蔣振晗 王鈺旭 魏逸飛 于艷 孫永佳 孫宜田

摘要：我國(guó)市面上流行的玉米播種機(jī)多數(shù)采用指夾式排種器和氣吸式排種器，依靠地輪傳遞帶動(dòng)排種器排種，在一定程度上提高播種粒距均勻性，但排種仍然會(huì)受到地輪打滑的影響。針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)電驅(qū)式玉米高速作業(yè)智能播種機(jī)控制系統(tǒng)，以STM32F103芯片作為主控器核心，該系統(tǒng)由地輪安裝速度傳感器測(cè)量機(jī)具速度，根據(jù)智能車載終端設(shè)置的作業(yè)參數(shù)，通過(guò)算法計(jì)算目標(biāo)排種電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)播種株距與機(jī)具前進(jìn)速度實(shí)時(shí)匹配，采用紅外光電式傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)播種監(jiān)測(cè)。室內(nèi)試驗(yàn)和田間試驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制精度高，播種計(jì)數(shù)和漏播監(jiān)測(cè)精度較高；設(shè)置株距為25 cm時(shí)，作業(yè)速度分別為8 km/h、10 km/h、12 km/h進(jìn)行3組重復(fù)試驗(yàn)，在3種作業(yè)速度下，平均合格指數(shù)分別為95.18%、94.36%、91.24%；變異系數(shù)分別為15.36%、16.83%、18.24%。

關(guān)鍵詞：玉米播種機(jī)；控制系統(tǒng)；電驅(qū)式；高速作業(yè)；智能化

中圖分類號(hào)：S223.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2095-5553 （2024） 03-0024-08

Design and experiment of control system of electric drive corn high speed operation seeder

Jiang Zhenhan1， 2， Wang Yuxu2， 3， Wei Yifei2， 3， Yu Yan1， Sun Yongjia2， 3， Sun Yitian2， 3

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Qingdao Agricultural University， Qingdao， 266109， China；2. Shandong Academy of Agricultural Machinery Sciences， Jinan， 250100， China； 3. Huang-huai-hai Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan， 250100， China）

Abstract：

Most of the popular corn planters in China use pickup finger seed metering device and air suction seed metering device， depending on the land wheel transmission to drive the seed metering device seeding， which can improve the uniformity of seed spacing to a certain extent， but the seed seeding is still affected by the slip of the ground wheel. In order to solve the above problems， this paper designed the control system of electric drive maize high-speed operation intelligent seeder. STM32F103 chip was used as the core of the master controller. The system measured the speed of the machine and tool by the proximity switch installed by the ground wheel. Infrared photoelectric sensor was used for real-time seeding monitoring. The results of laboratory test and field experiment showed that the system had high precision of speed control， sowing count and missing sowing monitoring. When the plant spacing was set to 25cm， the operation speed was 8km/h， 10km/h and 12km/h， respectively. The average qualified indexes under the three operation speeds were 95.18%， 94.36% and 91.24% respectively. The variation coefficients were 15.36%， 16.83% and 18.24%， respectively.

Keywords：corn seeder; control system; electric driving; high speed operation; intelligentize

