播种监测（精选5篇）
播种监测 篇1
0 引言
随着农业机械化水平的不断提高,精密播种机已经广泛应用于大面积播种作业中。精密播种机可实现一穴一粒,不仅节约种子、减少定苗工作量,而且能增加作物产量[1],提高了播种效率和质量。播种机的导种管安装在两个开沟器中间,排种器也是封闭设计的,作业过程中无法观察其工作情况; 另外,精密播种机都是多行同时作业,田间情况恶劣,会出现导种管管口被杂物堵塞或种子在导种管内部堆积造成堵塞、种箱排空等问题,如果无法及时发现故障并排除,会造成大面积漏播,严重影响粮食产量。因此,研究一套播种机播种计量监测系统对提高农业生产水平具有重要意义。
国外对精密播种机监测系统研究起步较早,技术比较成熟[2],如美国内布拉斯加大学研究出一种快速测量播种机排种间距的光电传感器系统[3]。国内对播种机监测技术的研究起步较晚,华中农业大学王树才等采用压电传感器,将单粒种子下落的物理量转化为电量,通过信号转换检测其排种性能参数[4]。国内多数研究为种管堵塞及种箱排空的监测[5,6,7,8,9],在重播、漏播的技术上不完善,且光电传感器监测盲区较大;在株距和作业面积两个参数测量上,常常通过测量机具作业距离来计算。以往的距离测量常采用超声波测距法[10],但由于田间空旷,没有参照物,无法实现。随着GPS技术的发展和广泛使用,GPS被用来测量各种作业面积[11,12,13,14],但精度不高。为了弥补上述的不足,设计了一套精密播种机播种计量监测系统,将3对光电传感器并排安装在导种管中部[15,16],有效地减少了监测盲区; 通过安装在地轮的编码器间接测量机具的作业距离,提高了精度,降低了成本; 系统可显示播种机作业过程中的各项参数,发现故障并及时报警,并可适用于不同类型的播种机,性能稳定。
1 监测系统的构成
监测系统结构如图1 所示。系统由上位机系统和下位机系统组成,上位机系统主要完成接收数据显示、人机通信及播种机作业距离采集等。编码器安装在播种机的地轮上,由上位机进行信号采集,计算出的作业距离和传上来的播种量经计算后得出平均株距,作业面积由播种机作业距离与作业幅宽计算后获得,最终显示在LCD液晶屏上; 农户通过按键设定监测系统的工作范围( 4、6、9、12 行) ; 通过无线模块,上位机可以向下位机发送控制指令、接收信息并显示,下位机根据不同的指令向上位机传送数据。下位机主要完成播种量的测量、种箱与种管状态的监测,并及时将信息传送到上位机。由光电传感器对种子下落信号进行采集和导种管空、堵的监测,正常工作状态下采集到的落种信号经调理电路和逻辑判断后送入单片机运算处理,将播种量传输到上位机。如果发生导种管排空或堵塞的故障,立即向上位机发送报警信息。安装在种箱内的电容式接近开关会实时监测种箱内的状况,一旦发生故障,向上位机发送报警信息。上位机接到报警信息后会在显示屏上显示故障区域,启动报警器通知驾驶员停车排除故障。
2 上位机系统硬件设计及测量原理
上位机系统由微处理器模块、无线模块、旋转编码器、按键开关及报警模块组成,主要是完成系统监测范围的设定、作业面积和株距的计算、与下位机之间的无线通信,以及对接收到的数据进行显示。当下位机传上来报警信号时,及时处理并在显示屏上显示出故障区域,同时启动报警。
2. 1 作业面积及株距测量原理
GPS定位和测量作业面积的方法已应用到农业生产中,但市场上大部分廉价的GPS模块定位精度不高、误差较大,影响监测系统的准确性。精度高的GPS模块价格非常昂贵,会大大增加成本,无法应用到实际生产中。考虑到成本和测量精度的问题,选择在精密播种机的地轮上加装旋转编码器,由上位机的T0 工作在计数器模式下采集编码器的脉冲数,通过编码器的脉冲数间接测量机具的作业距离。
监测系统使用PKT1030 - 512 - G05C型号的编码器,1 圈512 个脉冲,抗干扰性强、分辨率高。根据播种机地轮周长,计算出1 个脉冲机具的行进距离,通过采集到的脉冲数和作业幅宽计算出作业面积,则
其中,L为机具的作业距离( m) ; N为编码器的脉冲数; M为机具作业幅宽( m) ; S为作业面积( ㎡) 。将机具作业距离与相应下位机传上来的播种量相除,即得到该单体作业的平均株距。
