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

姜艷玲

這些年，伴隨電子工業(yè)的不斷發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸完善與成熟。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中最基本的步驟就是播種，它也在根源上保證著豐產(chǎn)與豐收。精密播種機(jī)已經(jīng)被普遍使用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)播種工作當(dāng)中，我們國家大多利用的是機(jī)械式播種機(jī)，整個(gè)工作當(dāng)中會(huì)有由于漏播或重播而導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)問題，這主要是由于整個(gè)播種過程中是完全封閉的。所以針對精密播種機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行更加科學(xué)的設(shè)計(jì)和研究能夠有效的提升播種的質(zhì)量，這在智能農(nóng)業(yè)方面也是有著重要意義的。

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)控系統(tǒng)上，國外的研究時(shí)間是更早的，很多發(fā)達(dá)國家也不斷加強(qiáng)了農(nóng)業(yè)裝備電子信息應(yīng)用技術(shù)在播種監(jiān)控方面的設(shè)計(jì)與研究。上一世紀(jì)七十年代他們就已經(jīng)著手并加大力度、加快研究進(jìn)度，他們研發(fā)的幾類監(jiān)測系統(tǒng)可以在播種機(jī)出現(xiàn)故障問題時(shí)進(jìn)行報(bào)警，其原理是利用對不同類別的排種器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。伴隨高科技的不斷進(jìn)步，很多新型技術(shù)也被運(yùn)用到了播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，例如GPS定位系統(tǒng)。并且很多更加先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠針對播種的各項(xiàng)具體參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算并顯示出來。

1.2國內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)研究成果

我們引進(jìn)并吸收了國外的多種精密播種機(jī)，并且對精密播種機(jī)的監(jiān)控方面的研究投入也有了不小的增加，這使得我國在這方面的研發(fā)工作也有了不小的進(jìn)展，我們國家已經(jīng)研制成功了能夠?qū)收线M(jìn)行聲音與光報(bào)警并且每一行的播種速度與數(shù)量等參數(shù)都能夠進(jìn)行顯示的裝置，原理是傳感器的信號轉(zhuǎn)換電路。并且也隨著單片機(jī)、傳感器以及虛擬機(jī)等技術(shù)的進(jìn)步，我國正在精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化方面也有了不小的進(jìn)展。河北農(nóng)大的劉教授通過研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用單片機(jī)針對重播與漏播分別進(jìn)行相應(yīng)形式的聲光報(bào)警進(jìn)而對精密播種機(jī)在排種工作能力進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)能夠?qū)χ夭ヅc漏播的占比進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算，再利用顯示器將其顯示出來。吉工大的馬先生也利用計(jì)算機(jī)圖形處理的技術(shù)給出了一套精密排種機(jī)的性能監(jiān)測系統(tǒng)。這一套系統(tǒng)利用圖像的增強(qiáng)、平滑等一些方式，針對種子的動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行一個(gè)精密的分析，這樣能夠很好的提升圖像質(zhì)量以及圖像的作用，而且為了更好的對重播與漏播等參數(shù)進(jìn)行檢測，他也給出了按照種子的面積以及間距對排種器性能進(jìn)行檢測的提取方法，這一方法對我們國家精密排種機(jī)在工作性能方面的要求有了良好的滿足。

2. 監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

2.1早期人工測量方法

我們國家在上個(gè)世紀(jì)六十年代時(shí)的播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)有關(guān)設(shè)備是非常少的，有些甚至是使用黃油當(dāng)作粘膠劑對下落的種子進(jìn)行固定，并且這是一種仿制的新帆布袋式排種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)。吸嘴這一裝置是安裝在帆布袋的轉(zhuǎn)角處，這樣能夠更加方便的對種子進(jìn)行吸取，這個(gè)設(shè)計(jì)方案的目的是為了有效的減少粘膠劑的使用并對整個(gè)清種工作進(jìn)行進(jìn)一步的簡化。類似這種在粘膠帶上利用人工測量播種實(shí)際性能的方式檢測起來非常直觀，能夠在某種程度上對種子優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行反饋，但是因?yàn)檫@種方式當(dāng)中種子被污染是較為嚴(yán)重的，這樣就不能夠進(jìn)行回收并重復(fù)利用，并且工作條件與工作環(huán)境都比較差，所以在進(jìn)行測量與取樣的時(shí)候是非常不方便的。伴隨著一些新型技術(shù)的出現(xiàn)，這種人工進(jìn)行測量的方式已經(jīng)被時(shí)代所淘汰。

