一种电驱播种监测控制装置

1.本实用新型涉及一种电驱播种监测控制装置。


背景技术：

2.随着我国农业现代化的发展，精准高效作业已成为衡量农业装备性能优劣的重要标准，而众多“傻大笨粗”的机具也将逐渐被时代淘汰。尤其在高速精量播种机方面，单靠机械性能的提升无法满足高速时的高精度要求；我国在作业速度、精度稳定性和智能化水平方面仍远远落后于发达国家。国内传统精量播种机在高速作业条件下的性能弊端日益凸显，(1)播种质量难以保证：播种机地轮和拖拉机车轮遇不平、雨水地面易发生颠簸、滑移，造成排种速度与行进速度差异，产生漏播、重播、株距均匀性差等一系列问题。采用机械机构仿形响应速度偏慢，播深一致性差，影响作物产量； (2)作业效率相对滞后：为实现高效作业，种植农艺不断改进，机具配套拖拉机动力也加快了更新换代速度，而播种机却难以在机械结构方面再发生重大革新，其作业效率仍将长期处于较低水平(作业速度6-8km/h)；(3)播种过程不易监控：机具全程封闭作业，播种过程不易观测，需配备辅助人员跟随作业，不仅劳动强度大、人力成本高，还易造成人身伤害，其观测结果也难以摆脱人为主观因素影响。因此，亟待尽快开发先进适用的新型精量播种装备，革新技术方式，适应并促进农机现代化高速发展。
3.综上，研发高速精准电驱排种监控系统对提高播种机作业速度、粒距一致性、播深一致性等方面具有重要意义，具有独特、较高的应用价值。
4.现在已有申请号为cn201910975410.0的发明专利公开了一种精密播种机地轮驱动力监控系统，本发明包含速度传感器、扭矩传感器、磁粉制动器、直流电机、gps 模块、控制器、显示装置、报警装置以及远程服务器，播种机工作过程中，排种器与排肥器的驱动力由地轮驱动，本发明在复杂工况下可实现自动检测，通过速度传感器与gps等检测到地轮驱动不足时，及时启动直流电机保证播种过程中不漏播不断播，使得满足精密播种要求。虽然此专利包含监控部分但是仍然不适合在高度作业下工作，而且电机驱动只是作为一种辅助驱动手段，在拖拉机作业车速与排种器转速匹配的控制策略上没有提及，同时不具备播深等其它监控和调节手段。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本技术提供了一种电驱播种监测控制装置，利用该设备可提高电驱式播种机的播种精度。
6.本实用新型提供了一种电驱播种监测控制装置，
7.包含主控单元和执行单元，所述执行单元与所述主控单元电连接；
8.所述主控单元包含主控制器；
9.所述执行单元包含播种深度测量单元、播种机行进速度测量单元和排种器转速测量单元，所述播种深度测量单元安装于播种机机具连杆上，其用于采集播种的深度信号，所
述主控制器根据该深度信号触发控制连杆升降的液压油缸15伸缩以实现播种深度调节；所述播种机行进速度测量单元包含卫星+惯性导航模块和/或速度传感器17，所述卫星+惯性导航模块安装在播种机机架上，其用于测量播种机的行进速度，所述速度传感器17设置在播种机的地轮16上，其用于采集播种机地轮16的转速，所述主控制器接收卫星+惯性导航模块和速度传感器17任一采集的速度信号，所述排种器转速测量单元包含套环组件，该套环组件包含定套环1和与所述定套环1同轴且套接的动套环2，所述定套环1与所述动套环2可相对转动，所述定套环1上设有至少一组霍尔传感器3，所述动套环2上设有套接孔7和多个磁极6，所述套接孔7设置在动套环 2的中心位置，该套接孔7可嵌套在驱动排种器10转动的直流电机9的转轴91上以使动套环2随转轴91旋转，多个所述磁极6设置在所述动套环2的径向位置，霍尔传感器3与磁极6靠近时产生脉冲信号并传输至主控单元，所述主控制器根据接收到的脉冲信号以及速度信号生成调节直流电机9转速的控制指令。
10.作为本技术的优选方案，所述动套环2的高度大于所述定套环1的高度，且所述动套环2为橡胶材质。
11.作为本技术的优选方案，所述排种器转速测量单元包含直流电机9测速电路，该直流电机9测速电路中霍尔传感器3的引脚1连接直流电机9上的电源正极，引脚2 连接直流电机9上的电源负极，引脚3为输出引脚并通过接入上拉电阻r46保持高电平状态，同时，该引脚3连接有接口4，该接口4设置在定套环1上用于与主控单元连接。
12.作为本技术的优选方案，所述执行单元包含可采集直流电机9供电电流的电机驱动元件，该电机驱动元件包含光电耦合器和mos管，所述光电耦合器的输入端与所述主控制器的输出端连接，所述光电耦合器的输出端通过mos管与直流电机9电源其中一端子连接。
13.作为本技术的优选方案，所述卫星+惯性导航模块为wtgps-200芯片，且所述主控单元包含卫星+惯性导航电路，在该导航电路中所述wtgps-200芯片的usart_tx1端和 usart_rx1端分别与所述主控制器的串口usart_rx和usart_tx引脚连接，vcc端连接电源正级且并联电容c38和电容c39用于过滤低频信号，有源天线供电端vcc_rf通过电感l3与天线连接，rf_in端直接与天线，用于接收卫星信号。