2. 2 人机通信模块设计
上位机系统电路图如图2 所示。上位机系统一共设计安装8 个人机对话按键,分别定义为向上按键S1、向下按键S2、确定按键S3、返回按键S4、下位机启动按键S5、数据采集按键S6、正常停止按键S7、异常停止按键S8。系统开始工作后,通过按键对不同行数的播种机进行监测范围的设定,范围确定后,先按下S5 键向下位机发送启动指令,启动下位机工作,然后按下S6 键进行数据采集; 下位机将采集的播种量、种箱状态上传,按下正常停止按键S5 后,会显示当前的总播种量、作业面积。显示屏选用带有汉字库的QC12864B液晶显示模块,可以显示4 行,每行可以显示8 个汉字,蓝色背光,与微处理器采用并行的控制方式。
3 下位机系统硬件设计
下位机主要完成播种量的采集,实时监测导种管和种箱的工作状态,将数据传送到上位机。系统以微处理器为核心,光电传感器为播种量采集和导种管工作状态监测器件,将电容式接近开关安装在距离种箱底部5cm的位置,监测种箱状态。
3. 1 光电传感器模块
为减少监测盲区,系统将3 对并列排布的光电传感器安装在导种管中部,相比于只安装1 对光电传感器,3 对并列安装方式可以监测到在导种管中发生弹跳的种子,实现无盲区监测,且可以监测到重播。发射端使用穿透性强、光束集中的红外发光二极管,接收端使用可减少日杂光干扰的黑胶体光敏三极管。调理电路使用CD401106BE型施密特触发器,内置6个反相器。逻辑判断电路使用74LS10 型3 路3 输入与非门,将整形后的信号经过逻辑电路2 次逻辑判断后,将信号传送给微处理器。电路图如图3 所示。
3. 2 微处理器模块
微处理器是监测系统的核心,主要完成数据的传输处理、按键控制、液晶屏的显示及控制指令的发送等。系统使用STC12C5A60S2 单片机作为控制芯片,该单片机具有60k的用户应用程序空间、3 个时钟输出口、2 个串口,有独立波特率发生器,具备EEPROM功能; 相比于传统的8051 单片机,运行速度提高8 ~12 倍,稳定性强。
3. 3 箱空检测电路
由于田间播种作业距离较长,一个种箱的种子无法完成整个作业过程,需要不断添加种子。如果种箱排空未被及时发现,会造成大面积漏播,影响粮食产量。测量种箱的剩余种量常用压力检测法,将压力传感器放入种箱内,测量压力传感器在箱空时的阻值大小,计算出加上5V电压后的输出值,输出电压值经过AD转换后设为箱空标定值。当微处理器检测到传感器达到箱空值时,发出报警信号; 但是,压力传感器的敏感区域较小,种子在种箱内会不断晃动,使传感器的输出电压不断变化,容易发生误报警现象。因此,设计了一种电容式接近开关箱空检测电路,系统使用LJC30A3 - H - Z / BY型电容式接近开关,PNP常开型,工作电压5V,接近距离可调范围1 ~ 25mm。当种量充足时,输出高电平; 当种量不足时,种子离开关距离超出范围,输出低电平,微处理器根据接近开关的输出电平判断种箱状态。相比于压力检测法,此方法受外界干扰更小,准确性更高。
4 系统软件设计
软件的设计主要是控制硬件的稳定运行和进行高效率的工作,系统使用C语言进行程序的编写。软件设计分为上位机软件设计和下位机软件设计。上位机上电初始化后,进行监测范围的选择,范围确定后,按下启动按键启动下位机工作,然后按下数据采集键; 上位机以1s的间隔依次向监测范围内的下位机循环发送采集指令,下位机接收到指令后,将播种量和种箱状态上传; 上位机将计算出的作业面积、株距与下位机上传的播种量、种箱状态一同显示到液晶屏上; 如果接收到报警信号,则启动报警器,在液晶屏上显示故障区域。上位机软件流程图如图4 所示。
下位机上电初始化后,等待主机发出启动指令,当接收到上位机的启动指令后,先检测种管和种箱状态是否正常,确认正常后,启动计数器工作; 当接收到上位机数据采集指令后,将采集的播种量和种箱状态上传; 如果发现故障,通过无线模块将报警信息传送到上位机处理。下位机软件流程图如图5 所示。
5 试验方法与结果
