農(nóng)作物播種、施肥自動化作業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

李海龍

摘要：針對農(nóng)作物精量排種器存在的問題，設(shè)計農(nóng)作物播種、施肥自動化作業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)。簡介智能監(jiān)控系統(tǒng)在拖拉機(jī)上的安裝位置及主要結(jié)構(gòu)組成，論述傳感器、控制器、主機(jī)、傳動動力等關(guān)鍵部件的設(shè)計及選擇，為提高農(nóng)作物的播種質(zhì)量提供機(jī)具基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控;播種質(zhì)量;設(shè)計;施肥;傳感器;控制器;主機(jī)

中圖分類號：S223.2+4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0042-03

當(dāng)前，農(nóng)作物精量播種過程大多為封閉狀態(tài)，無法直接判斷排種質(zhì)量，常出現(xiàn)漏播及少播的現(xiàn)象，影響農(nóng)作物產(chǎn)量的提高。尤其在大力推廣免耕播種機(jī)的情況下，播種作業(yè)地表情況更復(fù)雜，作業(yè)環(huán)境更惡劣，排種器的故障更加突出。為此，遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究設(shè)計了農(nóng)作物播種、施肥自動化作業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱“智能監(jiān)控系統(tǒng)”），對農(nóng)業(yè)谷物類作物（如玉米、花生、黃豆）播種情況（株距、漏播等）進(jìn)行全程監(jiān)測及相關(guān)傳動部分控制，有效提高播種質(zhì)量。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

智能監(jiān)控系統(tǒng)在拖拉機(jī)上的安裝位置及主要結(jié)構(gòu)組成見圖1。

智能監(jiān)控系統(tǒng)替代現(xiàn)有谷物類排種器以地輪為動力的固有模式，實(shí)時監(jiān)測播種作業(yè)的位置、面積、剩余種量、預(yù)播種面積、漏播及補(bǔ)播、施肥配量、施肥漏施及補(bǔ)施、施肥面積等相關(guān)信息，根據(jù)預(yù)設(shè)播種參數(shù)和施肥參數(shù)及時做出相應(yīng)的控制動作和報警，實(shí)現(xiàn)施肥、播種參數(shù)化作業(yè)。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵部件的設(shè)計

2.1 傳感器

采用3個紅外線傳感器對排種管進(jìn)行監(jiān)測，分別為漏種傳感器、車速傳感器和種量傳感器。當(dāng)發(fā)生漏播情況時，系統(tǒng)自動記錄并發(fā)出警報;當(dāng)連續(xù)漏播達(dá)到一定數(shù)量時，系統(tǒng)提示生產(chǎn)者停止作業(yè)。

漏種傳感器安裝于播種器內(nèi)部，用于獲取作業(yè)時播種器的漏種數(shù)量;車速傳感器安裝于機(jī)車地輪同心軸上，用于檢測獲取機(jī)車行駛里程及行駛車速;種量傳感器安裝于排種管中部，用于獲取當(dāng)前播種量。

2.2 控制器

基于TRIZ理論的反饋原理及嵌套原理設(shè)計的播種及補(bǔ)種控制器，能夠根據(jù)種量傳感器、漏種傳感器及車速傳感器的監(jiān)測結(jié)果，自動控制播種間距精度、補(bǔ)種精度及施肥精度。

施肥控制器及與其連接的施肥電機(jī)，通過車載主機(jī)設(shè)置施肥參數(shù)，由施肥控制器根據(jù)設(shè)置參數(shù)控制施肥電機(jī)。

2.3 主機(jī)

車載主機(jī)用于設(shè)定作業(yè)參數(shù)，接收各傳感器的反饋數(shù)據(jù)，并根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)計算播種和補(bǔ)種電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，通過播種及補(bǔ)種控制器控制播種及補(bǔ)種電機(jī)，使機(jī)具滿足作業(yè)設(shè)定的作業(yè)參數(shù)。

對相關(guān)參數(shù)（如種盤種數(shù)，施肥延遲時間，播種間距，行距，行寬等）進(jìn)行設(shè)定后，系統(tǒng)自動計算出每畝所需的種量、肥量，并統(tǒng)計實(shí)際作業(yè)面積。