14.作为本技术的优选方案，所述主控单元包含rs485网关和rs485总线电路，利用 rs485网关可实现主控制器与远控终端以rs485总线的方式通信，所述rs485总线电路包含sp3485电平转换芯片，其中，引脚1和引脚4分别连接于主控制器的uar3 rx 和uar3 tx端口，引脚6和引脚7作为通信端口并分别串联有电阻r63和电阻r57进行电路滤波,同时，在引脚6和引脚7的之间接入终端电阻r58和元件sm712.tct；
15.和/或，所述主控单元包含作业报警器和作业报警驱动电路，所述作业报警驱动电路包含npn型三极管q1，该npn型三极管基极串联电阻r40并接入主控单元的gpio 端口ala，同时，并联偏置电阻r43；集电极连接报警器一端口y1；发射极与电源负极连接，在端口alam输出高电平时，所述三极管q1导通，报警器与电源正负极形成闭合回路进而启动报警，在端口alam输出低电平时，所述三极管q1截止，报警器与电源正负极断开处于非工作状态；
16.和/或，所述执行单元包含风压传感器和光电传感器12，所述风压传感器设置在风压管的外壁，所述光电传感器12设置在排种管11的侧壁上；
17.和/或，包含带有can总线的车载电脑，该车载电脑包含计算存储单元和人机交互界面；
18.和/或，所述播种深度测量单元包含角度传感器14，该角度传感器14安装在四杆机构的驱动曲柄13处，利用角度传感器14获取的角度信号间接反映播种深度信号。
19.与现有技术相比，本技术中的该电驱播种监测控制装置主要针对直流电机9驱动播种机的特殊形式，其优势在于：
20.(1)通过安装在机具连杆上的播种深度测量单元实时采集播种深度，主控单元根据该播种深度测量单元采集的深度信号触发比例电磁阀按一定比例调节油量进而控制液压油缸15伸缩特定距离以实现播种深度调节，也即本技术采用播种深度测量单元和比例电磁阀可实现播种深度的精准、快速和实时调节，使得播种深度满足一致性的要求；
21.(2)利用在播种机上设置播种机行进速度测量单元和在直流电机9上设置排种器转速测量单元的方式，同时，利用设置在主控单元内播种机行进速度与排种器10 转速之间的函数模型关系使得主控单元可根据播种机行进速度对直流电机9的转速进行实时调节，确保下种粒距保持在特定距离内，进而实现播种的均匀性。
22.(3)排种器10采用直流电机9驱动，解决了现有排种动力取自地轮16时，在高速作业状态下排种精度及稳定性大幅下降的问题。
23.(4)利用卫星+惯性导航(gnss+ins)模块和速度传感器17对播种机的行进速度采用了用双信号采集模式，也即对播种机的行进速度通过两种速度采集模块进行采集，如此提高了播种机行进速度获取的准确性。
24.(5)本技术设计了一种排种器转速测量单元，该排种器转速测量单元主要利用磁电效应，也即通过设置在定套环1上的霍尔传感器3与设置在随直流电机9的转轴91 转动的动套环2上的磁极6之间产生的脉冲信号来确定电机的转速以及电机的正反转，相比传统利用速度传感器17获取电机转速的方式，利用本技术中该排种器转速测量单元实现了直流电机9的集成化、精准化及嵌入式测速。
附图说明
25.图1为本实用新型实施例提供的一种电驱播种监测控制装置的控制结构示意图。
26.图2为本实用新型实施例提供的can总线收发电路图。
27.图3为本实用新型实施例提供的stm32控制芯片的结构示意图。
28.图4为本实用新型实施例提供的播种单体架连接座的主视结构示意图。
29.图5为本实用新型实施例提供的播种单体架的主视结构示意图。
30.图6为本实用新型实施例提供的套环组件的主视结构示意图。
31.图7为本实用新型实施例提供的图6中沿a-a方向的剖视结构示意图。
32.图8为本实用新型实施例提供的套环组件嵌套在直流电机上的轴测图。
33.图9为本实用新型实施例提供的直流电机测速电路图。
34.图10为本实用新型实施例提供的模拟信号转换电路图。
35.图11为本实用新型实施例提供的脉冲采集电路图。
36.图12为本实用新型实施例提供的电机控制电路图。
37.图13为本实用新型实施例提供的卫星+惯性导航电路图。
38.图14为本实用新型实施例提供的rs485总线电路图。
39.图15为本实用新型实施例提供的作业报警驱动电路图。
40.图16为本实用新型实施例提供的电压由12v转3.3v的电路图。
41.图17为本实用新型实施例提供的电压由12v转5v的电路图。
42.图18为本实用新型实施例提供的电压由12v转24v电路图。
43.附图标记
44.定套环1，动套环2，霍尔传感器3，接口4，安装孔5，磁极6，套接孔7，直流电机测速电路板8，直流电机9，转轴91，排种器10，排种管11，光电传感器12，播种单体架连接座13，驱动曲柄131，角度传感器14，液压油缸15，地轮16，速度传感器17。
