氣吸振動式玉米播種機排種性能監(jiān)測系統(tǒng)

章 勁

（江蘇省鹽城市農(nóng)業(yè)機械技術推廣中心，江蘇 鹽城 224002）

快速并精準監(jiān)測播種機的排種性能是專家們面臨的主要難題。文獻[1]中的監(jiān)測系統(tǒng)是目前開發(fā)比較完善的系統(tǒng)，利用光電傳感器進行性能的監(jiān)測，如二極管、普通日光燈、半導體等。因為該方法通過采用光電傳感器影響脈沖的方法來獲取種子的數(shù)量，所以對于監(jiān)測出有兩個種子同時落地的播種情況有很大難度。文獻[2]中的監(jiān)測系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)的處理能力要求較高，所以監(jiān)測不夠精準。為了提高系統(tǒng)監(jiān)測性能，本文提出了氣吸振動式玉米播種機排種性能監(jiān)測系統(tǒng)，并通過試驗對其進行分析。

1 氣吸振動式玉米播種機排種性能監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計

1.1 設計播種裝置

本文采用基于可編程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC）的定量播種裝置進行種子的供給。自動定量播種裝置主要包括PLC控制器、AZ154傳輸電線、顯示屏、電機驅動器、傳感器、移動電源和定量供種箱等。PLC控制器的型號為三菱TS3R-60AT-C，顯示屏幕的型號為三菱GET2000，定量播種箱由厚度為3 mm的有機玻璃制作而成[3]。PLC控制器不具有差動輸出方式，其采用二極管脈沖的輸出方式，因此選取同時控制速度和方向的方式。根據(jù)以上分析，實際裝置的運行情況為：首先讓計數(shù)器MA先計數(shù)5次，之后清零，并重新計數(shù)，當計數(shù)達到要求時轉換到下一步，也就是當電機驅動器驅動到第3次后，驅動器每驅動20次，就會旋轉90°，促使播種裝置開始旋轉供種，每一步要按照規(guī)定的順序進行。之后需要進行回轉操作，也就是控制器需要先正向轉150°，之后再自動反向旋轉150°回到初始位置，即完成了回轉操作，之后機器需要停止1 s，并利用跳轉指令，跳轉至計數(shù)器MA的初始位置。然后程序會重新從該位置開始執(zhí)行，如此循環(huán)，直到斷電或者按下停止鍵結束，當運行可以停止時，需要按顯示屏幕上的關閉按鈕。

氣吸振動式播種機的播種裝置按種子數(shù)量、正向供種和反向歸位的流程進行工作，所以可以采用順序控制程序，不需要復雜的煩瑣線路，更容易進行系統(tǒng)的設計和維護工作。

1.2 設計振動式傳感器

振動式傳感器是用來收集種子的活動數(shù)據(jù)的，其傳感板的長短將對其收集種子的活動數(shù)據(jù)產(chǎn)生很大影響。傳感板過長，將導致許多種子同時停留在感應器中，使檢測的準確性下降，所以必須科學合理地選用傳感板的長短[4]。本文選擇傳感板的長度為7 cm，傳感器的型號為FPXC-112。傳感板的管理系統(tǒng)位于傳感器內(nèi)，需要與傳感器線路建立多對一或者一對一的映射，利用電量約束法對其進行感應板電量的計算和電池負荷狀態(tài)的控制。而且需要觀察傳感器內(nèi)的接口規(guī)律，并將數(shù)據(jù)及時地傳送到感應板的控制系統(tǒng)中，再根據(jù)控制中心安排的傳輸計劃對感應板進行充電[5]。感應板接入控制中心需將電壓控制在10 kV，傳感板主要功能是為管理系統(tǒng)提供可傳感的感應板

數(shù)量及其狀態(tài)情況。通過振動式傳感器的基礎負荷量對感應板進行優(yōu)化處理，計算出播種時間內(nèi)接入感應板的數(shù)量。再對l0 kV線路的實時負荷量和感應板準備量進行計算，將感應板分配并接入到傳感器的對應線路上。

2 氣吸振動式玉米播種機排種性能監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計

2.1 設計軟件整體框架

為了保證用戶使用的時候比較方便和簡單，本系統(tǒng)采用了與Web技術相結合的系統(tǒng)開發(fā)方式。為了使監(jiān)測變得簡單和方便，本系統(tǒng)在網(wǎng)頁上就可以完成所有性能的監(jiān)測。本文設計的氣吸振動式玉米播種機排種性能監(jiān)測系統(tǒng)能對于多個監(jiān)測點實現(xiàn)性能的監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)的主要結構如圖1所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)流程圖

監(jiān)測系統(tǒng)的主程序首先進行監(jiān)測系統(tǒng)的初始化，完成接收端口設置、FS4110開關的初始化和控制輸入以及SG8465數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊設置，接著判斷播種機的容量情況，判斷是否存在堵塞。若不存在堵塞則監(jiān)測完成，若存在堵塞則進行預警，提醒相關人員進行處理。

