精密播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究

【摘要】在20世紀(jì)70年代中期，國外便開始對如何加快農(nóng)業(yè)裝備電子信息應(yīng)用技術(shù)的問題進(jìn)行研究，我國近幾年在這方面也取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理分為早期人工測量方法，傳感器檢測法和利用計(jì)算機(jī)處理圖像技術(shù)。要完善精密播種機(jī)的性能要從提高監(jiān)控系統(tǒng)靈敏度和研制自動補(bǔ)償式監(jiān)控系統(tǒng)入手。

【關(guān)鍵詞】精密播種機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)

近些年來，電子工業(yè)迅速發(fā)展，機(jī)電結(jié)合的各種排種器監(jiān)控系統(tǒng)也趨于成熟。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)是播種，也是豐產(chǎn)豐收的重要保證。精密播種機(jī)隨著播種技術(shù)的發(fā)展己經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)播種。機(jī)械式播種機(jī)是現(xiàn)今我國最長使用的精密播種機(jī)，在播種作業(yè)過程中存在不同程度的漏播重播的問題造成農(nóng)作物大量減產(chǎn)現(xiàn)象，其原因是在播種過程中全封閉特點(diǎn)，對精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究將會提高精密播種的質(zhì)量，這對實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化智能農(nóng)業(yè)具有極其深遠(yuǎn)的意義。

1.國內(nèi)外田間播種監(jiān)控系統(tǒng)的研究成果

1.1國外監(jiān)控系統(tǒng)研究成果

在播種監(jiān)控這個(gè)方面，國外對其的研究比較優(yōu)先， 發(fā)達(dá)國家加快了農(nóng)業(yè)裝備電子信息應(yīng)用技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械的播種與鎮(zhèn)壓的電子監(jiān)視播深控制等方面的研究。在20世紀(jì)70年代中期他們便開始對如何加快農(nóng)業(yè)裝備電子信息應(yīng)用技術(shù)的問題進(jìn)行研究，機(jī)械式報(bào)替器、機(jī)電信號式報(bào)替器和電子儀器是國外精播機(jī)上采用的監(jiān)測和報(bào)警裝里的3種類型， 這些監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)播種故障的報(bào)警是通過對不同種類的排種器工作狀況進(jìn)行監(jiān)控，與此同時(shí)，法國、美國、前蘇聯(lián)也為此都相繼做了大量的實(shí)驗(yàn)。隨著高科技的發(fā)展，一些先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)的研究范疇之內(nèi)，比如將GPS技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)。另外一些先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)還具備對各種播種參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算顯示的功能。

1.2國內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)研究成果

隨著對國外不同類型精密播種機(jī)的不斷引進(jìn)吸收和我國對精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)研究投入的不斷加大，我國精密播種機(jī)的研制工作在精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)方面的研究方面取得了極大的突破，由我國獨(dú)立生產(chǎn)的新式播種機(jī)及新式播種機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。國培光在1983年便開始對播種機(jī)的電子監(jiān)視和報(bào)警裝置進(jìn)行研究，并研制成可以實(shí)現(xiàn)故障的聲光報(bào)警和每行播種速度播種數(shù)量及播種面積等播種參數(shù)的數(shù)碼顯示功能的裝置，其原理是傳感器信號轉(zhuǎn)化電路。我國近年來根據(jù)單片機(jī)技術(shù)，傳感器技術(shù)信息技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過進(jìn)一步研究，從而在精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的智能自動化上取得了巨大進(jìn)步。我國河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉淑霞教授，經(jīng)過不斷研究實(shí)現(xiàn)，利用MCS-51單片機(jī)對重播、漏播分別進(jìn)行不同方式的聲光報(bào)警以實(shí)現(xiàn)精密播種機(jī)排種性能的監(jiān)測，并可定時(shí)計(jì)算重播率、漏播率，并通過顯示器顯示需要的參數(shù)并打印下來。我國吉林工業(yè)大學(xué)的馬旭通過對計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的研究而建立了精密排種器性能檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用圖像增強(qiáng)、平滑、銳化及分割等預(yù)處理方法，來對種子動態(tài)圖像進(jìn)行詳細(xì)分析，從而到達(dá)有效提高圖像質(zhì)量的作用，并為了明確檢測精密排種器重播、漏播及合格指數(shù)的方法，從而提出了根據(jù)種子面積和種子間距來檢測排種器性能的特征提取方式，滿足了我國精密排種器性能檢測的要求。

