當(dāng)機(jī)具耕種結(jié)束時(shí)，將耕深累加值與累加次數(shù)相除即可得出機(jī)具整個(gè)作業(yè)過(guò)程的平均耕深值，計(jì)算出的當(dāng)前耕深和平均耕深通過(guò)CAN總線輸出給觸摸屏顯示模塊6進(jìn)行顯示。

作業(yè)過(guò)程中，機(jī)手可以通過(guò)觸摸屏顯示模塊6的“保存”按鍵進(jìn)行作業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作，作業(yè)完畢后，用戶可通過(guò)觸摸顯示屏上的“查詢”按鍵查詢記錄的作業(yè)數(shù)據(jù)，對(duì)作業(yè)質(zhì)量的好壞一目了然，判斷有依據(jù)。

4、整個(gè)作業(yè)過(guò)程中控制器5每隔5s分鐘把采集的作業(yè)信息數(shù)據(jù)和導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)，便于用戶和監(jiān)管部門便捷的核查作業(yè)質(zhì)量。

5、返回到監(jiān)控系統(tǒng)循環(huán)掃描開(kāi)始處重復(fù)這之間的步驟直到停止。

上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。