王關(guān)平，孫偉

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

一種馬鈴薯漏播檢測(cè)及補(bǔ)償裝置的研制

王關(guān)平，孫偉*

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

針對(duì)現(xiàn)有的鏈勺式排種器馬鈴薯播種機(jī)作業(yè)過(guò)程中普遍存在的漏播現(xiàn)象，以PIC16F877單片機(jī)為核心，提出了一種由漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路、紅外漏播檢測(cè)電路和窩眼輪式排種系統(tǒng)構(gòu)成的漏播檢測(cè)補(bǔ)償新方案。漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路主要由永磁鐵和干簧繼電器電路構(gòu)成，每當(dāng)固定于取種勺底板上的永磁鐵略過(guò)干簧繼電器時(shí)，都會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行一次基于紅外信號(hào)發(fā)射、接收的漏播檢測(cè)工作，系統(tǒng)軟件基于PIC16F877特定引腳上一定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生電平變化的次數(shù)做出是否漏播的判斷；如果確定漏播事件發(fā)生，PIC16F877將迅速發(fā)出補(bǔ)種指令，窩眼輪式排種器在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下迅速旋轉(zhuǎn)90°將待補(bǔ)薯種排入導(dǎo)種槽，從而實(shí)現(xiàn)漏播補(bǔ)償。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)漏播檢測(cè)的準(zhǔn)確率〉99.8%，補(bǔ)種成功率〉75%，總播種成功率〉96.5%，鏈勺式排種器馬鈴薯播種機(jī)的漏播被有效抑制。

馬鈴薯播種機(jī)；鏈勺式排種器；干簧繼電器；紅外漏播檢測(cè)；窩眼輪式排種系統(tǒng)

王關(guān)平， 孫偉. 一種馬鈴薯漏播檢測(cè)及補(bǔ)償裝置的研制［J］. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2016， 37（5）: 1008-1014.

Wang G P， Sun W. Development of a kind of potato loss sowing detection and compensation device［J］. Research of Agricultural Modernization， 2016， 37（5）: 1008-1014.

解決漏播問(wèn)題的有效措施是增加播種監(jiān)測(cè)與漏播補(bǔ)償裝置，檢測(cè)到取種勺上缺種，及時(shí)補(bǔ)種［6］。這一領(lǐng)域的研究始于精量播種。早在20世紀(jì)40年代起，歐美國(guó)家就率先開展了對(duì)玉米、大豆等歐美傳統(tǒng)大宗農(nóng)作物精密播種機(jī)械的研制［7-9］，近年來(lái)，其在該領(lǐng)域的研究正在向智能化和特色化方向發(fā)展［10-11］。國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員在此領(lǐng)域也進(jìn)行了卓有成效的探索，其中大多是對(duì)小麥等小粒種子播種過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償［12-13］，也有少量針對(duì)大籽粒作物位置無(wú)偏差補(bǔ)種系統(tǒng)的研究［14］，其漏播監(jiān)測(cè)方案可資借鑒，但其補(bǔ)種方案很難直接應(yīng)用于馬鈴薯漏播補(bǔ)償。

國(guó)內(nèi)關(guān)于馬鈴薯漏播檢測(cè)與補(bǔ)種的相關(guān)研究近幾年才開展起來(lái)。國(guó)內(nèi)的馬鈴薯播種以切塊薯種植為主，其取種機(jī)構(gòu)、排種方式與小麥、玉米、大豆等有很大不同。事實(shí)上，由于馬鈴薯種子塊莖較大、播種間距較大，即使是單粒漏播，造成的影響也相當(dāng)明顯，因此，每粒漏播都應(yīng)被可靠識(shí)別并能及時(shí)補(bǔ)種，這就對(duì)漏播檢測(cè)與補(bǔ)償系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。張曉東等［15］提出了由紅外光電傳感器、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)三部分組成的機(jī)電式馬鈴薯播種器自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，但其漏播檢測(cè)方案較原始，可靠性差，且由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)盤式補(bǔ)種器補(bǔ)種的方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度慢，實(shí)用性不佳。為此，劉全威等［16］提出了一種基于ATmegal6單片機(jī)的紅外漏播檢測(cè)系統(tǒng)和曲柄連桿打擊補(bǔ)種機(jī)構(gòu)組成的馬鈴薯漏播補(bǔ)償方案，該系統(tǒng)集成度高、方案可行性較好，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，但整個(gè)方案的電路硬件、軟件設(shè)計(jì)還有較大的提升空間。因此，本文以正在大規(guī)模推廣應(yīng)用的適應(yīng)于全膜雙壟溝播技術(shù)的2CM-2型馬鈴薯播種機(jī)為母機(jī)，基于PIC16F877單片機(jī)，提出了一種由干簧繼電器觸發(fā)紅外漏播檢測(cè)和窩眼輪式排種系統(tǒng)進(jìn)行漏播補(bǔ)償?shù)男路桨?，并用搭建的系統(tǒng)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了其實(shí)用性和可靠性。