为验证系统工作的可靠性和准确性,于2015 年9月20 - 22 日在黑龙江省曙光农场进行田间试验。试验作物为玉米,使用黑龙江八一农垦大学研制的2BJM - 6 型大马力气吸式精密播种机,行距650mm,分别进行了播种量、作业面积及报警准确性的测试。
5. 1 田间试验方案
将12 行播种机的前10 个导种管与种箱作为试验设备,按顺序设定为1 ~ 10 号。播种量的监测为选取2 000 粒玉米种子,分成10 等份,分别放入10 个种箱中,让拖拉机以6km /h的速度将其播完,将系统测量的值与实际值相比较; 机具的作业面积为机具的作业距离和作业幅宽的乘积,作业幅宽为定值。所以,通过机具作业距离的测量就可以估算出作业面积测量的精度,取5、10、15、20m距离进行试验测量,每段距离进行3 次试验。导种管空、堵及种箱排空检测试验采用人为设置故障的方法,导种管排空检测试验为先将少量种子放入1 号种箱内,2 ~ 5 号导种管与种箱的监测设备关闭,让拖拉机以6km /h的速度进行作业,依次试验5 次,观察报警信息显示是否与实际相符。导种管堵塞检测方法与导种管排空检测方法大体相同,不同点就是用物体将导种管堵住。箱空检测试验是观察种子与接近开关的距离超出设置的范围( 10mm) 后是否报警,显示信息是否准确,测试10 组。
5. 2 试验结果
播种量测量结果如表1 所示。播种量测量值最大误差5% ,准确度较高,满足生产需求。有些种子尺寸偏大,同时挡住3 对光电传感器,影响到逻辑判断,系统误认为下落2 粒种子,从而导致测量结果比实际值偏大。
机具作业距离的测量结果如表2 所示。测量值比实际值偏小,原因是地轮打滑、测量土地不平整等产生的误差。因此,应该通过不同地段多次试验,计算出较准确的误差系数,在微处理器计算时加入误差系数,提高监测系统的精度。
播种防堵、防排空10 组实验中,监测系统均能及时发现故障报警,且显示的故障区域与实际的故障区域相符。种箱防排空10 组试验中,电容式接近开关能够准确地监测出种箱内的状态,一旦种子距离开关达到报警距离( 10mm) ,及时发出报警信号。
6 结论
监测系统通过3 对并列排布的光电传感器对种子下落信息进行采集,解决了一对光电传感器监测盲区大、无法监测到重播的问题; 采用编码器实时采集机具的作业距离,经微处理器计算出机具的作业面积、株距,具有结构简单、精度高等特点,有效地降低了成本。上位机与下位机通过无线模块进行数据的传输,减少了布线,便于装置的安装和拆卸; 通过人机对话可以选择不同的监测范围,适用于不同行数的播种机,通用性较强。试验结果证明: 系统能够完成对播种机作业中的各项数据的采集显示,能够及时发现导种管堵塞、排空及种箱排空等故障并启动报警,准确地显示出的故障区域。其监测系统精度高,测量最大误差率仅为5% ,报警误报率为0,可有效提高播种机作业质量和农业现代化水平,便于推广使用。
精密播种机数字监测器 篇2
黑龙江省勃农兴达机械有限公司为系列精密播种机配套生产了精密播种机数字监测器。该监测器采用先进的微计算机控制电路技术, 具有耗电小、使用可靠、集成化程度高、体积小、重量轻、抗震、抗灰尘等特点。使用本精密播种机数字监测器可以节省播种时的看护人员, 大大提高播种作业质量。该监测器在播种时, 能够准确计算出播种量和施肥量, 可监测播种时种子和化肥的流动情况, 对漏播、漏肥、断条、堵塞等现象及时发出声光报警, 监测的具体内容是:播种 (施肥) 量;排种 (肥) 轮不转;输种 (肥) 管堵塞;导种 (肥) 管下口堵塞;种箱 (肥箱) 内无种 (肥) 。
一、工作原理及构造
首先种肥在流经导种管时, 会对传感器内的光信号产生周期性的影响, 传感器将信号反馈给微计算机控制电路, 若种肥流动正常, 微计算机控制电路发出控制信号, 报警电路不报警, 在显示板上显示种子的流量数和下肥量, 若种肥流动出现异常时, 微计算机控制电路能够识别出错误信号, 并控制报警电路、声音报警的同时, 在显示板上显示出相对应的排种 (肥) 器所出现故障的排种 (肥) 轮。
二、
主要技术参数 (见表)
三、安装