0 引言

目前，我國(guó)市面上的玉米播種機(jī)多數(shù)是以地輪驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式排種器，該機(jī)具作業(yè)速度普遍在8 km/h以下，作業(yè)速度較低，高速作業(yè)時(shí)地輪出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，極大地影響播種粒距的均勻性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)播種單體的獨(dú)立控制；市面上的玉米播種機(jī)采用氣吸式排種器進(jìn)行取種、充種，排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)依靠地輪傳遞，一定程度上提高了播種粒距的均勻性，但排種器還是依靠地輪驅(qū)動(dòng)傳遞動(dòng)力；而且機(jī)械式排種器在一定程度上對(duì)玉米種子的尺寸有嚴(yán)格要求［1］，通過(guò)對(duì)比氣吸式排種器利用負(fù)壓吸附取種，對(duì)玉米種子的形狀無(wú)要求，其排種均勻優(yōu)于前者［2， 3］。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的播種機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備集成化程度低、精度低、價(jià)格貴，此外在機(jī)具播種作業(yè)時(shí)，作業(yè)環(huán)境是相對(duì)封閉的，無(wú)法直接發(fā)現(xiàn)排種異常等情況。我國(guó)在研究玉米精播種機(jī)電驅(qū)控制系統(tǒng)方面起步晚，隨著微控制器技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域向前發(fā)展的一大步，同時(shí)在電驅(qū)播種監(jiān)控與控制系統(tǒng)方面得到了迅速的發(fā)展，取得了一定的進(jìn)展［49］。He等［10］設(shè)計(jì)的基于PID算法控制的電驅(qū)控制系統(tǒng)，通過(guò)整定PID參數(shù)，室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了在高速作業(yè)下，玉米仍具有高播種單粒率，但電驅(qū)播種控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，以四行玉米播種機(jī)為例，一套電驅(qū)播種設(shè)備成本為1.2萬(wàn)元左右。丁友強(qiáng)等［11］研制的電驅(qū)式玉米播種機(jī)控制系統(tǒng)，采用GPS測(cè)速，主控器采用STM32系列單片機(jī)，排種器采用中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)自主研發(fā)的氣壓組合孔式；播種作業(yè)前通過(guò)采用安卓系統(tǒng)手機(jī)終端設(shè)置好作業(yè)參數(shù)，速度接收器采集拖拉機(jī)的行進(jìn)速度，根據(jù)采集的速度信息實(shí)時(shí)控制直流無(wú)刷電機(jī)輸出調(diào)節(jié)排種器轉(zhuǎn)速，結(jié)果表明高速作業(yè)下GPS測(cè)試更適用。國(guó)外研究學(xué)者和農(nóng)機(jī)企業(yè)對(duì)電驅(qū)播種系統(tǒng)研究起步比較早，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前電驅(qū)播種控制技術(shù)和產(chǎn)品配件的制造技術(shù)發(fā)展成熟，但不適合我國(guó)人多地少的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境且整套監(jiān)控設(shè)備價(jià)格更高。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文控制器核心采用STM32F103芯片，播種監(jiān)測(cè)傳感器采用紅外光電式傳感器，電驅(qū)播種采用PID算法控制，研究設(shè)計(jì)一種電驅(qū)式玉米高速作業(yè)智能播種機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和田間試驗(yàn)驗(yàn)證，為后期電驅(qū)式高速作業(yè)玉米智能施肥播種機(jī)控制技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。

1 電驅(qū)播種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電驅(qū)播種控制系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)由主控器、智能車載終端、播種監(jiān)測(cè)傳感器、速度傳感器、電驅(qū)排種系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電驅(qū)風(fēng)機(jī)組成。電驅(qū)排種系統(tǒng)包括排種電機(jī)、減速器、氣吸式排種器。當(dāng)進(jìn)行播種作業(yè)時(shí)，先通過(guò)操作安裝在拖拉機(jī)駕駛室的智能車載終端，設(shè)置播種株距、排種盤(pán)型孔數(shù)、風(fēng)壓值等參數(shù)信息，并由CAN總線發(fā)送給主控器；當(dāng)機(jī)具開(kāi)始播種作業(yè)時(shí)，安裝在地輪裝一側(cè)的速度傳感器檢測(cè)當(dāng)前的前進(jìn)速度，并傳遞給主控器STM32單片機(jī)計(jì)算出當(dāng)前的排種電機(jī)轉(zhuǎn)速，由CAN總線傳輸信號(hào)指令給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)排種電機(jī)轉(zhuǎn)速，使排種速率與拖拉機(jī)前進(jìn)速度相匹配，實(shí)現(xiàn)作業(yè)株距與設(shè)定株距的一致性；播種監(jiān)測(cè)傳感器安裝在氣吸式排種器出種處的排種管中部，當(dāng)有種子經(jīng)過(guò)排種管中部時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)，主控器根據(jù)脈沖信號(hào)計(jì)算播種數(shù)量，同時(shí)拖拉機(jī)駕駛室的智能車載終端實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前播種信息、缺種報(bào)警信息及當(dāng)前作業(yè)速度等信息。

1.1 電機(jī)減速器

排種電機(jī)選用12 V直流無(wú)刷電機(jī)，型號(hào)為BG42x15，額定轉(zhuǎn)速3 410 r/min、額定電流4.4 A。排種電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速，從電機(jī)輸出齒輪依次傳遞至減速器的一級(jí)齒輪組、二級(jí)齒輪組，最后與排種盤(pán)外圈齒輪嚙合進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，將高轉(zhuǎn)速輸出為大扭矩，如圖2所示。