1　基于PIC16F877的馬鈴薯漏播檢測(cè)及補(bǔ)償裝置

1.1系統(tǒng)方案及工作原理簡(jiǎn)述

馬鈴薯播種過(guò)程中是否發(fā)生了漏播必須首先被快速、可靠地檢測(cè)出來(lái)，以供系統(tǒng)決策，但取種勺是運(yùn)動(dòng)的，因此，要求能在一個(gè)固定點(diǎn)對(duì)經(jīng)過(guò)的取種勺是否成功取種進(jìn)行檢測(cè)，這里主要涉及3個(gè)問(wèn)題：1）合理的漏播檢測(cè)方案；2）檢測(cè)點(diǎn)位的設(shè)置；3）漏播檢測(cè)的啟動(dòng)時(shí)機(jī)。

經(jīng)過(guò)深入比選和研究，本文認(rèn)為采用紅外線發(fā)射、接收的檢測(cè)方案較為合適，因?yàn)榧t外信號(hào)不易受到干擾，且發(fā)射與接收都較為容易，體積小、價(jià)格低廉；檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置在正常切塊薯薯種箱上部顯然不太合理，這里雖然空間較大，但固著點(diǎn)缺乏，放置的檢測(cè)裝置容易受到觸碰而損壞，最重要的是此時(shí)薯種位于取種勺的勺碗之內(nèi)，露出勺沿以上的部分相對(duì)不足，這對(duì)檢測(cè)速度和結(jié)果的可靠性會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。事實(shí)證明，將檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置在機(jī)身后部的導(dǎo)種槽兩側(cè)比較合理，此時(shí)，相應(yīng)的薯種已經(jīng)掉落至前一個(gè)取種勺背后的平板上，外露部分較大，易于探測(cè)，且導(dǎo)種槽后部空間很大，易于布置補(bǔ)種箱和其他補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；采用取種勺底座旁放置小型永磁鐵，在導(dǎo)種槽某一合適位置開槽放置干簧繼電器，每當(dāng)取種勺到達(dá)干簧繼電器所在位置時(shí)，永磁鐵一并到達(dá)，此時(shí)啟動(dòng)漏播檢測(cè)，這就解決了漏播檢測(cè)的時(shí)機(jī)選擇問(wèn)題。因此，本系統(tǒng)的總體控制方案見(jiàn)圖1，其結(jié)構(gòu)布局見(jiàn)圖2。

圖1　基于PIC16F877的馬鈴薯漏播檢測(cè)及補(bǔ)種系統(tǒng)總體方案Fig. 1　The overall scheme of potato loss sowing detection and the compensation system based on PIC16F877

由圖1、圖2所示，該馬鈴薯漏播檢測(cè)及補(bǔ)償系統(tǒng)主要包括漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路、紅外漏播檢測(cè)電路及窩眼輪式排種系統(tǒng)。其中，漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路由永磁鐵、干簧繼電器和漏播檢測(cè)啟動(dòng)電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；紅外漏播檢測(cè)電路由紅外發(fā)射、紅外接收及其返回單片機(jī)的信號(hào)構(gòu)成（需借助于單片機(jī)軟件完成漏播判斷）；窩眼輪式排種系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和窩眼輪式排種器構(gòu)成；而不同單元之間均以PIC16F877單片機(jī)為核心進(jìn)行系統(tǒng)綜合和信號(hào)銜接。其更為詳細(xì)的工作原理還需同時(shí)結(jié)合圖3進(jìn)行說(shuō)明。