2.2 設計監(jiān)測指令

監(jiān)測系統(tǒng)結構設計完成后，需要對監(jiān)測指令進行設計。根據(jù)振動電流峰值點的特點，數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊會監(jiān)測任務設置優(yōu)先級，對各監(jiān)測集任務進行安排。監(jiān)測的任務包括實時監(jiān)測和非實時監(jiān)測，通過傳感器的實時分析功能對監(jiān)測任務指令進行相應的分配。通過HTTP協(xié)議和服務器進行監(jiān)測指令的上傳，借助于Java Applet建立嵌套字段，可以直接和客戶端上的指令進行交互。集中監(jiān)測裝置的任務主要包括信息監(jiān)測和分析、播種時間監(jiān)測、數(shù)據(jù)監(jiān)測和處理。氣吸振動式監(jiān)測方法的改進，滿足監(jiān)測任務對實時性的需求。對于實時程度要求較高的任務，可以通過規(guī)定優(yōu)先級來對其進行操作。本文利用滯回峰值監(jiān)測算法完成相鄰兩個振動電流峰值的觀測及時間測量[6]。

2.3 實現(xiàn)性能監(jiān)測

監(jiān)測任務指令設計完成之后，對監(jiān)測區(qū)域的傳感器進行性能監(jiān)測。性能監(jiān)測包括性能的分類、排序與控制等信息，也可以簡單地進行系統(tǒng)結構的建立和調整。當播種發(fā)生時，系統(tǒng)中會啟動監(jiān)測功能，可以對線路上的傳感器電流和大型發(fā)電機運行時的傳感情況進行監(jiān)測。在傳感器中接入控制型的性能監(jiān)測機，利用電流監(jiān)測原理對排種情況進行監(jiān)測。再接入集中式的排種感應器[7]，監(jiān)測輸出電流的波形是否出現(xiàn)阻斷情況。播種監(jiān)測模塊需要進行播種距離監(jiān)測和播種時間監(jiān)測，當播種機進行運行時，會啟動監(jiān)測系統(tǒng)，并向傳感器發(fā)送監(jiān)測信號[8]。

監(jiān)測系統(tǒng)在進行初始化配置之后，首先根據(jù)監(jiān)測模塊所監(jiān)測到的信息進行判斷，若存儲箱是空的或者播種孔被堵塞則會進行警報提示，若為振動電流信號則通過輻射面積識別是否為兩個種子重疊在一起，再通過實際的播種時間或者理論的播種時間確定有無重疊播種和遺漏播種，從而計算正常的播種量等。該監(jiān)測系統(tǒng)可以提供多種的監(jiān)測功能和管理功能，以實現(xiàn)對不同種子、不同區(qū)域的監(jiān)測功能。系統(tǒng)實現(xiàn)了播種機排種的集中管理下的排種性能的監(jiān)測[9]。系統(tǒng)可以自動生成播種機的信息、播種進度和播種速度，還能自動生成每次播種的數(shù)量，自動將所監(jiān)測到的信息生成到對應的數(shù)據(jù)分析模塊中。系統(tǒng)可以自動生成播種配置，還能依據(jù)播種機不同性能選擇不同的播種方式。播種機的設置和播種的各種要求都會在平臺下自動生成，不需要人為輸入[10]。

3 系統(tǒng)測試

本文選擇基于光電法的玉米播種機排種性能監(jiān)測系統(tǒng)和基于電容信號的玉米播種機排種性能監(jiān)測系統(tǒng)與本次設計的監(jiān)測系統(tǒng)進行對比。以排種量大小為參照，對比三種監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測精確程度。測試過程及結果分析如下。

為證實系統(tǒng)監(jiān)測性能的優(yōu)越性，試驗人員選用了普通的四號玉米種子作為試驗研究對象，并選用平均種子質量約為300 g的玉米種子作為試驗種子，平均種子的含水率大約為14.6%。把統(tǒng)計的實際排種量和系統(tǒng)監(jiān)測到的排種量進行比較，以得到監(jiān)測精度，一共進行了四次試驗，對比結果如表1所示。

由表1可知，利用電容信號特點設計的排種性能監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測出的排種量不夠精準，而且排種量越大誤差越大，根據(jù)光電法設計的排種性能監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的排種量雖然要精準一些，但也存在較大的誤差。本文設計的監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測出的排種量與實際排種量的差距較小，可以將誤差控制在2.3%之內(nèi)，更加證明了本文設計的排種性能監(jiān)測系統(tǒng)可以更好地進行監(jiān)測，減少種子的消耗，提高玉米播種工作的效率。

表1 系統(tǒng)測試結果分析表

4 結束語

本文主要討論了氣吸振動式播種機的排種監(jiān)測方法，系統(tǒng)中將振動傳感器作為主要測量目標，負責獲取播種情況的數(shù)據(jù)。本文分析了傳感器的接入條件，獲取了傳感器的型號和感應板的長度，為傳感器的設計方法提供了理論性的依據(jù)，也為現(xiàn)代播種機排種性能監(jiān)測系統(tǒng)的建設奠定了科學基石。