1.排種電機(jī) 2.減速器 3.排種盤(pán)

根據(jù)最高實(shí)際作業(yè)速度、株距范圍、排種電機(jī)輸出齒輪數(shù)、一級(jí)齒輪組的主動(dòng)齒輪數(shù)和從動(dòng)齒輪數(shù)、二級(jí)齒輪組的主動(dòng)齒輪數(shù)和從動(dòng)齒輪數(shù)、排種盤(pán)外圈齒輪數(shù)，計(jì)算系統(tǒng)減速傳動(dòng)比。其中排種電機(jī)輸出齒輪數(shù)為16，一級(jí)齒輪組的主動(dòng)齒輪數(shù)和從動(dòng)齒輪數(shù)分別為16、70，二級(jí)齒輪組的主動(dòng)齒輪數(shù)和從動(dòng)齒輪數(shù)分別為14、40，排種盤(pán)外圈齒輪數(shù)為106，如式（1）所示。

Z=i1×i2×i3i4×i5×i6（1）

式中：Z——系統(tǒng)減速傳動(dòng)比；i1——一級(jí)齒輪組從動(dòng)齒輪數(shù)；i2——二級(jí)齒輪組從動(dòng)齒輪數(shù)；i3——排種盤(pán)外圈齒輪數(shù)；i4——排種電機(jī)輸出齒輪數(shù)；i5——一級(jí)齒輪組主動(dòng)齒輪數(shù)；i6——二級(jí)齒輪組主動(dòng)齒輪數(shù)。

代入以上數(shù)據(jù)，計(jì)算求得系統(tǒng)減速傳動(dòng)比為82.812 5。

1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

根據(jù)排種電機(jī)有關(guān)參數(shù)信息，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選用全橋電路驅(qū)動(dòng)方式，排種電機(jī)驅(qū)動(dòng)MOSFET管選用N溝道的VBM1104，漏源電壓為100 V，最大功率耗散為127 W，滿足系統(tǒng)整體功耗要求?？刂乞?qū)動(dòng)MOSFET管芯片選用RUC9287，該芯片專為高壓、高速驅(qū)動(dòng)MOSFET設(shè)計(jì)，內(nèi)置直通防止功能和內(nèi)置死去時(shí)間設(shè)置，有效保護(hù)功率器件。該芯片的1～6號(hào)引腳連接主控芯片，通過(guò)PWM輸出調(diào)節(jié)排種電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到排種電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，如圖3所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主芯片

主控器采用STM32F103芯片作為電驅(qū)播種控制系統(tǒng)的主芯片，該芯片采用Cortex-M3內(nèi)核，使得擁有更強(qiáng)勁的性能、更高的代碼密度、低成本和低功耗等優(yōu)勢(shì)；同時(shí)還配置有3種不同類型的定時(shí)器、數(shù)量較多的通用IO口和各種接口，可進(jìn)行外接擴(kuò)展［1215］。

2.2 傳感器信號(hào)采集電路

速度傳感器和種子傳感器輸出信號(hào)為脈沖信號(hào)，通過(guò)設(shè)置主芯片內(nèi)置的通用定時(shí)器，選擇輸入捕獲模式采集信號(hào)，測(cè)量脈沖信號(hào)的寬度；采用高壓晶體管MMBT5551，對(duì)電流進(jìn)行整流、放大，防止擊穿電壓損壞主芯片I/O口，如圖4所示。

2.3 電源電路

電源電路如圖5所示。

控制電路板電源由DC12V供電，滿足直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)和智能車載終端的工作電壓，12 V經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路之后進(jìn)行兩次調(diào)壓處理，12 V調(diào)壓至5 V分別為速度傳感器、播種監(jiān)測(cè)傳感器供電；5 V調(diào)壓至3.3 V為主控器STM32F103芯片、CAN總線通訊電路、Flash存儲(chǔ)電路供電，保證控制電路板各電路之間進(jìn)行可靠、穩(wěn)定地運(yùn)算信息處理。為保護(hù)電路中精密元器件正常工作，防止各種浪涌脈沖損壞電路，加入SM8S33A瞬態(tài)電壓印制二極管TVS保證系統(tǒng)控制電路板電壓穩(wěn)定；TPS54560DDAR穩(wěn)壓芯片和TLV70233DBVR穩(wěn)壓芯片分別進(jìn)行12DC-5DC和5DC-3.3DC調(diào)壓處理。

