智能播種設(shè)備系統(tǒng)研究

劉磊

【摘要】本文介紹了一種用于玉米種子精密播種的智能播種裝置的設(shè)計與研發(fā)，該裝置的特點是采用電機驅(qū)動排種，播種裝置可以按照農(nóng)藝要求任意調(diào)整株距。電機的轉(zhuǎn)速的獲取是在測速輪前進(jìn)的速度基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，通過測速輪獲取的速度信號，傳遞給單片機進(jìn)行處理，經(jīng)過公式分析，最終得到目標(biāo)電機轉(zhuǎn)速。試驗采用的排種器為指夾式排種器，排種效果好，排種均勻，為單粒精播提供可靠保障。

【關(guān)鍵詞】智能；可變量；播種裝置

1研制背景及意義

播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，提高播種機的工作性能、工作質(zhì)量和工作效率已成為人們在播種過程中的追求目標(biāo)?，F(xiàn)有播種機排種一般都是采用齒輪、鏈輪等機械傳動，依靠地輪驅(qū)動排種器排種，改變播種株距需要通過改變傳動比來實現(xiàn)。改變傳動比需更換鏈輪、齒輪，不能實現(xiàn)在作業(yè)中進(jìn)行改變株距，而作業(yè)過程中拖拉機速度波動和地輪打滑會造成株距的變化，影響了播種均勻性。為此，針對現(xiàn)如今農(nóng)村播種出現(xiàn)的問題，研制出可變量智能播種裝置。

該可變量智能播種裝置以單片機為主控芯片，采用步進(jìn)電機驅(qū)動排種軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)播種人員調(diào)整播種株距簡單，播種株距的連續(xù)調(diào)節(jié)。通過步進(jìn)電機驅(qū)動排種器完成種子的排種，避免了地輪打滑對播種株距造成的影響，提高了播種株距的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)作業(yè)過程技術(shù)參數(shù)的實時顯示，系統(tǒng)工作可靠性強。

2可變量智能播種裝置結(jié)構(gòu)及組成

該裝置主要由指夾式排種器步進(jìn)電機、行走輪（測速輪）、機架幾部分組成。步進(jìn)電機用來為排種器轉(zhuǎn)動提供動力。測速輪用來測速，同時還起鎮(zhèn)壓和支撐作用。另外，單體中所示的測速輪替代了拖拉機前輪用于測速，測速輪被裝在播種機單體的前部位置，承重較大，且試驗室地況良好，所以測速輪打滑率很低。

3可變量智能播種裝置總體方案

3.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計總體方案

控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計是整個控制系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵部分，硬件部分的主要作用是采集信號信息、分析和處理信號信息，完成信息傳遞、輸出控制信號等。另外，為了簡化裝置，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，設(shè)計中采用單片機進(jìn)行控制，通過無線傳輸模塊實現(xiàn)信息的傳輸交流。單片機單元主要負(fù)責(zé)機具前進(jìn)速度的采集、排種控制的功能。

（1）信息采集部分：設(shè)計中將霍爾傳感器測速模塊安裝在拖拉機前輪上采集拖拉機前行速度，主單片機對所獲得的速度信息進(jìn)行處理，并通過無線傳輸將信息發(fā)送給從單片機，從單片機依據(jù)建立好的拖拉機速度、播種株距、排種器轉(zhuǎn)速三者之間的數(shù)學(xué)模型，分析計算出需要發(fā)送給步進(jìn)電機的脈沖數(shù)。

（2）步進(jìn)電機驅(qū)動排種部分：設(shè)計中對排種器的驅(qū)動裝置進(jìn)行了改進(jìn)，舍棄了傳統(tǒng)的地輪驅(qū)動模式，改換成步進(jìn)電機驅(qū)動的排種器電動系統(tǒng)，該驅(qū)動方式能夠避免地輪打滑的干擾，改善播種機的播種性能。主單片機將機具實時速度和預(yù)設(shè)株距經(jīng)無線傳輸發(fā)送給從機，經(jīng)從機計算處理后，發(fā)送脈沖給電機驅(qū)動器控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動，從而控制排種器按需排種。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計總體方案

軟件部分的設(shè)計是整個控制系統(tǒng)設(shè)計中的核心部分，它對控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、抗干擾性和穩(wěn)定性都有重要影響。該課題的軟件設(shè)計采用 C 語言作為編程工具，整個程序運用模塊化編程方法，將一個大的系統(tǒng)依據(jù)要實現(xiàn)的不同功能分解成多個小模塊，先對小模塊獨立的進(jìn)行編程，然后測試程序的實現(xiàn)效果，最后將各個模塊進(jìn)行整合，測試整個程序的控制效果。 控制系統(tǒng)的軟件部分主要完成信息采集、信號的運算處理、電機驅(qū)動、故障判斷及報警、信息輸出等工作。對應(yīng)需要完成的工作，軟件部分的程序設(shè)計包括主程序、信息采集子程序、故障判斷子程序、報警子程序、顯示子程序、電機驅(qū)動子程序等的設(shè)計。

4可變量智能播種裝置的的硬件設(shè)計及選擇

（1）對 AT89C2051 單片機以及各控制芯片進(jìn)行初始化，保證控制系統(tǒng)做好工作準(zhǔn)備；

（2）調(diào)用信息采集及數(shù)據(jù)處理、運算子程序，依據(jù)霍爾傳感器和激光傳感器發(fā)送回來的信號，通過分析、計算，判斷有無故障發(fā)生和得出步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速；

（3）調(diào)用顯示子程序，實時對播種參數(shù)進(jìn)行顯示，當(dāng)發(fā)生漏播故障時，顯示屏?xí)詣犹D(zhuǎn)到故障頁面顯示相關(guān)故障信息；

（4）調(diào)用報警子程序，在播種機工作過程中，當(dāng)發(fā)生漏播情況時，報警系統(tǒng)能夠及時報警；

5總結(jié)

（1）采用步進(jìn)電機驅(qū)動排種器排種的驅(qū)動系統(tǒng)，有效地解決了地輪打滑影響播種株距的問題，提高了精密播種機播種株距的準(zhǔn)確性。

（2）通過單片機依據(jù)拖拉機前輪速度控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)播種株距，實現(xiàn)了播種株距的無級調(diào)節(jié)，避免了停機手動調(diào)節(jié)的繁瑣，提高了播種機的工作效率，播種均勻性也明顯提高。

（3）經(jīng)過對該控制系統(tǒng)的試驗測試可以看出：在播種過程中，系統(tǒng)能夠依據(jù)機組速度調(diào)節(jié)播種株距，且報警機制可靠率高。該系統(tǒng)的設(shè)計不僅改善了精密播種機的工作質(zhì)量，提高了玉米產(chǎn)量，而且降低了勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率。

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