1.首先将右侧排种 (或排肥) 器的右端盖卸下, 换装带有光电感应开关的右端盖, 电感应开关的凹型口置于20齿链板的两侧, 调整光电开关的凹型口, 使其三面均有间隙, 装上链轮和护罩等即可。
2.将传感器的支架放入排种 (排肥) 器下面的导管内, 分别把两个排种 (排肥) 器下面的传感器插头与微计算机控制盒上相对应的插座相连接。
3.将微计算机控制盒固定在中间轴的轴支座U型卡丝上, 微计算机控制盒上共有四个三种不同芯数的插座, 两个七芯插座与两个排种器下面的传感器插头相接, 一个五芯插座与主机控制线插头相连接, 一个四芯插座与排种器右端盖上光电感应开关接线插头相接, 在联接两个传感器插头时注意对应连接, 以方便观察相对应的排种 (排肥) 器的排种肥情况。
4.本监测器使用的均为高性能航空插头, 在安装和拆卸时请按照正确的方法操作, 否则会损坏相关零件。在安装时首先要选择芯数相同的插头和插座, 先将插头芯部的凹槽与插座外缘上的凸起对准, 用手轻轻推动插头后端, 插头向前移动同时听到“咔”一声响, 此时为安装完毕。在拆下插头与插座连接时, 首先要用拇指和食指将插头上有花纹的外套向外移动, 然后才能拔下插头。
5.将主机安装在方向盘导向管上。
6.连接电源, 红色接线柱为正极, 黑色接线柱为负极。
7.当播玉米等垄上单条作物时, 需换上单条导种管和单条传感器, 并根据排种轮型孔把主机上的作业选择开关置于相应的单条单排位置, 然后接通电源开关, 作相应的测试。
播种监测 篇3
精密播种就是要求按照确定的数量距离和深度等进行合理播种[1,2,3]。从原理上讲,精密播种机分为气力式和机械式两种播种机。因精密播种机在作业时的不透明性,仅靠人的感官不能掌握播种具体状况。如果播种机出现故障(如地轮滑移率大、杂草堵塞开沟装置、排种管被堵以及种箱内的种子数量较少)时,均会导致排种装置可靠性降低,出现漏播,影响播种质量。对于多行播种机来说,上述问题更加严重,由此造成的损失也更大。所以,设计可靠性好、抗干扰性强的播种工况监测装置以及故障报警装置,使之实现播种机工作状况适时测试,已成精密播种技术的发展趋势[4]。目前,常用的播种机监测和报警系统可分为机械式报警器、机电式报警器和电子仪器式监控系统。机械式报警器技术较成熟,通过敲击铃罩发出声响实现报警[5]。与前者比较,机电信号式报警装置除了具有上述功能外,同时还可以对种子的数量进行监测,及时地传达给播种机操作人员。农业装备虚拟试验技术研究和应用少、涉及面窄是目前存在的主要问题,而国内研制的精密播种机监测系统重点在于解决播种质量监测问题[6,7]。为此,本文提出一种可实现对播种环境和参数进行监测,同时还具有无线通讯功能的播种质量监测仪,使播种机操作人员及技术人员在驾驶室或田间地头能及时了解播种机的作业情况,根据出现的问题及时调整播种参数,大大提高了播种的精度。
1 系统工作原理
本监测系统采用以单片机PIC16F877A为核心,以玉米播种机为研究对象,主要完成播种的温湿度监测,测量播种粒数、播种深度以及播种机的滑移率等参数。分别由温湿度传感器、光电开关、超声波传感器及霍尔元件测量以上参数,所测数据由Zigbee无线数传技术进行通信。所测数据由无线模块与单片机进行串口通信,由单片机对数据进行分析处理,由液晶显示模块适时显示。系统框图如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 下位机系统的设计
2.1.1 温湿度测试系统
采用温湿度传感器SHT10测量播种的温湿度情况,采用CMOSens technology微过程技术,可靠性较强且能保持较高稳定性。由能隙式测温元件和电容式聚合体测湿元件组成,并与A/D转换器以及数字接口2-wire单芯片结合。其接线图如图2所示。
2.1.2 种子粒数的测量原理
选用光电开关测量播种粒数。利用被检测物体对红外束的遮光或反射,由同步回路选通而检测物体的有无,其检测特体不限于金属,对非金属所有物体均可检测。产品具有体积小、精度高、检测距离远、防水、防腐蚀、抗光和电磁干扰等特点[8]。其外围接线图如图3所示。
2.1.3 播种深度的测量