2.4 CAN總線通訊電路

CAN總線是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，具有多主控制、系統(tǒng)的柔軟性、通信速度較快、錯(cuò)誤自檢功能等優(yōu)點(diǎn)［16， 17］，能夠適應(yīng)復(fù)雜惡劣的田間作業(yè)環(huán)境，保證主控器與各數(shù)據(jù)模塊之間信息傳輸?shù)木珳?zhǔn)性和可靠性。CAN總線收發(fā)芯片選用SN65HVD233DR，如圖6所示，為保證通訊信號(hào)穩(wěn)定傳輸，避免產(chǎn)生信號(hào)干擾，在電路中加入120 Ω終端電阻［18， 19］。采用CAN擴(kuò)展幀格式通訊，在保留Cia-301幀ID基礎(chǔ)上、擴(kuò)充兩個(gè)幀ID實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通訊速率采用500 kbps，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的快速通訊。

2.5 Flash存儲(chǔ)電路

Flash存儲(chǔ)電路，用于程序代碼、程序定義的常量的存儲(chǔ)，保證數(shù)據(jù)斷電不丟失。選用W25Q128存儲(chǔ)芯片，容量為16 MB；可將容量分為256個(gè)塊，每個(gè)塊大小為64 KB，每個(gè)塊又分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)大小為4 KB。該芯片的擦寫(xiě)周期多達(dá)10萬(wàn)次，具有20年的數(shù)據(jù)保存期限，滿足系統(tǒng)程序代碼的正常執(zhí)行。芯片引腳接線，如圖7所示。SPI接口4條線通信MISO、MOSI、SCK、CS分別與主芯片的PB14、PB15、PB13、PB12引腳連接。

3 智能車載終端設(shè)計(jì)

智能車載終端顯示器選用7.0英寸DGUS串口屏，IP65防塵防水，可滿足田間惡劣作業(yè)環(huán)境，高亮度觸摸屏，陽(yáng)光直射下顯示界面仍清晰可視。

顯示界面用于人機(jī)交互，進(jìn)行播種作業(yè)前的作業(yè)參數(shù)設(shè)置；播種作業(yè)中，播種量、播種面積、當(dāng)前作業(yè)速度、排種電機(jī)狀況、聲音報(bào)警等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便操作人員及時(shí)了解作業(yè)情況。智能車載終端界面可根據(jù)不同行數(shù)的玉米播種機(jī)進(jìn)行作業(yè)信息的顯示，最多可支持8行玉米播種機(jī)同時(shí)顯示播種量信息，當(dāng)前播種作業(yè)完成后，還可對(duì)播種量進(jìn)行清零操作，方便下次進(jìn)行作業(yè)播種量計(jì)數(shù)。作業(yè)參數(shù)設(shè)置界面可對(duì)播種株距、行距、地輪直徑、合格范圍進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊要設(shè)置作業(yè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的顯示欄，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置的方框欄時(shí)，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖8所示。

智能車載終端設(shè)計(jì)軟件選用DGUS Toolbox軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。電源狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)顯示、定位顯示等顯示信息和播種量、已播種面積等作業(yè)數(shù)據(jù)信息顯示，通過(guò)設(shè)置變量地址進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，變量地址依次從0X1000設(shè)置；播種株距、行距、機(jī)具參數(shù)等作業(yè)參數(shù)設(shè)置和界面中返回、設(shè)置、清除等操作按鍵，變量地址依次從0X2000設(shè)置，變量地址寫(xiě)入類型為按字寫(xiě)入變量。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 排種電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算

為實(shí)現(xiàn)播種作業(yè)株距與設(shè)定株距均勻一致性，滿足玉米精密播種的技術(shù)要求，要求排種電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與拖拉機(jī)前進(jìn)速度相匹配。主控器通過(guò)智能車載終端設(shè)置株距信息，根據(jù)式（2）可計(jì)算出排種電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

n1=v3.6×60L100×N1×Z（2）

式中：n1——排種電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，r/min；v——設(shè)置機(jī)具前進(jìn)速度，km/h；L——設(shè)置株距，cm；N1——排種盤(pán)型孔個(gè)數(shù)，個(gè)。