具体实施方式
45.实施例1：
46.本实施例提供了一种电驱播种监测控制装置，包含上位机和下位机，上位机与下位机通过can总线通信，参见图1，如此不仅可提高设备的可扩展性，而且可实现多路控制，本实施例中，can总线收发电路以sn65hvd230(也可用其它can收发器进行替换)作为can数据收发处理芯片，该sn65hvd230芯片的d端口为can总线数据发送端，rx端口为can总线数据接收端，canh端口和canl端口之间并联终端电阻r35, 并在各端口分别串联防干扰电阻r28和电阻r29，该canh端口和canl端口分别连接于所述下位机的can通信引脚，rs端口通过下拉电阻r27与电源负极连接，vcc端口与电源正负极连接，参见图2。
47.下位机包含主控单元和执行单元，执行单元与主控单元电连接，本实施例中，主控单元包含主控制器，优选该主控制器为stm32控制芯片，参见图3，该stm32控制芯片性能稳定、数据处理能力强、功耗低、外设多且开发成本低，适合本实施例的需要。
48.执行单元包含播种深度测量单元、播种机行进速度测量单元和排种器转速测量单元，播种深度测量单元安装于播种机机具连杆上，其用于在播种机作业中实时检测播种的深度信号，主控制器根据该播种深度测量单元采集的深度信号触发比例电磁阀按一定比例调节油量进而控制液压油缸15伸缩特定距离以实现播种深度调节，在本实施例中，播种深度测量单元包含角度传感器14，该角度传感器14安装在播种单体架连接座13上的四杆机构的驱动曲柄13处，优选该角度传感器14与驱动曲柄13平行设置，参见图4，由于驱动曲柄13的倾斜角度与播种深度之间存在正相关关系，因此在使用时，可通过角度传感器14采集驱动曲柄13倾斜的角度间接来反映播种深度，也即利用角度传感器14获取的角度信号间接代表播种深度信号，同时，本实施例中，采用比例电磁阀可实现播种深度的精准和有效调节，实现了播种深度的一致性及播种深度调节的实时性和准确性；播种机行进速度测量单元包含卫星+惯性导航(gnss+ins) 模块和/或速度传感器17，本实施例优选播种机行进速度测量单元包含卫星+惯性导航 (gnss+ins)模块和速度传感器17，卫星+惯性导航(gnss+ins)模块安装在播种机机架上，其用于在播种机行走过程中实时测量播种机的行进速度信号，速度传感器17 设置在播种机的地轮16上，参见图5，其用于采集播种机地轮16的转速信号(该转速信号代表了播种机行进速度)，主控制器接收gnss+ins模块和/或速度传感器17 任一采集的速度信号，也即，在本实施例中，对于播种机行进速度的获取采用两种速度采集模块分别对播种机不同位置的速度进行采集，如此可避免传统采用一种速度采集模块(速度传感器17采集地轮16转速)获取播种机行进速度时由于颠簸或地面不平易存在获取的速度信息不准确或不及时的问题，提高了播种机行进速度测量的准确性和实时性；排种器转速
测量单元包含套环组件，该套环组件包含定套环1和与定套环1同轴且套接的动套环2，参见图6-7，定套环1与动套环2可相对转动，本实施例中，优选动套环2的高度大于定套环1的高度，也即动套环2相对于定套环1凸出部分，定套环1的上表面设有两组霍尔传感器3，动套环2上设有套接孔7和多个磁极6，套接孔7设置在动套环2的中心位置，该套接孔7可紧密嵌套在驱动排种器10转动的直流电机9的转轴91上并使得动套环2随转轴91旋转，本实施例优选定套环1可采用粘贴等固定方式固设在直流电机9的截面上，或者本实施例优选在定套环1上设有安装孔5，通过该安装孔5将定套环1固定在直流电机9上，参见图8，本实施例中，为了实现动套环2与转轴91紧密套接，优选动套环2为柔性的橡胶材质，利用该柔性的橡胶材质可将动套环2与转轴91紧密套接，多个磁极6设置在动套环2的径向位置，动套环2随转轴91旋转时磁极6可靠近霍尔传感器3进而使得霍尔传感器3产生脉冲信号并传输至主控制器，主控制器将接收到的脉冲信号以及速度信号与预设在其内的播种机行进速度与排种器10转速之间的函数模型关系进行计算继而生成触发电机驱动器动作的控制指令，利用每一路的电机驱动器对对应直流电机9的转速进行实时调节，确保每一路排种器10的下种粒距保持在特定距离内，实现播种的均匀性。
49.本实施例中，排种器转速测量单元包含直流电机9测速电路，该直流电机9测速电路中两个霍尔传感器3的引脚1连接直流电机9上的电源正极，引脚2连接直流电机9上的电源负极，引脚3为输出引脚并通过接入上拉电阻r46保持高电平状态，同时，该引脚3连接有接口4(电路图中示p7)，该接口4设置在定套环1上用于与主控单元连接，参见图9，本实施例中，直流电机测速电路板8可固设在定套环1的一侧，也即本实施例中的该排种器转速测量单元为一集成有电路板的速度传感单元；本实施例中设计的该排种器转速测量单元主要利用磁电效应，也即通过设置在定套环1 上的霍尔传感器3与设置在随直流电机9的转轴91转动的动套环2上的磁极6之间产生的脉冲信号来确定电机的转速以及电机的正反转，相比传统利用速度传感器17获取电机转速的方式，利用本实施例中该排种器转速测量单元能够实现电机转速的精准测量，同时，本实施例将直流电机9测速电路与套环组件一体化设计，实现了直流电机 9的集成化和嵌入式测速。