2.監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

2.1早期人工測量方法

我國在20世紀(jì)60年代時(shí)播種機(jī)試驗(yàn)臺設(shè)備較少，有的僅是利用黃油作為粘膠劑來固定下落種子且為仿制前蘇聯(lián)的新帆布帶式排種器試驗(yàn)臺。吸嘴裝置被安在帆布帶轉(zhuǎn)彎處以便于吸取種子，這種設(shè)計(jì)的目的是為了減少粘膠消耗和簡化清種工作。這種在粘膠帶上采用人工測量播種性能的方法雖然檢測比較直觀，有可以在一定程度上反映種子的性能優(yōu)點(diǎn)，但存在由于種子污染嚴(yán)重而無法回收重復(fù)利用，且工作條件較差，測量取樣極其不方便的缺點(diǎn)。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，人工測量的方法已經(jīng)別其他方法淘汰。

2.2傳感器檢測法

現(xiàn)代的光電傳感器工作在播種檢測上應(yīng)用較廣泛。通常在播種機(jī)的排種口裝有光電傳感器，光電傳感器便在播種機(jī)排出一粒種子后便產(chǎn)生一個(gè)信號，然后經(jīng)過放大整形送給單片機(jī)，單片機(jī)通過該信號可以知道有沒有排出種子。在檢測到該信號后，為保證每穴一粒的播種的質(zhì)量，單片機(jī)便停止振動，若單片機(jī)未檢測到有種子的排出就會繼續(xù)振動，直到排出一粒種子。窩眼輪式、離心式和電磁振動式都是基于這種原理形成的。傳感器檢測最適用于檢測漏播，但其缺點(diǎn)在于重播的檢測準(zhǔn)確性極差。

2.3利用計(jì)算機(jī)處理圖像技術(shù)

計(jì)算機(jī)圖像處理是利用攝像頭每間隔一定的時(shí)間采集一幅圖像后，通過采集卡把圖像傳送給計(jì)算機(jī)，再通過計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行識別處理的原理，達(dá)到根據(jù)圖像中的種子特征來判斷是否出現(xiàn)漏播。從而在發(fā)生漏播時(shí)，計(jì)算機(jī)會進(jìn)行報(bào)警和相關(guān)處理。分為中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院的王紅永研究的圖像處理與機(jī)器人相結(jié)合的技術(shù)和通過對CCD攝像機(jī)的拍攝區(qū)域進(jìn)行圖像分割，提取種子特征，從而用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來處理運(yùn)動的物體兩種方法。利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來處理運(yùn)動的物體的原理是對圖像進(jìn)行濾波、增強(qiáng)、銳化、分割處理，從而確定根據(jù)種子邊緣、面積及種子之間的距離來檢測排種器的性能。計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)雖然有裝置檢測效果好的優(yōu)點(diǎn)，但是存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)。

3.監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

根據(jù)目前國內(nèi)外使用精密播種機(jī)的趨勢可知，現(xiàn)有的精密播種機(jī)的性能還不夠完事，不能完全滿足農(nóng)業(yè)上的要求，所以監(jiān)測技術(shù)的研究仍要繼續(xù)。監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的重要的一環(huán)和精播機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的第一走向是提高監(jiān)控系統(tǒng)靈敏度?，F(xiàn)在很多研究是以微型單片機(jī)為基礎(chǔ)來進(jìn)行控制監(jiān)控裝置。單片機(jī)應(yīng)該在程序設(shè)置的時(shí)間上實(shí)現(xiàn)對監(jiān)視傳感器、轉(zhuǎn)換線路和報(bào)警系統(tǒng)的監(jiān)控來提高報(bào)警靈敏度。應(yīng)該研發(fā)在監(jiān)控系統(tǒng)檢測到有故障造成不能正常播種是報(bào)警系統(tǒng)可以瞬時(shí)啟動，同時(shí)啟動補(bǔ)償系統(tǒng)代替出故障的部件，從而繼續(xù)播種的系統(tǒng)。這樣就可以避免漏種現(xiàn)象的發(fā)生。因此若想要減少漏種造成的損失，提高播種機(jī)的工作質(zhì)量，以達(dá)到進(jìn)一步地提高自動化、智能化水平的目的，可以從研制自動補(bǔ)償式監(jiān)控系統(tǒng)入手。

結(jié)語

隨著精密播種技術(shù)的迅速發(fā)展，監(jiān)控裝置也在完善。監(jiān)控系統(tǒng)性能的好壞對播種的質(zhì)量有特別大的影響，研究精播機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的重要方法是提高監(jiān)控系統(tǒng)的靈敏度和研究自動補(bǔ)償式監(jiān)控系統(tǒng)。其中，提高監(jiān)控系統(tǒng)靈敏度是精播機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。采用自動補(bǔ)式監(jiān)控系統(tǒng)來加快自動補(bǔ)償式監(jiān)控系統(tǒng)的研制，不僅可節(jié)約社會勞動力，減輕勞動強(qiáng)度，還可以大大減少漏種造成的損失，以達(dá)到極大提高播種機(jī)的工作質(zhì)量，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動化和智能化的目的。

參考文獻(xiàn)

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