4.2 軟件設(shè)計(jì)流程

電驅(qū)播種控制系統(tǒng)選用軟件keil Vision 5進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，軟件流程圖如圖9所示。系統(tǒng)上電之后，檢查排種電機(jī)上電之后是否存在電機(jī)堵轉(zhuǎn)、CAN通訊異常報(bào)警等，確保播種作業(yè)時(shí)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。操作人員進(jìn)行作業(yè)參數(shù)的設(shè)置，開(kāi)始播種作業(yè)，播種監(jiān)測(cè)傳感器監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)。主控器根據(jù)設(shè)置的作業(yè)參數(shù)、排種電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式及算法，計(jì)算出排種電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，通過(guò)CAN總線通訊傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)排種電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。智能車載終端界面顯示當(dāng)前的作業(yè)信息，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，顯示界面顯示報(bào)警信息和蜂鳴器聲音報(bào)警提醒操作人員。播種監(jiān)測(cè)傳感器將脈沖信號(hào)傳輸給主控器，經(jīng)過(guò)算法處理計(jì)算出當(dāng)前播種量和已播種面積信息，并發(fā)送到智能車載終端界面顯示。播種作業(yè)結(jié)束時(shí)，作業(yè)信息將進(jìn)行保存上傳到云平臺(tái)。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)

試驗(yàn)臺(tái)搭建如圖10所示，對(duì)電驅(qū)播種控制系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，驗(yàn)證該系統(tǒng)的性能。排種器選用氣吸式排種器，型孔數(shù)為27，型孔直徑為4.5mm；電驅(qū)風(fēng)機(jī)選用XGB-250風(fēng)機(jī)，最大負(fù)壓為8 kPa。機(jī)具前進(jìn)速度設(shè)置為10.8 km/h，在該作業(yè)速度下進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

5.1.1 轉(zhuǎn)速控制精度與播種計(jì)數(shù)試驗(yàn)

在機(jī)具設(shè)置的前進(jìn)速度下，進(jìn)行玉米播種計(jì)數(shù)試驗(yàn)，在智能車載終端作業(yè)參數(shù)設(shè)置界面，依次設(shè)置株距20 cm、25 cm、30 cm，進(jìn)行3組試驗(yàn)。由于排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到充種區(qū)時(shí)，排種盤(pán)型孔才會(huì)吸附種子，所以當(dāng)排種器排出第1粒種子時(shí)，開(kāi)始試驗(yàn)計(jì)時(shí)，每組試驗(yàn)時(shí)間1 min。最后人工統(tǒng)計(jì)實(shí)際播種數(shù)時(shí)，需要減去1粒種子數(shù)。

試驗(yàn)方法為：根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)機(jī)具前進(jìn)的距離，在已知株距的條件下，計(jì)算出理論播種數(shù)。理論播種數(shù)與實(shí)際播種數(shù)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)際播種數(shù)與智能車載終端顯示播種個(gè)數(shù)進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，實(shí)際播種數(shù)偏差不大于0.22%，實(shí)際的排種轉(zhuǎn)速較好地達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，排種電機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度高，可為后續(xù)電驅(qū)式高速作業(yè)玉米智能施肥播種機(jī)控制技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)；實(shí)際播種數(shù)與顯示播種數(shù)偏差小于等于1.53%，造成的原因是玉米種子經(jīng)過(guò)播種監(jiān)測(cè)傳感器的時(shí)間太短或者兩粒種子重疊一起經(jīng)過(guò)播種監(jiān)測(cè)傳感器。

5.1.2 漏播監(jiān)測(cè)精度與報(bào)警試驗(yàn)

在機(jī)具設(shè)置的前進(jìn)速度下，進(jìn)行玉米種子漏播監(jiān)測(cè)精度及報(bào)警試驗(yàn)。當(dāng)連續(xù)漏播3粒種子時(shí)，系統(tǒng)漏播報(bào)警一次，并在智能車載終端界面進(jìn)行顯示。通過(guò)人為制造漏播的方式，采用熱熔膠隨機(jī)堵塞排種盤(pán)3個(gè)連續(xù)的型孔，人工觀察播種狀態(tài)。設(shè)置株距為25 cm，排種電機(jī)工作次數(shù)分別為30圈、40圈、50圈，進(jìn)行3組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，在排種軸處進(jìn)行標(biāo)記，方便統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)時(shí)排種電機(jī)工作次數(shù)。記錄系統(tǒng)漏播報(bào)警次數(shù)，并與理論報(bào)警次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，記錄系統(tǒng)顯示漏播數(shù)，并與理論漏播數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