50.本实施例中,直流电机9的启停控制，除了可通过主控制器控制外，还可通过手动方式控制每一路电机的动作(启动/停止)，也即可在紧急情况下进行人工干预。
51.本实施例中，设置在地轮16上的速度传感器17采集的速度信息除了表示播种机的行进速度外，还用于检测播种机是否启停进而通过主控制器控制直流电机9启停，具体地，当速度传感器17能够采集到地轮16的转速则说明播种机处于作业或行进状态，此时主控制器控制直流电机9启动，当速度传感器17采集不到地轮16的转速则说明播种机停止作业，此时主控制器控制直流电机9停止转动，如此，可避免出现重复播或漏播的现象。
52.本实施例在使用时，将播种机与对应的牵引机构(拖拉机)连接，播种机在作业过程中，利用设置在驱动曲柄13上的角度传感器14实时采集曲柄旋转的角度信息(间接代表播种深度信息)并传输至主控制器，与此同时，利用播种机行进速度测量单元和排种器转速测量单元分别获取播种机的行进速度信息及排种器10的转速信息并将对应的信息发送至主控制器，主控制器根据接收到的角度信息(播种深度信息)触发比例电磁阀按一定比例调节油量进而控制液压油缸15伸缩特定距离以实现播种深度调节，以及，主控制器将接收到的行进速度信息和转速信息与预设在其内的播种机行进速度与排种器10转速之间的函数
模型关系进行计算继而生成触发电机驱动器动作的控制指令，利用每一路的电机驱动器对对应直流电机9的转速进行实时调节，确保每一路排种器10的下种粒距保持在特定距离内，实现播种的均匀性；也即，利用本实施例中的该电驱播种监测控制装置不仅可根据需要对播种机的播种深度进行实时调节，而且可根据播种机行进速度快速、准确的调节直流电机9的转速，确保每一路排种器10的下种粒距保持在特定距离内，同时，本实施例中排种器10采用直流电机9 驱动，解决了现有排种动力取自地轮16行走时，在高速作业状态下排种精度及稳定性大幅下降的问题。
53.进一步地，在本实施例中，执行单元包含风压传感器和光电传感器12，风压传感器设置在风压管的外壁，光电传感器12设置在排种管11出种口的侧壁，利用风压传感器可实时感知风压管内的气吸压力(风压信号)并将其传输至主控制器，利用光电传感器12可实时感知排种管11排种是否异常(漏播或重播或堵塞等)并将产生的脉冲信号传输至主控制器，主控制器根据该风压信号及脉冲信号可进行对应控制，例如停止播种或增加风压或人为介入等，同时，还计算并记录漏播或重播作业的时间、间距和位置等，减少人为工作统计量，也即，本实施例采用风压传感器和光电传感器12 可对播种机的排种情况(播种状态)进行实时监控并对异常播种进行记录和分析，提高了播种机的播种精度。
54.本实施例中，由于主控制器为stm32控制芯片，该stm32控制芯片内部集成的模拟量采集电路只能采集0～3.3v电压值，而风压传感器的输出模拟量为4～20ma电流信号，因此，需要设计一种模拟信号转换电路才可实现风压信号的采集，本实施例中该模拟信号转换电路包含lm358双运算放大器及外围连接的元器件，参见图10，其中， lm358双运算放大器的同相输入端串接电阻r24用于缓冲电路高压脉冲信号产生的影响，同时，同相输入端串接有相互并联的电容c14和电阻r26，该电容c14和电阻r26 并联后与电源负极连接其可过滤掉输入端的低频信号，lm358双运算放大器输出端连接电阻r25和电容c15组成的rc滤波电路，利用该滤波电路保障输出信号的稳定性，采用本实施例中的该模拟信号转换电路可将风压传感器采集的风压信号经双运算放大器放大后传输至stm32控制芯片的模拟量采集电路中，确保信号采集的准确性。
55.本实施例中，由于stm32主控芯片的gpio端口输入电压范围为0～3.3v，而实际所用光电传感器12和霍尔传感器3采集的模拟量为10～24v，因此不能直接接入stm32 控制芯片的gpio端口，需要通过电路转换实现传感器的脉冲采集；本实施例设计了一种脉冲采集电路，参见图11，该脉冲采集电路包含：光耦el357芯片、电阻r23和电容c9组成的rc滤波电路；x7作为传感器信号输入端口，并在信号输入端口串联电阻 r22用于保护电路高压脉冲信号的影响；d5为led发光二极管用于指示电路的工作状态，串联电阻r21用于电路限流，保护发光二极管d5的正常工作，采用本实施例中的该脉冲采集电可将光电传感器12采集的排种管11落种脉冲信号和霍尔传感器3采集的直流电机9转速脉冲信号进行电压转换后传输至stm32主控芯片，实现了对排种管 11落种、直流电机9测速产生的脉冲进行计数，继而通过判断算法实时获取播种状态和直流电机9转速。