由圖3a可知，每一個(gè)取種勺的底板側(cè)面均放置一塊永磁鐵，永磁鐵隨同勺鏈一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)永磁鐵經(jīng)過(guò)干簧繼電器所在處時(shí)，干簧繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，則漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路工作，PIC16F877因此而立即啟動(dòng)紅外發(fā)射和紅外信號(hào)接收電路工作，并根據(jù)紅外信號(hào)的接收狀況判斷是否發(fā)生了漏播事件。如果漏播事件發(fā)生，單片機(jī)立即啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)窩眼輪式排種器排出一粒馬鈴薯原原種以完成補(bǔ)種工作，同時(shí)，補(bǔ)種指示燈會(huì)亮0.3 s；播種過(guò)程中將自動(dòng)記錄播種的總數(shù)目和發(fā)生漏播事件的次數(shù)，這些信息在LCD顯示中給出；系統(tǒng)控制電源由12 V鉛酸蓄電池輸出經(jīng)降壓、穩(wěn)壓后變?yōu)? V提供，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電源則直接取自12 V鉛酸蓄電池。

圖2　基于2CM-2型馬鈴薯播種機(jī)的漏播檢測(cè)及補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2　The structure diagram of loss sowing detection and the compensation system based on the 2CM-2 potato planter

圖3　漏播檢測(cè)啟動(dòng)系統(tǒng)方案及其電路圖Fig. 3　Loss sowing detection starting system scheme and its circuit diagram

1.2系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)電路設(shè)計(jì)

1.2.1漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路 “漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路”是為配合“紅外漏播檢測(cè)電路”的工作而設(shè)置的，其核心使命是使“紅外漏播檢測(cè)電路”只有在特定地點(diǎn)才能啟動(dòng)，其安裝空間布局設(shè)計(jì)如圖3a。由于取種勺的運(yùn)動(dòng)速度較快，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)塵土飛揚(yáng)，位置傳感器的工作環(huán)境惡劣，因此，本研究采用敏感度較高的磁探測(cè)原件——RD-07型干簧繼電器，以其為核心的漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路（圖3b）。在無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)，玻璃管中的兩個(gè)簧片是分開的，PIC16F877的引腳RB4上一直保持為高電平；每當(dāng)取種勺底板側(cè)面的永磁鐵略過(guò)干簧繼電器RD-7玻璃管附近時(shí)，管內(nèi)的兩個(gè)簧片被磁化而互相吸引接觸，使兩個(gè)引腳所接的電路連通，引腳RB4立刻被拉成低電平，此時(shí)，PIC16F877中設(shè)定的電平變化中斷被觸發(fā)，漏播檢測(cè)啟動(dòng)；當(dāng)永磁鐵離開后，兩個(gè)簧片由于本身的彈性而分開，引腳RB4又立即恢復(fù)為高電平，等待啟動(dòng)下一次工作。1.2.2 紅外漏播檢測(cè)系統(tǒng)電路 由于檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)受到附著在光電器件表面和彌漫在導(dǎo)種槽中塵土的影響，為此，必須選擇穿塵性好的發(fā)光元件和靈敏度高的感光元件；此外，由于需避免雜散日光的干擾，基于技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，本研究采用同平面1發(fā)2收的紅外原件空間布局檢測(cè)方案（圖4a）。紅外漏播檢測(cè)系統(tǒng)電路具體由以三極管T1和紅外發(fā)射二極管D1為核心的紅外線發(fā)射部分、以紅外接收管D2和D3為核心的紅外信號(hào)接收部分以及以三極管T2為核心的紅外接收電源VCC控制電路組成，其作用是在單片機(jī)PIC16F877協(xié)助下做出是否發(fā)生漏播事件的判斷，其電路圖見(jiàn)圖4b所示。在PIC16F877的控制下，其RC0端輸出43 kHz、占空比為50%的TTL方波，紅外發(fā)射二極管D1在該信號(hào)的控制下向外亦以43 kHz的頻率進(jìn)行紅外線輻射；在單片機(jī)的輸出端RB3發(fā)出高電平時(shí)，紅外接收電源端VCC得電，紅外接收管D2和D3所在的電路工作啟動(dòng)；在VCC得電條件下，每當(dāng)紅外接收管D2或D3受到紅外信號(hào)輻射時(shí)，其對(duì)應(yīng)電路分別送至單片機(jī)輸入口RB5或RB6的信號(hào)將由高電平迅速跳變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)，系統(tǒng)軟件中對(duì)應(yīng)的電平變化中斷被觸發(fā)，系統(tǒng)進(jìn)入中斷處理，最后依據(jù)一定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生電平變化中斷次數(shù)的多少來(lái)做出是否發(fā)生漏播事件的判斷。

