基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统

传统玉米精量播种机多采用地轮、链条驱动排种器,高速作业时因地轮打滑、链条跳动易造成播种粒距增大、粒距均匀性下降等问题,难以保证播种质量。针对这一问题,设计了基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统,该系统以STM32为主控制器,采用Android手机终端设置播种株距、排种盘型孔数等作业参数,采用GPS接收器采集拖拉机的前进速度,根据GPS提供的速度信息实时调节排种器转速,从而实现排种器转速与拖拉机前进速度的实时匹配。为了检测该系统的性能,以编码器测速方式为对照,进行了3种株距(18、22、25 cm)、5种作业速度(4、6、8、10、12 km/h)下的对比试验。试验结果表明,在相同株距、相同作业速度下,GPS测速方式的变异系数小于编码器测速方式,且GPS测速方式的播种粒距合格指数和变异系数受作业速度的影响更小。在低速4 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式低5.39个百分点;作业速度6~10 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式高7.96个百分点;在高速12 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式高14.32个百分点;表明GPS测速方式更适宜于高速作业工况。     

温室大棚电驱气力式胡萝卜播种机设计与试验

目前能适应设施大棚种植条件的小型播种机多采用窝眼轮式排种器,播种精度低,播种质量无法实时监测。小型气力式播种机需要配置气力式排种器和风机,存在动力系统设计困难、排种稳定性差、整机结构复杂、笨重等设计难题。本文基于设计的气吸式排种器,设计了叉形分种器,实现窄行距精密播种作业;确定油电混合动力系统,排种器和风机采用电驱方式,排种稳定性得到了提高。设计了基于旋转编码器测速的电驱式胡萝卜播种机控制系统,该系统以PLC为主控制器,根据旋转编码器采集的前进速度信息实时调节排种器转速,实现排种转速与播种机前进速度实时匹配。基于对射式矩阵光纤传感器,开发了播种质量监测系统,解决了小粒径种子的监测问题。通过试验表明,续航时间为10h,计数相对误差小于等于4.6%,型孔堵塞时能发出警报提醒;播种株距合格率大于93.7%、漏播率小于等于3.9%、重播率小于2.4%,漏播率检测误差小于8.4%,试验结果符合国家相关标准要求及胡萝卜种植农艺要求。     

气吸式玉米电动播种机控制系统设计与试验

为提高气吸式播种机播种、施肥作业的自动化程度和作业质量,研制了气吸式玉米播种机电动播种及施肥控制系统。以嵌入式工控机为系统核心,单片机、电机、传感器构成播种和施肥控制器,每个排种器和排肥器配置独立电机和控制器,核心机把输入的株距、施肥量等信息通过CAN总线传输给控制器,控制器根据作业信息和作业速度实时调节排种电机和排肥电机转速、播种速度和施肥量。试验结果表明:样机株距合格率97.1%,施肥相对误差3.3%,可实现一机播多种作物,减少了机械调整操作,提高了播种的自动化程度。     

玉米精量播种智能控制系统研制

针对现有玉米播种机地轮打滑、机械结构相对复杂且可靠性不高等问题,研制了基于电机驱动的玉米精量播种智能控制系统。该系统由可调速直流电机、人机交互终端、测速地轮、光电编码器及电子控制单元等组成,人机交互终端采用串口触摸屏,通过RS232接口与电子控制单元进行实时信息交互,以设置播种粒距、地轮直径、编码器线数等系统参数并实时显示播种作业状态。将此系统应用于指夹式排种器,在排种器试验台上进行了系统标定与性能测试试验,结果表明:在前进速度5.05 km/h下,设定播种粒距为30、35、40cm时,其实际播种的平均粒距分别为29.13、34.00、38.29cm,均方根误差分别为0.40、0.37、0.55cm;在前进速度6.95km/h下,设定播种粒距为30、35、40cm时,其实际播种的平均粒距分别为29.10、33.59、38.41cm。试验表明:所研制的玉米精量播种智能控制系统能够根据播种机前进速度准确控制排种器转速以实现粒距一致的播种作业。     