56.进一步地，在本实施例中，主控单元包含用于采集直流电机9供电电流的电机控制电路，该电机控制电路中的光电耦合器tlp701的输入引脚3与主控制器的pwm输出引脚连接，输出引脚5与mos管栅极连接，mos管漏极接入直流电机9电源某一端子形成开漏电压输出，同时，mos管源极通过电阻r3和电容c1组成的rc滤波电路接入 lm358双运算放大器的输
入端，lm358双运算放大器的输出端接入主控制器，参见图 12，使用时，通过主控制器调节输入mos管栅极电压的大小从而控制mos管源极与漏极的通断，当源极和漏极接通时，所控制的直流电机9的供电电流从mos管漏极流入源极再通过高精度低阻值电阻r6回流到负极形成电流回路，由于mos管源极通过电阻 r3和电容c1组成的rc滤波电路接入lm358双运算放大器输入端，因此，在电阻r6 端所形成的电压通过电阻r7和r8进行比例放大，实际放大比例值可根据电阻r7和 r8的阻值进行调整以适应主控制器对模拟量的检测范围；本实施例中，直流电机9供电电流值i与放大器输出电压值u之间的计算公式为：i＝(u*r8)/((r7+r8)*r6)，本实施例中主控制器将来自放大器输出端的电压转换为电流后继续执行以下操作：优选地，主控制器内可预先设有直流电机9工作电流阈值，主控制器将转换后的供电电流值与预设的工作电流阈值进行比较计算可在必要情况下进行电机故障报警和紧急停车等操作，例如，当转换后的供电电流值在短时间内超过预设工作电流阈值时，则说明电机故障(例如转子断条)，此时主控制器控制电机故障报警、电机停止工作和控制牵引机构停车，也即，本实施例中通过设置电机控制电路可对直流电机9在不停机状态下实时监测其工作状态，避免未能及时获取电机异常信息进而降低播种精度的问题，同时，利用该电机控制电路还可通过主控制器调节直流电机9的转速。
57.进一步地，在本实施例中，卫星+惯性导航(gnss+ins)模块为wtgps-200芯片，该芯片精度高、信号强且体积小便于安装，满足本实施例的需求，主控单元包含卫星+ 惯性导航电路，在该导航电路中wtgps-200芯片的usart_tx1端和usart_rx1端分别与主控制器的串口usart_rx和usart_tx引脚连接，vcc端连接电源正级且并联电容 c38和电容c39用于过滤低频信号，有源天线供电端vcc_rf通过电感l3与天线连接， rf_in端直接与天线，用于接收卫星信号，参见图13。
58.进一步地，在本实施例中，为了实现远程控制，优选主控单元包含rs485网关和 rs485总线电路，利用rs485网关可实现主控制器与远控终端以rs485总线的方式通信，rs485总线电路包含sp3485电平转换芯片，其中，引脚1和引脚4分别连接于主控制器的uar3 rx和uar3 tx端口，引脚6和引脚7作为通信端口并分别串联有电阻 r63和电阻r57进行电路滤波,同时，在引脚6和引脚7的之间接入用于消除或减弱通信电缆中的信号反射的终端电阻r58和用于防静电和防浪涌的sm712.tct元件，参见图14；本实施例中，485网关具有4g全网通网关，利用4g网络或有线网络将主控制器与远控终端连接，本实施例优选远控终端包含远端控制室和远端物联网云平台，物联网云平台利用串口或网口实现modbus数据自动采集和传输，配置参数方式多样、灵活，运行安全稳定，具备隔离防护、emc防护等多项保护设计，尤其适合于环境较恶劣的农业作业现场；本实施例中，优选物联网云平台包含手机客户端、微信小程序及计算机web物联网平台等，管理人员可通过账号密码登录云平台监控该电驱播种监测控制装置的实时作业状态；也即本实施例通过rs485网关和rs485总线可使得主控单元与远控终端连接，实现本设备的远程监控功能。
59.进一步地，在本实施例中，为了根据作业情况及时报警，优选主控单元包含作业报警器和作业报警驱动电路，本实施例优选作业报警器为声光报警器，作业报警驱动电路包含npn型三极管q1，该npn型三极管基极串联电阻r40并接入主控制器的gpio 端口ala，同时，并联偏置电阻r43；集电极连接声光报警器一端口y1；发射极与电源负极连接，在端口alam输出高电平时，三极管q1导通，声光报警器与电源正负极形成闭合回路进而启动报警，
在端口alam输出低电平时，所述三极管q1截止，声光报警器与电源正负极断开处于非工作状态，参见图15；也即，本实施例中通过设置作业报警器可在作业异常(例如，直流电机9故障、排种管11堵塞、长时间重播、漏播等)情况下进行及时报警，方便工作人员及时获知以便停止播种，避免作业异常进而降低播种精度的现象。
60.进一步地，在本实施例中，上位机包含带有can总线的车载电脑，该车载电脑包含计算存储单元和人机交互界面(由触摸屏构成的显示界面)，本实施例中，上位机的主要功能包含显示作业工作状态，控制电机动作、设置作业参数、保存作业历史记录、记录作业报警信息及计算并记录漏播或堵塞的故障距离等，其中，