漏播監(jiān)測(cè)精度與報(bào)警試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，系統(tǒng)漏播報(bào)警平均準(zhǔn)確率為96.59%，說(shuō)明該系統(tǒng)漏播報(bào)警精度高；系統(tǒng)漏播監(jiān)測(cè)精度偏差在6%以內(nèi)，造成偏差較大的原因是漏播監(jiān)測(cè)程序存在一定誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)未監(jiān)測(cè)出漏播種子。

5.2 田間試驗(yàn)

將該系統(tǒng)安裝到2BM-6型免耕精量播種機(jī)上，并在山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院章丘試驗(yàn)田進(jìn)行田間試驗(yàn)，如圖11所示。

在田間試驗(yàn)中，研究不同作業(yè)速度對(duì)玉米播種性能的影響，作業(yè)參數(shù)株距設(shè)置為25 cm，分別按照8 km/h、10 km/h、12 km/h三種作業(yè)速度進(jìn)行實(shí)際作業(yè)，重復(fù)3次試驗(yàn)。播種作業(yè)完成后，通過(guò)人工測(cè)量的方式，每組隨機(jī)選擇試驗(yàn)田地塊進(jìn)行連續(xù)測(cè)量200個(gè)株距樣本，依據(jù)GB/T 6973—2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析［20］，得到合格指數(shù)、漏播指數(shù)、重播指數(shù)、變異系數(shù)作為驗(yàn)證該系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

通過(guò)表3可知，在相同設(shè)置株距的條件下，在作業(yè)速為8 km/h時(shí)，平均合格指數(shù)為95.18%，平均漏播指數(shù)為3.17%，平均重播指數(shù)為1.69%，平均變異系數(shù)為15.36%；在作業(yè)速度為10 km/h時(shí)，平均合格指數(shù)和平均漏播指數(shù)分別為94.36%、4.57%，平均重播指數(shù)和平均變異系數(shù)分別為1.42%、16.83%；在作業(yè)速度為12 km/h時(shí)，平均合格指數(shù)、平均漏播指數(shù)、平均重播指數(shù)、平均變異系數(shù)分別為91.24%、5.63%、1.88%、18.24%。

綜上所述，在相同條件下，隨著作業(yè)速度的提高，合格指數(shù)不斷降低，漏播指數(shù)和變異系數(shù)均有所提高，重播指數(shù)有所下降。

6 結(jié)論

1） 針對(duì)目前電驅(qū)播種控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度低，高速作業(yè)時(shí)播種質(zhì)量有所下降，國(guó)外電驅(qū)播種控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，無(wú)法適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的問(wèn)題，設(shè)計(jì)的采用STM32F103芯片作為主控芯片的電驅(qū)播種控制系統(tǒng)，通過(guò)智能車載終端界面設(shè)置作業(yè)參數(shù)，計(jì)算排種目標(biāo)轉(zhuǎn)速，作業(yè)過(guò)程中地輪速度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)得機(jī)具前進(jìn)速度，不斷調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并實(shí)時(shí)進(jìn)行播種監(jiān)測(cè)、異常報(bào)警，提高了播種效率和株距均勻的一致性。

2）? 室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和田間試驗(yàn)結(jié)果表明，排種電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制精度較高，播種監(jiān)測(cè)傳感器計(jì)數(shù)精度在98%以上，系統(tǒng)漏播報(bào)警平均準(zhǔn)確率為96.59%，系統(tǒng)漏播監(jiān)測(cè)精度在94%以上；當(dāng)設(shè)置相同株距條件下，播種作業(yè)以不同的速度，隨著作業(yè)速度的提高，合格指數(shù)不斷降低，漏播指數(shù)和變異系數(shù)均有所提高，重播指數(shù)有所下降。

參 考 文 獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022SFGC0203、2022CXGC020703）

第一作者：蔣振晗，男，1998年生，山東淄博人，碩士研究生；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)裝備智能化控制技術(shù)。E-mail： jiangzhenhan2128@163.com

通訊作者：孫宜田，男，1980年生，山東滕州人，碩士，正高級(jí)工程師；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)裝備智能化控制技術(shù)。E-mail： sytde@163.com