本方案的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）同平面1發(fā)2收的紅外原件空間布局使得可以在軟件中設(shè)定只有2個(gè)接收管同時(shí)接收到信號(hào)，系統(tǒng)才能判定為漏播，因而系統(tǒng)漏播判斷的成功率較高，發(fā)生誤判的概率低；2）本系統(tǒng)無(wú)論是紅外線的發(fā)射和接收，都是由一定條件觸發(fā)后才啟動(dòng)的（攜帶磁鐵的取種勺到達(dá)了干簧繼電器M所在處），而且非常迅速，這有助于杜絕系統(tǒng)在非工作時(shí)段受到外界雜散信號(hào)的干擾；3）紅外發(fā)射二極管D1工作啟動(dòng)后，PIC16F877便在100 μs后立即查看RB5、RB6引腳上的電平變化次數(shù)，如果2個(gè)引腳中的低電平均出現(xiàn)2次或以上，則證明沒(méi)有薯種存在，即發(fā)生了漏播，即使是其中之一的低電平數(shù)少于2，則對(duì)該引腳再啟動(dòng)一次100 μs的電平狀態(tài)變化計(jì)數(shù)操作，如果結(jié)論還是如此，則證明沒(méi)有漏播事件發(fā)生，故每一次的漏播檢測(cè)最多不超過(guò)200 μs，即使鏈條的運(yùn)行速度達(dá)到最快的0.9 m/s，薯種的行程也不超過(guò)0.18 mm，即漏播檢測(cè)的時(shí)間開銷和行程開銷都非常小，因此，系統(tǒng)漏播判斷的準(zhǔn)確性和可靠性都較高；4）系統(tǒng)的漏播判斷是在單片機(jī)內(nèi)依靠特定的軟件程序完成的，適當(dāng)改寫相關(guān)程序，即可執(zhí)行新的判斷方案，故系統(tǒng)升級(jí)靈活方便。

圖4　紅外漏播檢測(cè)系統(tǒng)的空間布置和電路圖Fig. 4　The space layout and circuit diagram of infrared loss sowing detect system

1.2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制接口電路 補(bǔ)種裝置需要在漏播檢測(cè)部分判定確有漏播事件發(fā)生時(shí)啟動(dòng)，將待補(bǔ)薯種及時(shí)排入導(dǎo)種槽中以完成補(bǔ)種操作。由于切塊薯流動(dòng)性較差，故選用分級(jí)后的原原種作為待補(bǔ)薯種。本研究采用窩眼輪式排種器導(dǎo)種槽外側(cè)直排待補(bǔ)薯種的方案，因而，補(bǔ)償薯種的排種直接、運(yùn)動(dòng)行程短，故使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)依然能夠保證補(bǔ)種的快速性，其驅(qū)動(dòng)控制電路見(jiàn)圖5。

窩眼輪式排種器的質(zhì)量是1 kg，其直徑是100 mm；沿其槽輪頂端切線方向的最大靜摩擦力為5 N，所以窩眼槽輪的最大扭矩（T，N·m）為：

圖5　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路Fig. 5　Step motor drive control circuit

式中：J為窩眼輪式排種盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，r為其半徑，m為其質(zhì)量，F(xiàn)為該盤頂端切線方向的最大靜摩擦力，ω·為窩眼槽輪從靜止?fàn)顟B(tài)加速到300 RPM的平均角加速度。選用BYG250H型步進(jìn)電機(jī)，步距角為1.8°，能夠滿足轉(zhuǎn)角精度的要求；保持轉(zhuǎn)矩為1.4 N·m（〉1.035 N·m）、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為670 g·cm2（窩眼輪式排種盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=m·r2/2=1.0×0.052/2=1.25 g/cm2），能夠滿足立即停止的要求；與BYG250H型步進(jìn)電機(jī)配合使用的是DM422型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用共陽(yáng)極接法，單片機(jī)RB0輸出低電平（高電平）時(shí)允許（禁止）驅(qū)動(dòng)器工作，RB1輸出低電平（高電平）時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），RB2輸出脈沖時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，且調(diào)節(jié)該脈沖的頻率可以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)主程序和漏播判斷補(bǔ)償中斷子程序構(gòu)成。系統(tǒng)主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化、播種及補(bǔ)種數(shù)據(jù)顯示、補(bǔ)種提示、排種器傳動(dòng)測(cè)試以及其它人機(jī)應(yīng)答等工作（圖6）；而漏播判斷補(bǔ)償中斷子程序只有在漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成時(shí)才能進(jìn)入執(zhí)行，實(shí)時(shí)性要求高，要完成紅外線發(fā)射、紅外接收電源端VCC控制、根據(jù)RB5及RB6兩引腳上的電平變化特征判定漏播事件發(fā)生與否以及據(jù)此完成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)補(bǔ)種等操作（圖7），是系統(tǒng)核心功能所在。