61.显示作业的工作状态主要包含各路排种管11的工作状态、直流电机9工作状态、播种机作业速度、作业面积、风压值、直流电机9工作电流值、直流电机转速和导航工作参数等；
62.控制电机动作包含人为的通过人机交互界面控制每一路直流电机9的动作(启动/ 停止)，也即实现在紧急或必要情况下对直流电机9进行人工干预；
63.设置作业参数，可以根据不同机具设置对应的作业宽度、地轮16直径、粒距间距、直流电机9电流的最大和最小阈值、风压的阈值和排种器10种子穴孔等，并将这些参数传送到下位机，下位机根据所设置的参数计算作业面积等数据，然后再将计算的数据传送到上位机进行显示判断；
64.保存作业历史记录包含保存整个季度的作业面积和作业时间，可以点击人机交互界面上的功能按键进行作业历史数据的记录保存；
65.记录报警信息包含记录作业过程中出现的排种漏播或堵塞的故障次数和时间，有助于后期通过记录的信息判断农业机械或其它影响作业质量的因素，为后期机械优化设计和作业规程提供参考；
66.计算并记录漏播或堵塞的故障距离包含记录从故障报警开始到作业牵引机构停止这段的距离，为作业者或后期补种提供定位判断，使作业者快速定位发生的地理位置和故障期间行进的距离。
67.也即本实施例在使用时，打开设备电源使得车载电脑与主控制器通过can总线实现初始化通信，通过车载电脑设置播种作业及机具参数，可将各参数保存于主控制器 flash中，如此再次作业时无需重新设置参数，车载电脑可根据机具工况及作业要求单独控制某一路排种器10是否工作，并可通过人机交互界面实时显示每一路的播种状态，通过外接报警器提醒工作人员作业故障，如此，不仅便于操作，也便于对播种状态进行监控。
68.进一步地，在本实施例中，主控单元包含电压转换电路，该电压转换电路是将拖拉机12v输入电压分别转换为3.3v、5v、24v以满足不同单元对电压的需求。
69.本实施例中，12v转换3.3v电路包含：将12v电源正极和负极分别连接于asm1117 电压转换模块的in端口和gnd端口，其转换后通过out端口输出3.3v电压，并在out 端口接入耦合电容c21，转换后的3.3v电压连接于stm32控制芯片的电源端口，为其提供正常工作电压，参见图16；
70.12v转换5v电路包含，将12v电源正极和负极分别连接于lm2596s-5.0电压转换模块的in端口和gnd端口，其转换后通过out端口输出5v电压，为防止电源正负极接反造成电路损坏的情况，在转换电路的in端接入二极管d11，并在out端口通过电感l2和电容c23组合
成滤波电路保证电路输出电压的稳定性，转换后的5v电源为各传感器及其它电路提供所需或备用电源，参见图17；
71.12v转换24v电路包含，将12v电源正极和负极分别连接于xl6019电压转换模块的vin端口和gnd端口，为防止电源正负极接反造成电路损坏的情况，在转换电路的输入端接入二极管d12，分别在输入/输出端口接入滤波电容c25和c27，保证电源供电的稳定性，转换后的24v电压连接于上位机(车载电脑)的串口触摸屏的电源端子，为串口触摸屏提供正常工作电压，参见图18。
72.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未做过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种电驱播种监测控制装置，其特征在于，包含主控单元和执行单元，所述执行单元与所述主控单元电连接；所述主控单元包含主控制器；所述执行单元包含播种深度测量单元、播种机行进速度测量单元和排种器转速测量单元，所述播种深度测量单元安装于播种机机具连杆上，其用于采集播种的深度信号，所述主控制器根据该深度信号触发控制连杆升降的液压油缸(15)伸缩以实现播种深度调节；所述播种机行进速度测量单元包含卫星+惯性导航模块和/或速度传感器(17)，所述卫星+惯性导航模块安装在播种机机架上，其用于测量播种机的行进速度，所述速度传感器(17)设置在播种机的地轮(16)上，其用于采集播种机地轮(16)的转速，所述主控制器接收卫星+惯性导航模块和速度传感器(17)任一采集的速度信号，所述排种器转速测量单元包含套环组件，该套环组件包含定套环(1)和与所述定套环(1)同轴且套接的动套环(2)，所述定套环(1)与所述动套环(2)可相对转动，所述定套环(1)上设有至少一组霍尔传感器(3)，所述动套环(2)上设有套接孔(7)和多个磁极(6)，所述套接孔(7)设置在动套环(2)的中心位置，该套接孔(7)可嵌套在驱动排种器(10)转动的直流电机(9)的转轴(91)上以使动套环(2)随转轴(91)旋转，多个所述磁极(6)设置在所述动套环(2)的径向位置，霍尔传感器(3)与磁极(6)靠近时产生脉冲信号并传输至主控单元，所述主控制器根据接收到的脉冲信号以及速度信号生成调节直流电机(9)转速的控制指令。