水稻精量旱穴直播电驱排种设计与试验

针对地轮滑移造成播种机播种不均、漏播及株距调节精度不高的问题,以水稻精量旱穴直播机为对象设计了一种电驱控制系统代替传统的地轮驱动排种。该控制系统以GPS模块(伪距单点定位)和霍尔元件两种传感器进行速度检测,分别测试了3～4km/h、4～5km/h、5～6km/h和6～7 km/h等4种作业速度下的速度值,并检测了株距为20cm时两种测速装置的播种情况。试验结果表明:霍尔传感器在低速作业下速度值更稳定;速度越高,标准差越大;作业速度在3～5km/h时两种传感器的电驱控制系统播种合格率均大于80%,符合播种作业要求。本研究为单点定位GPS模块和霍尔传感器应用于旱田农机具测速系统提供了参考。     

油菜精量联合直播机随速播种控制系统设计与试验

针对传统油菜精量直播机多采用被动式地轮驱动排种器,高速时地轮易打滑,导致漏播、断条等现象,影响高速作业精量播种效果,且手动变速箱调整播量难以实现播种粒距、播量的精准调节等问题,设计了一种以STM32为主控器,通过蓝牙模块与手机端微信小程序进行实时数据交互的油菜随速播种控制系统。该系统采用地轮编码器和北斗接收器两种模式分别获取拖拉机低速和中高速作业时的前进速度,主控器分析各传感器数据并生成电机控制指令驱动闭环步进电机带动排种轴转动,实现排种轴转速与拖拉机前进速度匹配及无级播量调节;同时利用微信小程序设置目标粒距、传动比、地轮直径等参数以适用于不同类型播种机,并显示总播量、播种面积等关键参数;分析得出吸附种子临界负压为1477Pa,切换测速方式临界速度为3.7km/h,测速范围为1.44~12.77km/h,电机调速频率为5Hz。台架试验结果表明：随速播种控制系统播种性能优于恒定转速播种,播种速度2.6~7.8km/h时粒距合格指数大于87%。田间试验结果表明：本系统搭载一器双行正负气压组合式油菜精量排种器在作业速度为1.44~7.99km/h时播量误差小于3.9%、粒距合格率不低于84%,满足随速播种要求。     

支持转速现场标定的玉米精密排种器电驱控制系统研究

针对现有玉米精密电驱排种控制系统无法快速适应多类型排种器排种控制的问题,在玉米CAN总线电动排种的基础上,设计了一种对玉米排种器排种驱动进行现场标定的电驱控制系统。系统在排种驱动电动机控制信号与排种盘转速之间的对应关系中,采用分段线性插值的方法现场获取排种器驱动曲线,实现排种盘转速标定与控制。以国产气吸式玉米精密排种器和指夹式玉米精密排种器为试验对象,在模拟车速下,对系统排种盘转速现场标定的控制准确性进行试验。电驱气吸式排种器排种盘转速控制性能试验中,株距设定为25 cm,车速设定为3~12 km/h(间隔3 km/h),结果表明,系统调节时间最长为0.80 s,稳态误差最大为0.81 r/min,控制精度最低为97.42%。电驱指夹式排种器排种盘转速控制性能试验中,株距分别设定为20、25、32 cm,车速设定为4~9 km/h(间隔1 km/h),结果表明,总体排种盘转速平均调节时间为1.09 s,标准差为0.26 s;总体平均稳态误差为0.38 r/min,标准差为0.23 r/min;总体平均控制精度为98.30%,标准差为1.01%。与分段PID排种转速控制系统控制性能进行对比得出,支持转速现场标定的系统具有更好的适应性,平均调节时间减少0.51 s,平均稳态误差增大0.16 r/min,平均控制精度降低0.63个百分点。选用指夹式排种器,进行了播种均匀性田间试验,株距为20 cm,车速范围为4~7 km/h(间隔1 km/h),结果表明,播种合格指数大于等于84.26%,变异系数小于等于18.29%,说明系统能够完成对玉米精密排种器排种转速控制曲线的高控制精度现场标定,能够精准控制电驱排种转速。     