选择超声波测距模块HC-SRO4测量播种深度,其可提供2～400cm的非接触式距离感测,测量精度可达3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。其外围电路接线如图4所示。
2.1.4 拖拉机和播种机转速的测量
拖拉机和播种机转速由霍尔元件测量。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件,从外形看为3端器件,具有与三极管相似的外形。工作时只需接电源和地,采用OC门输出,具有较宽的工作电压,使用非常方便。其接线图如图5所示。
2.2 上位机系统设计
2.2.1 无线模块的选择
传感器节点采用Zigbee射频收发芯片CC2530,它是一款单芯片,也就是把负责解调无线通讯信号与51单片机内核集成在一起的芯片。CC2530 是个真正的用于IEEE 802.15.4,ZigBee 和RF4CE 应用的片上系统(SoC)解决方案,集成了RF收发器、8051 MCU、系统可编程Flash存储器、8-KB RAM和许多其它强大功能,能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。其工作原理如图6所示。
2.2.2 单片机选型与电路
本系统选择PIC16F877A单片机作为数据处理器件,它是美国Microchip公司生产的8位单片机产品。在上位机中,单片机与CC2530无线模块进行数据通信,并对播种的温湿度状况、播种深度、播种粒数、拖拉机和播种机的转速等数据进行处理,由液晶模块进行适时显示。其主电路接线图如图7所示。
无线模块接收下位机中的播种机相关参数信息,输入单片机进行处理后,由液晶显示模块适时显示。其与单片机的接线图如图8所示。
2.3 液晶显示模块及其接线图
本文选择CH240128B液晶显示模块,其系列点阵绘图型液晶显示模块(LCM)采用240×128点阵液晶显示屏(LCD)与低功耗LED背光组成。其与单片机的接线图如图9所示。
3 系统软件设计
软件设计要完成的内容包括:检测记录播种管通过的种子粒数;检测播种机的播种深度;记录播种时间,并计算播种速度;控制程序运行;显示检测的数据;计算播种机转速和滑移率,建立通信网络。
3.1 无线数据传输流程图
系统上电以后,由协调器设备建立网络,播种参数传感器设备加入网络后,周期性地向协调设备发送传感器测得数据,并由协调器设备将数据上传至网关后显示,如图10所示。
协调器节点流程图如图11所示。网络启动后,CC2530模块需要在网络允许加入后才可接收数据。
3.2 传感器节点流程图
传感器节点的流程图如图12所示。
在扫描过程中发现协调器以后,允许其加入网络,进行绑定,读取由温湿度传感器、光电开关、超声波传感器及霍尔元件测得的数据,并且进行上位机与下位机C2530模块的通信;然后数据进入单片机PIC16F877A进行处理,由CH240128进行适时显示。
4 结论
1)采用PIC16F877A单片机和无线模块CC2530为核心控制单元,设计了播种质量检测系统的无线数据传输系统,可适时采集播种数据并能够进行传输与显示。
2) 硬件包括单片机控制单元、电源、传感器和显示器等。其中,温湿度传感器监测播种大气环境,红外光电传感器检测种子下落情况,霍尔检测播种机前进速度,超声波测距模块检测播种深度。系统可以检测整个播种机的实际播种状况,并进行无线通讯。
3)软件方面,采用结构化程序设计方法,运用C语言进行编程。主程序通过调用子函数完成各种功能,从而实现网络的建立、数据的发送、接收和显示。
参考文献
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播种监测 篇4
关键词：播种机,滑移率,无线监控,单片机
0引言