2.2傳感器檢測方式

現(xiàn)在的播種檢測工作當(dāng)中，光電傳感器的使用已經(jīng)非常普遍了，一般是在播種機(jī)的排種口處安裝一個(gè)光電傳感器，這樣當(dāng)播種機(jī)排出一粒種子之后過得傳感器就會(huì)相應(yīng)的給出一個(gè)信號，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆糯筇幚砗笤撔盘枙?huì)被傳送至單片機(jī)，單片機(jī)能夠利用這一信號知道播種機(jī)是否排出了種子。檢測到這個(gè)信號之后，為了對每一粒的播種質(zhì)量進(jìn)行保證，單片機(jī)就會(huì)停止振動(dòng)，如果單片機(jī)沒能夠檢測到種子排出的話就會(huì)保持持續(xù)的振動(dòng)，直到有一粒種子被排出。像離心式與電磁振動(dòng)式都是以這一原理為基礎(chǔ)而建立的。傳感器檢測方式最適合對漏播進(jìn)行監(jiān)控，但這一方法的主要缺點(diǎn)就是在重播檢測這個(gè)方面的準(zhǔn)確率是極低的。

2.3利用計(jì)算機(jī)處理圖像技術(shù)

計(jì)算機(jī)圖像處理的原理是運(yùn)用攝像探頭在固定的時(shí)間間隔當(dāng)中采集固定數(shù)量的圖像，再將這些圖像傳到計(jì)算機(jī)之中，計(jì)算機(jī)會(huì)對這些圖像進(jìn)行識(shí)別，從而去對漏播的情況進(jìn)行判斷。一旦出現(xiàn)了漏播現(xiàn)象時(shí)，計(jì)算機(jī)就會(huì)報(bào)警同時(shí)給出相應(yīng)的處理信號對該狀況進(jìn)行處理。我們國家現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)D像處理技術(shù)和機(jī)器人進(jìn)行一個(gè)有效的結(jié)合，攝像機(jī)將拍攝的圖像分割后再將種子特征進(jìn)行提取，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對種子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行處理。這個(gè)方法的原理是針對圖像進(jìn)行濾波、增強(qiáng)、瑞華以及分割，進(jìn)而把種子圖案的邊緣識(shí)別出來，并按照面積以及種子間距進(jìn)行監(jiān)測。這一方法有著非常不錯(cuò)的效果，但整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也是很高的。

3.監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

按照當(dāng)下國內(nèi)與國外使用的精密播種機(jī)來看，現(xiàn)在的精密播種機(jī)在綜合性能方面還不夠成熟，不能夠更加全面的對整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行滿足，所以在監(jiān)測技術(shù)方面的研究是非常必要的。監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展當(dāng)中比較重要的一步就是監(jiān)控裝置靈敏度的提升，目前多數(shù)都是以微型單片機(jī)為基礎(chǔ)的。燈下的研究重點(diǎn)應(yīng)該在不能正常播種時(shí)報(bào)警系統(tǒng)瞬間啟動(dòng)以及相應(yīng)的補(bǔ)償系統(tǒng)代替工作繼續(xù)播種這一方面上，這樣才能夠有效的避免漏播現(xiàn)象的出現(xiàn)。

伴隨精密播種技術(shù)的不斷進(jìn)步，監(jiān)控裝置也有了不小的發(fā)展。監(jiān)控系統(tǒng)的性能也對播種質(zhì)量有著非常直接的影響，對精密播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來說最重要的就是如何提升其靈敏度。利用自動(dòng)補(bǔ)償視監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效的對勞動(dòng)力進(jìn)行節(jié)約，并大大降低勞動(dòng)的強(qiáng)度，同時(shí)能夠有效的減少漏播現(xiàn)象的發(fā)生進(jìn)而降低損失，這樣才能夠?qū)⒉シN機(jī)的工作質(zhì)量最大化，達(dá)到提高系統(tǒng)自動(dòng)化與智能化的目的。

（作者單位：164700黑龍江省拜泉縣國富鎮(zhèn)政府）