玉米精量播种监测系统的设计与试验

针对玉米精播机作业时常会发生导种管堵塞、地轮排种轴机械传动系统故障及种箱排空造成的漏播等现象,基于单片机技术设计了一套玉米精量播种监测系统,包括整体结构与排种监测传感器电路,完成了相关参数设置。该系统实现了对玉米精播机的播种量、播种速度、播种面积、地轮转速、排种轴转速、种箱料位及机具升降状态等指标的实时监测和漏播故障诊断功能,支持对精播机作业数据远程实时监控管理功能。试验结果表明:玉米精量播种监测系统单粒测量精度约为98.8%,能够实现作业过程的实时监测及远程监管功能。     

基于电机驱动的玉米精量播种机智能化株距控制系统设计

由于传统玉米播种机作业过程中存在的地轮打滑问题,严重影响玉米播种均匀性和玉米的产量。为此,开发了以单片机为控制中心、开关型霍尔传感器为测速元件、步进电机为动力源,利用触摸屏输入种子粒距以实现播种参数的显示,采用信息无线传输技术,通过实时控制步进电机的转速来带动排种器按需排种的玉米精量播种机智能化株距控制系统。     

电控玉米排种系统设计与试验

传统精量玉米播种机作业时,排种器的动力由地轮提供,针对由于田间作业工况复杂导致地轮打滑而造成漏播率增加等问题,设计了电控玉米排种系统。该系统在田间播种作业时,由雷达测速仪采集播种作业速度,结合所需粒距得到排种器理论转速;通过编码器采集排种器实时转速,利用控制器控制策略,进行转速的最优控制,从而得到目标排种转速,提高排种精度。田间试验结果表明:应用该电控排种系统进行田间玉米播种作业时,排种合格指数平均值为92.40%,与传统排种相比提高3.63个百分点;漏播指数平均值为4.82%,与传统排种相比降低2.04个百分点;不同播种作业工况下粒距变异系数均小于4.20%,播种效果好。     

气吸式小麦电控播种系统的设计与试验

传统的小麦播种机在播种作业中,地轮为排种器提供动力,其会受到田间复杂环境的影响而产生打滑现象,降低了播种均匀性,小麦播种质量受到较大影响。为实现小麦精量播种,结合气吸式小麦排种器设计了电控排种系统。系统利用旋转编码器测得机具行进速度,控制器依照预先设定的株距参数,分析得出合理的排种器转速并对电机进行控制,实现可控株距的小麦单粒精量播种。试验台排种试验结果表明:排种器的排种合格指数为88.05%,重播指数为3.64%,漏播指数为6.96%,合格粒距变异系数为23.07%,播种质量指标符合JB/T 10293-2013《单粒(精密)播种机技术条件》,满足小麦精量播种的农艺要求。     

基于PLC监测系统和远程控制的玉米播种机设计

为了提高玉米播种机的自动化水平和播种精度,设计了一种新型的基于PLC监测系统的远程控制玉米播种机,并对玉米播种机的开沟机械装置和播种机械装置进行了改进,结合PLC监测和控制技术,实现了播深、排种精度和播种机行驶方向的实时监测和控制。为了实现播深和排种精度的自动化调节,使用PLC对开沟器和排种轮进行实时监测,并利用四连杆结构和直流驱动电机对其进行控制,采用灰色预测模型对排种器的排种轮转速进行预测,可以有效地提高播深和播种精度控制的自动化水平。最后,对播种机的性能进行了测试,通过测试发现:基于PLC监测系统的远程控制播种机可以有效地对排种轮转速、播种机行驶速度、行驶方向进行实时监测,播种机的漏播率和重播率都较低,满足高精度播种机的设计需求,为现代化播种机的设计提供了较有价值的参考。     

