收獲機作業(yè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與研究

項建廷++趙毅++趙爾迪

摘要：針對收獲機對運行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷的需求，基于不完全齒輪機構(gòu)和產(chǎn)量傳感器，自主研發(fā)一種實時在線、間歇聯(lián)動式自動監(jiān)控作物收獲測產(chǎn)的設(shè)備，為提高收獲機作業(yè)質(zhì)量提供適用的監(jiān)測設(shè)備。

關(guān)鍵詞：自動監(jiān)控；收獲機；設(shè)計；測產(chǎn)系統(tǒng)；間歇聯(lián)動

中圖分類號：S225 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）05-0023-02

目前，在收獲機自動監(jiān)控設(shè)備方面，我國主要研究方向是脫粒質(zhì)量、喂入量、智能測產(chǎn)等重要參數(shù)監(jiān)控。其中，在精準農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中占重要地位的是收獲機糧食產(chǎn)量分布信息獲取技術(shù)。關(guān)于凈谷粒流量，國內(nèi)外常見的測量方式有3種：容積式谷物流量測量技術(shù)通過測量谷物流的體積和密度計算質(zhì)量，誤差率較高；沖量式谷物流量傳感器成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，但振動、谷物種類、流量變化及田間坡度等對測量精度影響很大；γ射線谷物流量傳感器通過頻率與被測物體厚度存在的指數(shù)關(guān)系進行測量，測量精度較高，但對操作人員和環(huán)境有一定危害。為此，針對收獲機對運行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷的需求，基于不完全齒輪機構(gòu)和產(chǎn)量傳感器，自主研發(fā)一種實時在線、間歇聯(lián)動式自動監(jiān)控作物收獲測產(chǎn)的設(shè)備，為提高收獲機作業(yè)質(zhì)量提供適用的監(jiān)測設(shè)備。

1 監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計方案

1.1 夾帶和清選損失探測傳感器

在軸流脫粒清選篩后面加裝該測量裝置，可根據(jù)莖稈與谷粒產(chǎn)生的信號區(qū)別，獲得單位時間夾帶損失量和清選損失量。

1.2 收獲機故障診斷系統(tǒng)

1） 提取故障信號特征和判據(jù)，并與故障發(fā)展過程相聯(lián)系，提前預警；2） 實現(xiàn)油液污染程度和油液性能在線監(jiān)測，提前預防故障和控制故障發(fā)展；3） 收獲機測產(chǎn)系統(tǒng)。

1.3 收獲機測產(chǎn)系統(tǒng)

在線實時準確地測量農(nóng)作物產(chǎn)量及收獲機凈糧流量等相關(guān)信息，單產(chǎn)和總產(chǎn)測量誤差小于4%。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，精度高，抗干擾能力強，安裝使用方便，適應各種收獲機機型及谷物品種。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成

1） 研究高靈敏度的壓力探測方法，形成高靈敏度壓力探測陣列傳感檢測方案，對谷草沖擊力實施監(jiān)測，在獲得夾帶損失量的同時明確夾帶損失空間分布。研究夾帶損失傳感器的信號處理方法，包括數(shù)字信號濾波、頻譜及能量譜分析、時間相關(guān)性分析，以及相應特征信號的分析與提取、信號辨識等。

2） 設(shè)計開發(fā)收割作業(yè)故障預警與報警分析系統(tǒng)，包括傳感器模塊、模擬信號處理模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、單片機中央信息處理單元模塊、液晶顯示模塊、上位機通訊模塊等。

3） 設(shè)備安裝在輸送機出口的下方位置，落下的糧食通過進料斗逐步收入并準備計量，設(shè)備分料板自動旋轉(zhuǎn)90°，并將糧食分別整理到左右兩側(cè)的計量室。當左計量室開始接糧時，安裝有稱重傳感器的右翻板開始稱量計數(shù)，稱量計數(shù)結(jié)束后右翻板開始翻轉(zhuǎn)180°將糧食卸掉。循環(huán)往復地重復以上動作，可實現(xiàn)對落下糧食的連續(xù)、實時計量。

在計量過程中，4個稱重傳感器處于間歇轉(zhuǎn)動狀態(tài)，傳感器信號輸出功能通過2個從動齒輪的軸端集線器實現(xiàn)。

3 監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)及參數(shù)

3.1 夾帶和清選損失探測傳感器

監(jiān)測傳感器受凹版分離出的籽粒沖擊后產(chǎn)生電荷信號，經(jīng)電荷轉(zhuǎn)換放大后變?yōu)殡妷盒盘?，再?jīng)鑒波濾波后進行信號整形，得到標準脈沖信號，送入高速計數(shù)電路計數(shù)，由此得到收割機脫粒滾筒排草口前部凹版下方的籽粒量。單片機將該籽粒量由串口輸出送入便攜式高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)籽粒流量與排草口處夾帶損失之間的數(shù)學關(guān)系模型計算夾帶損失量，并進行實時顯示。由于籽粒和莖稈對傳感器表面形成的沖擊形式及沖擊力不同，籽粒和莖稈落于傳感器表面時形成的撞擊信號頻率和振幅也有所區(qū)別。因此，在程序中加入合理的帶通濾波器的截止頻率和鑒幅器的閾值電壓，能從紛亂的信號中提取出所需的籽粒撞擊信號，由程序?qū)崿F(xiàn)運算計數(shù)及顯示，保證準確地記錄籽粒損失。圖1為傳感器工作原理圖。

根據(jù)谷粒信號特點設(shè)計信號調(diào)理單元、監(jiān)控單元的參數(shù)與電路。信號調(diào)理單元包括前置電荷放大器、濾波電路、靈敏度調(diào)節(jié)電路、脈沖整形電路等；監(jiān)控單元包括主控器、人機界面、通信接口等。從系統(tǒng)的基本任務出發(fā)編制系統(tǒng)軟件程序，實現(xiàn)系統(tǒng)初始化、按鍵識別、信號采集、損失量計算、顯示及與上位機通信等功能。

3.2 收獲機故障診斷技術(shù)

診斷裝置根據(jù)收割機液壓系統(tǒng)管路連接方式，采取并聯(lián)和串聯(lián)的方式將檢測傳感器置入系統(tǒng)，傳感器采用加過渡接頭或閥塊的連接方式，詳見圖2。

4 結(jié)論

開展該項目的系統(tǒng)研究和商品開發(fā)，將電子技術(shù)和自動控制技術(shù)應用于農(nóng)機重大產(chǎn)品和裝備，研究適合國情的、有效實時控制智能測產(chǎn)與作業(yè)質(zhì)量的理論和技術(shù)，以滿足我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和市場需求，并形成新的農(nóng)機電子產(chǎn)品市場和產(chǎn)業(yè)。

參考文獻

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