3　系統(tǒng)試驗(yàn)與結(jié)果分析

圖6　系統(tǒng)主程序結(jié)構(gòu)圖Fig. 6　System main program structure diagram

圖7　漏播判斷補(bǔ)償中斷子程序結(jié)構(gòu)圖Fig. 7　Loss sowing judgment and compensation interrupt subroutine structure diagram

基于圖1所述的方案搭建漏播檢測(cè)及補(bǔ)種控制電路系統(tǒng)，DM422型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器外置，在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程實(shí)訓(xùn)中心自制的2CM-2型勺鏈?zhǔn)今R鈴薯排種試驗(yàn)臺(tái)上加裝待補(bǔ)原原薯種箱、窩眼輪式排種器、臨時(shí)托架及置于其上的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)（圖8），以測(cè)試勺鏈在不同作業(yè)速度下漏播檢測(cè)與自動(dòng)補(bǔ)薯系統(tǒng)的性能。勺鏈與種床帶由電機(jī)驅(qū)動(dòng)且通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)其速度，主排種系統(tǒng)采用切塊薯，自動(dòng)補(bǔ)種系統(tǒng)采用直徑20-25 mm的原原薯，為了使試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有代表性和實(shí)用性，主要在升運(yùn)鏈速度為0.3、0.6及0.9 m/s，即慢、中、快三個(gè)典型值下進(jìn)行試驗(yàn)，獲取正常播種數(shù)n、漏播數(shù)q及補(bǔ)播數(shù)m的數(shù)據(jù)，以原始播種率（R0）、補(bǔ)播成功率（R1）和總播種成功率（R2）來(lái)檢驗(yàn)本漏播檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性和播種速度對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)補(bǔ)種成功率的影響，其計(jì)算方法為：

圖8　2CM-2型馬鈴薯播種機(jī)臺(tái)架漏播檢測(cè)及補(bǔ)種模擬試驗(yàn)Fig. 8　Loss sowing detection and the compensation test based on 2CM-2 potato planter test-bed

不加漏播補(bǔ)種裝置的情況下，較低作業(yè)速度時(shí)（升運(yùn)鏈運(yùn)動(dòng)速度≤0.3 m/s），原始播種率約為92.0%，較高作業(yè)速度時(shí)，如升運(yùn)鏈速度為0.9 m/s，則正常播種率降為約86%（表1），這證明隨著作業(yè)速度的加快，漏播率將顯著增加；而安裝漏播補(bǔ)償裝置之后，在正常升運(yùn)鏈速度區(qū)間，補(bǔ)播成功率在75%-85%之間，總播種成功率在96.5%-98.5%之間，漏播被顯著補(bǔ)償，總播種成功率顯著提升。

然而，試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在高速作業(yè)情況下補(bǔ)種成功率偏低，主要原因是隨著鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)速度的加快，在相鄰兩個(gè)取種勺距離不變的條件下，留給系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間將會(huì)越來(lái)越短，而漏播檢測(cè)與窩眼輪式排種系統(tǒng)存在最小時(shí)間消耗，低于這個(gè)時(shí)間開銷會(huì)造成補(bǔ)種失敗，漏播檢測(cè)所需的時(shí)間幾乎可以忽略，因而，減小步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的窩眼輪式排種器運(yùn)動(dòng)時(shí)間是提高系統(tǒng)在高速作業(yè)情況下補(bǔ)種成功率的關(guān)鍵所在，例如，可以選擇高速步進(jìn)電機(jī)以減小該部分的時(shí)間消耗；窩眼槽輪時(shí)有堵塞事件發(fā)生，待補(bǔ)原原種的入口是最容易發(fā)生堵塞之處，該處的堵塞判斷和排堵是研究過(guò)程中出現(xiàn)的新問(wèn)題，可以通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外加振動(dòng)等措施改進(jìn)。