补偿式玉米精密播种机的研究

为了提高玉米精密播种的工作质量,把窝眼式玉米播种机与自动检验补偿控制系统相结合,设计了一台补偿式精密播种机。该播种机采用窝眼式排种器,镇压轮驱动排种机构,利用光电传感器对排种情况进行监测,采用可编程并行接口8155与AT89C52相连的键盘接口电路实现播种作业质量的监测,并驱动步进电机对检测漏播的情况进行补播。最后镇压轮完成覆土与镇压过程,实现了玉米精密播种。     

播种机电控株距无级调节器调节性能分析与试验

为了明确机械式株距无级调节器在玉米播种机上的工作性能,以本校设计的一种播种机电控株距无级调节器为对象,阐述了其基本结构和工作原理,进行了株距调节性能的分析;以排种器的合格指数、漏播指数、重播指数和变异系数为试验指标,对株距无级调节器的工作性能进行试验。结果表明:播种机电控株距无级调节器工作稳定、播种机前进速度为4km/h时,666.7m2株数为4 000、5 000时的合格指数分别为89.01%、90.00%;播种机前进速度为7 km/h时,666.7 m2株数为4 000、5 000时的合格指数分别为90.65%、90.11%以上数据均达到国家标准。     

基于Android和CAN总线的玉米播种机监控系统研究

设计了一种基于Android和CAN总线的玉米精量播种机监控系统,通过GPS接收器采集播种机速度,采用CAN总线分布式控制方式完成主控制器和各个播种单体之间的指令传输,通过Android智能设备进行人机交互,实现播种行数任意拓展、拖拉机位置实时监控、播种作业参数在线调整、作业面积实时统计等功能。台架试验结果表明,系统人机交互功能正常,排种器驱动电机调速相对误差小于0.46%。与eTrex209x手持式GPS+北斗双星接收机的田间作业面积对比试验表明,本系统作业面积统计平均相对误差为0.81%,略高于eTrex209x的0.29%,测量标准差为0.06hm2,优于eTrex209x的0.11hm2;与地轮驱动播种对比试验的结果表明,随着作业速度的提高两种驱动方式的作业质量整体都呈下降趋势,但本系统播种合格指数、变异系数受速度影响较小,当作业速度达到12km/h时,变异系数为18.92%,合格指数为90.05%,分别优于地轮驱动方式的22.17%、83.25%。     

基于PLC的苔麸播种机设计与试验

设计了一种基于PLC的苔麸施肥播种机。该播种机主要由排种器、开沟器和PLC控制器等关键部件组成,通过转速传感器测量播种速度,建立播种速度和伺服电动机转速之间的对应关系,通过控制伺服电动机转速实现不同播种速度下单位面积播种量一致。在播种量4、5、6kg/hm2,播种速度3、4、5km/h条件下,进行了排种器性能测试,播种量5kg/hm2条件下,得到各行排种量一致性变异系数5.02%,总排种量稳定性变系数0.89%,种子破损率0.1%,试验零水平时排种均匀性变异系数18.9%,满足标准要求;田间试验结果表明播种均匀性变异系数20.4%,满足苔麸农艺要求。     

气喷式免耕播种机的气喷作业机理研究

为了提高玉米和大豆的播种生产率和播种质量,进一步减小播种作业时对土壤环境的破坏,提出了播种速度最高可达10~12km/h的气喷式高速免耕播种机的设计思路,重点研究了气喷播种的喷种作业机理、排种器快速排种技术和土壤高速耕作方式。与目前国内外其它类型的免耕播种机相比,所研究的气喷式高速免耕播种机采用高压气体喷射投种的方式进行播种,并利用新型排种器进行快速精密排种,可加快播种速度和种子落地速度,减少播种过程中漏种和缺种的几率,提高播种效率和播种质量,研究结果对提高玉米和大豆等农作物的播种生产率、增加粮食产量和保护环境具有重要意义。     