2.如权利要求1所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述动套环(2)的高度大于所述定套环(1)的高度，且所述动套环(2)为橡胶材质。3.如权利要求1所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述排种器转速测量单元包含直流电机(9)测速电路，该直流电机(9)测速电路中霍尔传感器(3)的引脚1连接直流电机(9)上的电源正极，引脚2连接直流电机(9)上的电源负极，引脚3为输出引脚并通过接入上拉电阻r46保持高电平状态，同时，该引脚3连接有接口(4)，该接口(4)设置在定套环(1)上用于与主控单元连接。4.如权利要求1-3任一项所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述执行单元包含可采集直流电机(9)供电电流的电机控制电路，该电机控制电路中的光电耦合器tlp701的输入引脚3与主控制器的pwm输出引脚连接，输出引脚5与mos管栅极连接，mos管漏极接入直流电机(9)电源某一端子形成开漏电压输出，同时，mos管源极通过电阻r3和电容c1组成的rc滤波电路接入lm358双运算放大器的输入端，lm358双运算放大器的输出端接入主控制器。5.如权利要求1-3任一项所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述卫星+惯性导航模块为wtgps-200芯片，且所述主控单元包含卫星+惯性导航电路，在该导航电路中所述wtgps-200芯片的usart_tx1端和usart_rx1端分别与所述主控制器的串口usart_rx和usart_tx引脚连接，vcc端连接电源正级且并联电容c38和电容c39用于过滤低频信号，有源天线供电端vcc_rf通过电感l3与天线连接，rf_in端直接与天线，用于接收卫星信号。6.如权利要求4所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述卫星+惯性导航模块为wtgps-200芯片，且所述主控单元包含卫星+惯性导航电路，在该导航电路中所述wtgps-200芯片的usart_tx1端和usart_rx1端分别与所述主控制器的串口usart_rx和usart_tx引脚连接，vcc端连接电源正级且并联电容c38和电容c39用于过滤低频信号，有源天线供电端
vcc_rf通过电感l3与天线连接，rf_in端直接与天线，用于接收卫星信号。7.如权利要求1-3任一项所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述主控单元包含rs485网关和rs485总线电路，利用rs485网关可实现主控制器与远控终端以rs485总线的方式通信，所述rs485总线电路包含sp3485电平转换芯片，其中，引脚1和引脚4分别连接于主控制器的uar3 rx和uar3 tx端口，引脚6和引脚7作为通信端口并分别串联有电阻r63和电阻r57进行电路滤波,同时，在引脚6和引脚7的之间接入终端电阻r58和sm712.tct元件；和/或，所述主控单元包含作业报警器和作业报警驱动电路，所述作业报警驱动电路包含npn型三极管q1，该npn型三极管基极串联电阻r40并接入主控单元的gpio端口ala，同时，并联偏置电阻r43；集电极连接报警器一端口y1；发射极与电源负极连接，在端口alam输出高电平时，所述三极管q1导通，报警器与电源正负极形成闭合回路进而启动报警，在端口alam输出低电平时，所述三极管q1截止，报警器与电源正负极断开处于非工作状态；和/或，所述执行单元包含风压传感器和光电传感器(12)，所述风压传感器设置在风压管的外壁，所述光电传感器(12)设置在排种管(11)的侧壁上；和/或，包含带有can总线的车载电脑，该车载电脑包含计算存储单元和人机交互界面；和/或，所述播种深度测量单元包含角度传感器(14)，该角度传感器(14)安装在四杆机构的驱动曲柄(13)处，利用角度传感器(14)获取的角度信号间接反映播种深度信号。8.