李海龍

摘要：針對農(nóng)作物精量排種器存在的問題，設計農(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)在拖拉機上的安裝位置及主要結構組成，論述傳感器、控制器、主機、傳動動力等關鍵部件的設計及選擇，為提高農(nóng)作物的播種質量提供機具基礎。

關鍵詞：智能監(jiān)控;播種質量;設計;施肥;傳感器;控制器;主機

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

當前，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的情況下，播種作業(yè)地表情況更復雜，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)機械化研究設計了農(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）進行全程監(jiān)測及相關傳動部分控制，有效提高播種質量。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的結構組成

智能監(jiān)控系統(tǒng)在拖拉機上的安裝位置及主要結構組成見圖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，實時監(jiān)測播種作業(yè)的位置、面積、剩余種量、預播種面積、漏播及補播、施肥配量、施肥漏施及補施、施肥面積等相關信息，根據(jù)預設播種參數(shù)和施肥參數(shù)及時做出相應的控制動作和報警，實現(xiàn)施肥、播種參數(shù)化作業(yè)。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)關鍵部件的設計

2.1 傳感器

采用3個紅外線傳感器對排種管進行監(jiān)測，分別為漏種傳感器、車速傳感器和種量傳感器。當發(fā)生漏播情況時，系統(tǒng)自動記錄并發(fā)出警報;當連續(xù)漏播達到一定數(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車地輪同心軸上，用于檢測獲取機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計的播種及補種控制器，能夠根據(jù)種量傳感器、漏種傳感器及車速傳感器的監(jiān)測結果，自動控制播種間距精度、補種精度及施肥精度。

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

2.3 主機

車載主機用于設定作業(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)計算播種和補種電機的轉數(shù)，通過播種及補種控制器控制播種及補種電機，使機具滿足作業(yè)設定的作業(yè)參數(shù)。

對相關參數(shù)（如種盤種數(shù)，施肥延遲時間，播種間距，行距，行寬等）進行設定后，系統(tǒng)自動計算出每畝所需的種量、肥量，并統(tǒng)計實際作業(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量，但在實際作業(yè)過程中，地輪經(jīng)常打滑或在較復雜路段停止轉動，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傳動。通過主控制器自動調(diào)節(jié)電機轉數(shù)，達到精量播種的目的。

播種及補種控制器、播種電機安裝于排種器2側，驅動排種器根據(jù)設定速度排種;施肥控制器及施肥電機安裝于施肥機具2側，用于控制施肥電機的施肥量。

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。

車載主機根據(jù)車速傳感器反饋值與設定的播種間距，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，由拖拉機帶動播種機行進指定距離，車速傳感器記錄指定行進距離內(nèi)的脈沖數(shù)，根據(jù)脈沖數(shù)與行進距離的關系計算播種間距的調(diào)節(jié)系數(shù)。

作業(yè)過程中，主機根據(jù)種量傳感器及車速傳感器的反饋值計算實際播種間距，并計算與設定標準播種間距的誤差。當超出誤差范圍時，通過調(diào)節(jié)排種盤轉數(shù)調(diào)整播種間距。當誤差范圍在0%～85%之間時，系統(tǒng)判定作業(yè)不合格，進入精度誤差細分環(huán)節(jié)。若不合格原因為漏播，系統(tǒng)將轉入漏種控制單元，進行相應的動作;當不合格原因為連續(xù)漏播時，系統(tǒng)自動報警，提示排種器故障。當誤差范圍在85%～100%之間時，系統(tǒng)判定作業(yè)合格，由車載主機記錄播種信息。

對排肥機構進行監(jiān)測控制，使其能夠配合排種器進行精準施肥，減少排肥量，減輕化肥對土地的危害，有利于環(huán)境保護。

4 結論

智能監(jiān)控系統(tǒng)能有效監(jiān)測農(nóng)作物播種質量，用戶預設系統(tǒng)參數(shù)后，系統(tǒng)自動計算排種器的電機轉數(shù)，達到精準播種、排肥的目的。作業(yè)結束后，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)濟效益。同時，系統(tǒng)解決了播種機和施肥機質量過大、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。

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