表1　不同升運(yùn)鏈速度下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1　Test data of different speed of ascending chain

4　結(jié)論

本文以與全膜雙壟溝播技術(shù)配套的2CM-2型鏈勺式排種器馬鈴薯播種機(jī)漏播現(xiàn)象為切入點(diǎn)，深入研究了漏播判定的實(shí)現(xiàn)方案、裝置位置的布設(shè)、漏播檢測(cè)的啟動(dòng)時(shí)機(jī)選擇及補(bǔ)種執(zhí)行方案等問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上搭建系統(tǒng)硬件進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。結(jié)果表明，由漏播檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)生成電路和紅外漏播檢測(cè)電路構(gòu)成的漏播檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確率〉99.8%，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的窩眼輪式排種器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、補(bǔ)種行程短、動(dòng)作迅速，補(bǔ)種成功率〉75%，總播種成功率〉96.5%，具有進(jìn)一步改進(jìn)推廣的潛在價(jià)值。

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（責(zé)任編輯：童成立）

Development of a kind of potato loss sowing detection and compensation device

For the problems of loss sowing in the operation of the potato planter with the chain-scoop metering device，based on microchip unit PIC16F877， a new scheme which is composed of loss sowing detection start signal generation circuit， infrared loss sowing detection circuit and socket-roller seed metering system is put forward. Loss sowing detection start signal generation circuit mainly consisted of the permanent magnets and a reed relay circuit， when every permanent magnet which is fixed to the plate of the seed spoon skips over the reed relay， the loss sowing detection will be trigged basing on the infrared signal emission and receiving， the system can make the judgment whether loss sowing occurs based on the number of level changes in particular pins of PIC16F877 during a certain period； in the case of loss sowing， a reseeding directive from PIC16F877 will be issued immediately， the socket-roller seed metering device will rotate 90° rapidly driven by the step motor， as a result， a potato seed will be released into the slipping groove， and the loss sowing compensation is realized. The experimental results show that the system performance is reliable， the accuracy of loss sowing detection is not less than 99.8%， the success of loss sowing compensation is greater than 75% and the total seeding success is above 96.5%， loss sowing of the potato planter with the chain-scoop metering device is suppressed significantly.

the potato planter； chain-scoop metering device； reed relay； infrared loss sowing detection； socket-roller seed metering system

the Fundamental Research Funds for the Colleges and Universities of Gansu Province （2013）； Sheng-Tong-Sheng Science and Technology Innovation Fund （GSAU-STS-1337）.

SUN Wei， E-mail: sunw@gsau.edu.cn.

16 February， 2016；Accepted 31 May， 2016

S223.2

A

1000-0275（2016）05-1008-07

10.13872/j.1000-0275.2016.0059

甘肅省高等學(xué)?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（2013）；盛彤笙科技創(chuàng)新基金（GSAU-STS-1337）。

王關(guān)平（1975-），男，寧夏彭陽(yáng)人，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化研究，E-mail: wangguanping@gsau.edu.cn；通訊作者：孫偉（1980-），男，甘肅高臺(tái)人，副教授，主要從事現(xiàn)代旱作農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)研究，E-mail: sunw@gsau.edu.cn。

2016-02-16，接受日期：2016-05-31

WANG Guan-ping， SUN Wei

（College of Engineering， Gansu Agricultural University， Lanzhou， Gansu 730070， China）

隨著我國(guó)馬鈴薯種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，馬鈴薯種植的機(jī)械化程度不斷提高，但我國(guó)大部分地區(qū)采用切塊薯種植，由于薯塊形狀、大小不一，且薯塊與取種勺的尺寸配合未必適當(dāng)，因此種勺取種時(shí)容易因?yàn)槁┤《斐陕┎?，這將導(dǎo)致不應(yīng)有的減產(chǎn)［1-3］。針對(duì)這種情況，可以采用人工補(bǔ)種，該方式不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且效率低下，補(bǔ)種的成功率和可靠性都很低，此外，增加的用工成本和生產(chǎn)成本也非?？捎^；也可通過(guò)改進(jìn)馬鈴薯播種機(jī)的結(jié)構(gòu)等措施來(lái)減少漏播率，但這些改進(jìn)使得系統(tǒng)復(fù)雜化，雖然漏播率有所降低，但與期望的≤1%的目標(biāo)依然有不小的差距［4-5］。