如权利要求4所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述主控单元包含rs485网关和rs485总线电路，利用rs485网关可实现主控制器与远控终端以rs485总线的方式通信，所述rs485总线电路包含sp3485电平转换芯片，其中，引脚1和引脚4分别连接于主控制器的uar3 rx和uar3 tx端口，引脚6和引脚7作为通信端口并分别串联有电阻r63和电阻r57进行电路滤波,同时，在引脚6和引脚7的之间接入终端电阻r58和sm712.tct元件；和/或，所述主控单元包含作业报警器和作业报警驱动电路，所述作业报警驱动电路包含npn型三极管q1，该npn型三极管基极串联电阻r40并接入主控单元的gpio端口ala，同时，并联偏置电阻r43；集电极连接报警器一端口y1；发射极与电源负极连接，在端口alam输出高电平时，所述三极管q1导通，报警器与电源正负极形成闭合回路进而启动报警，在端口alam输出低电平时，所述三极管q1截止，报警器与电源正负极断开处于非工作状态；和/或，所述执行单元包含风压传感器和光电传感器(12)，所述风压传感器设置在风压管的外壁，所述光电传感器(12)设置在排种管(11)的侧壁上；和/或，包含带有can总线的车载电脑，该车载电脑包含计算存储单元和人机交互界面；和/或，所述播种深度测量单元包含角度传感器(14)，该角度传感器(14)安装在四杆机构的驱动曲柄(13)处，利用角度传感器(14)获取的角度信号间接反映播种深度信号。9.如权利要求5所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述主控单元包含rs485网关和rs485总线电路，利用rs485网关可实现主控制器与远控终端以rs485总线的方式通信，所述rs485总线电路包含sp3485电平转换芯片，其中，引脚1和引脚4分别连接于主控制器的uar3 rx和uar3 tx端口，引脚6和引脚7作为通信端口并分别串联有电阻r63和电阻r57进行电路滤波,同时，在引脚6和引脚7的之间接入终端电阻r58和sm712.tct元件；
和/或，所述主控单元包含作业报警器和作业报警驱动电路，所述作业报警驱动电路包含npn型三极管q1，该npn型三极管基极串联电阻r40并接入主控单元的gpio端口ala，同时，并联偏置电阻r43；集电极连接报警器一端口y1；发射极与电源负极连接，在端口alam输出高电平时，所述三极管q1导通，报警器与电源正负极形成闭合回路进而启动报警，在端口alam输出低电平时，所述三极管q1截止，报警器与电源正负极断开处于非工作状态；和/或，所述执行单元包含风压传感器和光电传感器(12)，所述风压传感器设置在风压管的外壁，所述光电传感器(12)设置在排种管(11)的侧壁上；和/或，包含带有can总线的车载电脑，该车载电脑包含计算存储单元和人机交互界面；和/或，所述播种深度测量单元包含角度传感器(14)，该角度传感器(14)安装在四杆机构的驱动曲柄(13)处，利用角度传感器(14)获取的角度信号间接反映播种深度信号。10.如权利要求6所述的电驱播种监测控制装置，其特征在于，所述主控单元包含rs485网关和rs485总线电路，利用rs485网关可实现主控制器与远控终端以rs485总线的方式通信，所述rs485总线电路包含sp3485电平转换芯片，其中，引脚1和引脚4分别连接于主控制器的uar3 rx和uar3 tx端口，引脚6和引脚7作为通信端口并分别串联有电阻r63和电阻r57进行电路滤波,同时，在引脚6和引脚7的之间接入终端电阻r58和sm712.tct元件；和/或，所述主控单元包含作业报警器和作业报警驱动电路，所述作业报警驱动电路包含npn型三极管q1，该npn型三极管基极串联电阻r40并接入主控单元的gpio端口ala，同时，并联偏置电阻r43；集电极连接报警器一端口y1；发射极与电源负极连接，在端口alam输出高电平时，所述三极管q1导通，报警器与电源正负极形成闭合回路进而启动报警，在端口alam输出低电平时，所述三极管q1截止，报警器与电源正负极断开处于非工作状态；和/或，所述执行单元包含风压传感器和光电传感器(12)，所述风压传感器设置在风压管的外壁，所述光电传感器(12)设置在排种管(11)的侧壁上；和/或，包含带有can总线的车载电脑，该车载电脑包含计算存储单元和人机交互界面；和/或，所述播种深度测量单元包含角度传感器(14)，该角度传感器(14)安装在四杆机构的驱动曲柄(13)处，利用角度传感器(14)获取的角度信号间接反映播种深度信号。

技术总结
本实用新型公开了一种电驱播种监测控制装置，包含主控单元和执行单元，主控单元包含主控制器；执行单元包含播种深度测量单元、播种机行进速度测量单元和排种器转速测量单元，播种深度测量单元安装于播种机机具连杆上；播种机行进速度测量单元包含卫星+惯性导航模块和/或速度传感器，卫星+惯性导航模块安装在播种机机架上，速度传感器设置在播种机地轮上，排种器转速测量单元包含定套环和动套环，定套环上设有霍尔传感器，动套环上设有套接孔和磁极，套接孔可嵌套在直流电机的转轴上，主控制器接收霍尔传感器采集和播种机行进速度测量单元采集的度信号并生成调节直流电机转速的控制指令，利用该设备可提高播种机的播种精度。度。度。


技术研发人员：纪超 陈金成 张惠 潘峰 张景 汤智辉 谭新赞 韩大龙
受保护的技术使用者：新疆农垦科学院
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/5/25