精准农业 ( Precision Agriculture ) 是当今世界农业生产发展的主潮流, 是在信息技术支持下根据空间变异, 定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统。其基本涵义是根据作物生长的土壤性状, 调节作物的播种量及后期的管理投入, 如精准播种就要根据土壤的理化性状、土壤肥力、水分含量等具体情况进行变量播中; 而变量播种的关键是实现种子在指定位置完成定点投种。显然, 若不掌握播种机地轮滑移率, 很难实现有效的精准变量播种。为此, 提出了一种基于单片机控制的播种机滑移率即时检测及显示系统, 可以实现地轮滑移率的在线监测与实时显示, 便于为精准播种作业提供准确的技术数据。
1系统测量原理
1. 1整体方案设计
考虑到播种作业环境的复杂性, 设计检测系统由传感器电路、信号处理电路、无线收发电路、主控电路和显示电路组成。其中, 传感器电路采用霍尔转速传感器, 可将采集的地轮转速转化成脉冲信号; 信号处理电路可以将传感器采集到的信号进行放大、整形, 便于信号的采集和传输; 无线收发电路不仅简化了信号传输的结构, 而且可以减小信号的衰减; 主控电路完成整个系统协调和数据分析等任务, 并将信号处理的结果发给显示系统, 实现数据的即时显示。其系统框图, 如图1所示。
1. 2地轮转速测量原理
目前, 转速测量的方法主要有测频法 ( M法) 、测周期法 ( T法) 和频率周期法 ( MPT法) 等。考虑成本、 工作环境和结构等因素, 本文采用测频法测量地轮转速。其测量原理: 利用霍尔元件的磁感应原理, 即其频率与转速成正比, 这样通过统计安装在地轮上的霍尔传感器输出的脉冲信号个数即可计算出地轮的转速。
1. 3滑移率计算
滑移率为播种机作业过程, 地轮滑移距离所占实际行走距离的比例, 一般用 δ 表示。设地轮的纯转动距离为L, 地轮直径D1, 地轮转速为n1, 则单位时间地轮纯转动距离为
在作业过程很难直接测定地轮实际行走距离, 但是考虑播种机一般由拖拉机悬挂或牵引作业, 且拖拉机以大而宽的后轮为驱动轮, 所以这里以拖拉机后轮所走过的距离为实际作业距离, 用S表示, 其转动速度为n2, 后轮直径为D2, 则单位时间地轮实际行走距离为
显然, L ≠ S , 即播种机作业过程地轮存在滑移问题, 根据滑移率定义有
式中L—播种机前进的距离 ( m) ;
N—拖拉机转动的圈数;
n—播种机转动的圈数;
D1—播种机地轮的直径 (m) ;
D2—播种机地轮的直径 (m) ;
δ—播种机的滑移率。
2系统硬件电路设计
本系统硬件部分包括数据采集无线发射端和数据无线接收显示端两部分。
其中, 数据采集无线发射端以80c51f020单片机为主控芯片、以数据采集模块和数据无线发送模块为外围。数据采集模块负责采集地轮的转速, 由数据无线发送模块将采集到信息发送到数据接收端进行上述处理。
数据接收显示端主要包括AT89C52单片机控制系统、数据无线接收模块和数据显示模块。数据无线接收模块将收到的地轮转速信息传递给主控单片机进行分析、计算和处理, 进而将处理结果在迪文显示屏上实时显示出来。
2. 1数据采集模块
数据采集模块主要包括进行信息采集的霍尔转速传感器和对信息进行整形放大的LM358双运算放大器两个模块。其采集原理: 将传感器与磁铁分别固定在机架和待测地轮上, 并保证传感器和磁铁位置正对, 这样当磁铁随地轮每转动1周, 传感器就感应1次, 并产生1个正弦感应电压; 进而将该感应电压经过LM358双运算放大器进行整形处理, 得到标准的正弦感应电压的波形, 如图2所示。传感器产生的正弦信号由引脚1输出, 经过过零整形电路, 使其变换成单片机可以直接统计、规则稳定的矩形脉冲信号。
2. 2无线传输模块
本系统采用nRF24L01芯片组成的无线传输模块实现信号的无线传输。nRF24L01是一种能满足多点和跳频通信的超小型芯片, 其信号传输效率快、传输时间短, 有利于降低无线传输中的碰撞现象; 且该芯片集成了所有与RF协议相关的高速信号处理部分, 可以实现数据包的自动重发和应答信号的自动形成。
80c51f020芯片具有与8051兼容的CIP - 51微控制器内核, 单周期指令运行速度快, 同时拥有8个8位I / O端口, 可以减少外部连线和器件扩展, 有效地提高了系统的可靠性和抗干扰能力。nRF24L01芯片和80c51f020芯片连接如图3所示。