2.4 傳動動力

地輪傳動的穩(wěn)定性直接影響排種器的排種質(zhì)量，但在實(shí)際作業(yè)過程中，地輪經(jīng)常打滑或在較復(fù)雜路段停止轉(zhuǎn)動，無法滿足精量排種的要求。為此，將排種器的傳動動力由地輪改為電機(jī)傳動。通過主控制器自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，達(dá)到精量播種的目的。

播種及補(bǔ)種控制器、播種電機(jī)安裝于排種器2側(cè)，驅(qū)動排種器根據(jù)設(shè)定速度排種;施肥控制器及施肥電機(jī)安裝于施肥機(jī)具2側(cè)，用于控制施肥電機(jī)的施肥量。

3 智能監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

智能監(jiān)控系統(tǒng)的具體監(jiān)控過程見圖2。

車載主機(jī)根據(jù)車速傳感器反饋值與設(shè)定的播種間距，計算作業(yè)范圍內(nèi)的理論用種量，并與種量傳感器獲取的播種量進(jìn)行對比，據(jù)此判斷播種狀態(tài)是否正常。若播種量小于理論用種量，則存在漏播現(xiàn)象。

播種作業(yè)前，由拖拉機(jī)帶動播種機(jī)行進(jìn)指定距離，車速傳感器記錄指定行進(jìn)距離內(nèi)的脈沖數(shù)，根據(jù)脈沖數(shù)與行進(jìn)距離的關(guān)系計算播種間距的調(diào)節(jié)系數(shù)。

作業(yè)過程中，主機(jī)根據(jù)種量傳感器及車速傳感器的反饋值計算實(shí)際播種間距，并計算與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)播種間距的誤差。當(dāng)超出誤差范圍時，通過調(diào)節(jié)排種盤轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)整播種間距。當(dāng)誤差范圍在0%～85%之間時，系統(tǒng)判定作業(yè)不合格，進(jìn)入精度誤差細(xì)分環(huán)節(jié)。若不合格原因?yàn)槁┎?，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入漏種控制單元，進(jìn)行相應(yīng)的動作;當(dāng)不合格原因?yàn)檫B續(xù)漏播時，系統(tǒng)自動報警，提示排種器故障。當(dāng)誤差范圍在85%～100%之間時，系統(tǒng)判定作業(yè)合格，由車載主機(jī)記錄播種信息。

對排肥機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測控制，使其能夠配合排種器進(jìn)行精準(zhǔn)施肥，減少排肥量，減輕化肥對土地的危害，有利于環(huán)境保護(hù)。

4 結(jié)論

智能監(jiān)控系統(tǒng)能有效監(jiān)測農(nóng)作物播種質(zhì)量，用戶預(yù)設(shè)系統(tǒng)參數(shù)后，系統(tǒng)自動計算排種器的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，達(dá)到精準(zhǔn)播種、排肥的目的。作業(yè)結(jié)束后，系統(tǒng)統(tǒng)計作業(yè)過程中的總排種量和作業(yè)面積，有效降低作業(yè)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益。同時，系統(tǒng)解決了播種機(jī)和施肥機(jī)質(zhì)量過大、傳動部分故障多、漏播、排種量難控制等諸多問題，適合我國農(nóng)業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳廣大，馬占輝，馬超，等.基于ARM的玉米免耕播種施肥機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報，2016，37（5）：209-212.

[2] 王沛東，孟志軍，付衛(wèi)強(qiáng)，等.基于CAN總線的24行小麥播種監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J].農(nóng)機(jī)化研究，2014，36（1）：112-116.

[3] 劉皓然.小籽粒作物精密播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[D] 晉中市：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[4] 林二東.大豆播種監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究[D].大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，2015.

[5] 閆荊，朱龍圖，于婷婷，等.免耕播種機(jī)播種深度實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016，38（09）：214-218.

[6] 戈天劍，趙斌，衣淑娟，等.精密播種機(jī)播種計量監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016，38（12）：96-100.

[7] 趙娜，刁懷龍，刁培松，等.基于單片機(jī)的小麥播種機(jī)播種面積的監(jiān)測系統(tǒng)[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，38（6）：766-770.

[8] 李雷霞，李建東，楊薇，等.播種機(jī)漏播及播種軌跡自動監(jiān)測報警裝置[J].農(nóng)業(yè)工程，2015，5（3）：19-20.

[9] 車宇，偉利國，劉婞韜，等.免耕播種機(jī)播種質(zhì)量紅外監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33（S1）：11-16.