玉米精密播种粒距在线监测与漏播预警系统研究

针对玉米精密播种粒距偏差导致播量分布不均匀的问题,设计了玉米精密播种粒距在线监测与漏播预警系统。该系统主要由车载计算机、排种监测ECU及相关传感器组成,设计了上位机监测软件和基于移动平均粒距在线监测的下位机程序,通过监测玉米精密播种作业过程中的粒距及其误差,完成漏播预警。首先,设计并进行了排种计数监测精度试验,结果表明,在模拟车速3～12 km/h范围内,以1 km/h递增变化的10个车速下,系统对指夹式排种器和气吸式排种器的排种计数监测平均准确率分别为99.12%、99.71%,标准差分别为0.52%、0.44%,总体排种计数监测误差平均值小于1%。其次,基于高速摄像的播种粒距测量试验台进行了实验室环境下的粒距监测精度试验,采用指夹式排种器进行排种,目标粒距为25 cm,在车速3～12 km/h范围内,以1 km/h为间隔的10个车速下,系统对粒距监测误差绝对值的平均值为2.34 cm,标准差为2.56 cm。针对试验结果存在较多的随机异常点问题,采用移动平均滤波对监测粒距进行分析,得出粒距监测误差绝对值的平均值为0.79 cm,标准差为0.62 cm,单车速下对应的粒距监测误差绝对值的平均值最大为1.69 cm,标准差为0.23 cm,经移动平均滤波处理后,粒距误差异常点明显减少,系统粒距监测误差小于2.00 cm。最后,基于气吸式玉米精密播种机设计了试验样机,设置播种车速为5.49、8.49 km/h,目标粒距为25 cm,进行了田间播种粒距监测精度试验,分别采集350个连续的出苗粒距进行对比分析,结果表明,与出苗粒距移动平均值相比,系统粒距监测误差的平均值分别为1.84、2.22 cm,标准差分别为1.61、2.13 cm,粒距监测值曲线与出苗粒距移动平均值曲线的变化趋势基本相同。     

谷子条播排种器排种性能试验研究

谷子排种器是谷子播种机的核心部件,其性能直接影响播种机的播种性能。为此,针对我国北方寒地谷子条播种植特点,设计了一款槽轮式谷子排种器,为得到排种器的最佳播种参数,根据国家标准进行了试验研究。以排种量和排种均匀度变异系数作为目标函数,采用单因素试验确定排种器作业段长度、排种轴转速和播种带作业速度最优数值,采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计方法,得到最优的排种作业参数组合。结果表明:当排种器作业段长度为10mm、排种轴转速为50r/min、播种带作业速度为4.0km/h时,排种器满足排种量要求且排种均匀度变异系数最优。     

小粒径种子气力自适应排种系统设计与试验

针对气力式排种器适宜工作负压与工作转速、种子尺寸等因素有关，而现有气力式播种机排种系统实际作业时工作气压为定值设置，不能适时优化调整的问题，以正负气压组合式小粒径种子排种器为对象，设计了一种气力自适应排种系统。该系统采用STM32单片机控制，通过随速调整排种器工作转速、实时监测排种性能，动态调整排种器工作负压，保证了排种器实际工作负压持续保持在实时工况条件下的最优值，实现排种性能的较优控制。台架试验结果表明，气力自适应排种系统在不同作业速度、种子尺寸工况下，排种合格指数均大于92%,漏播指数均小于6%,相较于固定气压设定和开环控制气压调节方法，排种合格指数分别提高9.02、3.84个百分点，重播指数分别降低8.44、1.99个百分点，漏播指数分别降低0.58、1.86个百分点。田间试验结果表明，搭载气力自适应排种系统的播种机实际田间作业时株距稳定性变异系数为14.27%,各行苗数一致性变异系数为7.03%,田间作业性能良好。该研究可为气力式播种机持续稳定单粒精量播种能力提升提供技术参考。