2. 3数据接收和显示模块
该系统采用AT89C52芯片实现对数据的接收和显示功能。AT89C52芯片兼容标准MCS - 51指令系统; 此外, 系统还带有2个全双工串行通信口, 方便数据的接收与发送。
在本系统中, 将nRF24L01芯片的引脚直接与AT89C52芯片的IO口直接相连, 完成对数据的接收功能。同时, AT89C52对接收到的数据进行分析、计算通过串行口与迪文显示屏进行连接, 实现数据的实时显示。本系统的连接图, 如图4所示。
3系统软件设计
基于上述系统硬件的设计, 系统的软件部分主要分为数据无线采集发送端 ( 如图5所示) 与数据无线接收显示端 ( 如图6所示) 两部分。
在数据采集端, 首先对芯片进行初始化, 完成芯片各功能引脚的设置; 接着将收到的数据包传递给nRF24L01芯片, 调节nRF24L01的引脚, 将CE引脚置为高电平, 实现数据的无线发射传输。
在数据接收端, 初始流程和数据发射端类似, 此时nRF24L01的工作模式由发射端的发射模式变为接收模式。其软件流程图, 如图6所示。
数据采集端的数据处理方法: 通过传感器端采集到播种机地轮的转速; 然后, 按照前面的方法即可确定出播种机作业的滑移率。
4系统测试
为了测试本系统的稳定度和精度, 将其安装在播种机上, 在山东理工大学农机性能实验室的土槽内进行试验。
滑移率实际值测定的方法: 在土槽中量出20个播种机地轮周长的长度, 通过系绳对播种机地轮进行标记, 通过人为方法改变地轮的滑移率, 数据采集采用人工和系统分别对播种机地轮的滑移率进行测试计算, 并对其结果进行对比, 如表1所示。
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由试验结果可知, 本测试系统基本可以用来检测播种机作业过程的滑移率。虽然该系统测试结果与实际值存在微小偏差, 但该偏差主要是因为试验土槽长度较短以及人工统计、特别是当出现非整圈时带来的统计偏差, 且该偏差基本都在2% 以内, 所以可以应用于播种机滑移率的检测中。
5结论
1) 本系统采用了面向低功耗的AT89C52单片机为主控芯片, 高传输效率Nrf24L01为无线传输芯片, 霍尔转速传感器为采集模块, 可以较准确地得到播种机播种过程中的滑移率。
2) 该装置尺寸小、成本低, 并且数据传输采用了无线传输技术, 有利于系统的安装和维护, 为未来精准变量播种技术的实现奠定了基础。
参考文献
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播种监测 篇5
该机排种器主要是变速单勺轮式、双勺式、全毛刷式、指夹式和气吸式;施肥部件有分层施肥铲和浮动式双圆盘施肥开沟器、缺口园盘式施肥开沟器、大小盘式施肥开沟器;排种开沟器有钝角式、滑刀式和双圆盘式等;覆土器有拉板式和双圆盘式两种,双圆盘式又分为螺杆调节型复土器、花键型复土器、调节块型复土器、卡丝型复土器等多种;机具本身有的是双地轮传动或拖拉机大轮传动等型式。配播种盘可选购。用户可根据当地的地理条件、种植特点、农艺要求和自己的经济状况选择购买相应的机型和附件从而构成不同的机型来实现多种不同功能。
2014年,该机又做了多项改进,轴承、花键、滑行钢丝等结构的应用,使机器工作更可靠;全新的4杆仿形,不怕地表起伏,播种深度一致,出苗齐;全新的“悬空限位支板”结构,在播种奇数垄地块到最后一垄时轻松实现单垄作业;施肥开沟器加焊施肥圆盘护罩,可有效避免圆盘夹草,加焊导向板,避免圆盘左右摆动量大损坏开沟器。并配有缺口园盘式和大小盘式施肥开沟器入土性好,不夹草、密封性好;中间轴改为独立结构用调心轴承和钢板轴承座,结构简单,安装调整方便,精播部件和3铧犁可以分开销售,增加了1217齿双链轮(配件),使排肥传动比可调节;地轮张紧轮装配改为卡丝卡顺梁结构,结构简单同时大大增加了链条张紧的范围,链条数不受限制;播种开沟器改为六方套配六方轴结构,配合更加可靠,提高了螺母的焊接强度,使用更加可靠;圆盘转动部位全部使用全密封轴承,密封性好,寿命长,使用可靠。