型孔轮式水稻排器排种监控系统设计方案.docVIP

型孔轮式水稻排种器排种监控系统设计-农学论文 型孔轮式水稻排种器排种监控系统设计 李旭１ａ，２，谢方平１ａ，２，刘大为２，１ｂ，刘荣策３ （１．湖南农业大学，ａ．工学院；ｂ． 新农村发展研究院，长沙 ４１０１２８；２．湖南省现代农业装备与工程技术研究中心，长沙 ４１０１２８；３．衡阳财经工业职业技术学院，湖南 衡阳 ４２１００２） 摘要：针对型孔轮式水稻排种器展开了排种监控系统研究，利用红外光电传感器采集种子在输种管内的流动信息并转换输出相应的电信号，由单片机实时监测电信号的变化，实现对排种状况的监控。设计降低了播种机的漏播和重播现象，提高了播种质量和播种效率。 关键词 ：排种器；漏播；重播；红外检测 中图分类号：Ｓ２２３．２＋３文献标识码：A文章编号：0439－８114（２０15）03－0693-04 水稻是中国种植面积最大、单产最高、总产量最多的粮食作物，水稻生产在中国粮食生产中占有极其重要的地位。水稻直播则是发展水稻生产的重点方向［１］。水稻机械直播技术主要是针对传统手工撒直播技术存在的不足，利用水稻直播机具，通过机械化条播把稻种播入大田，解决了手工无序撒播存在的群体质量难控制和倒伏严重等问题，有利于高产且抗倒伏效果好，可以显著降低种植劳动强度，有助于实现水稻生产的全程机械化［２］。直播前农艺上水稻种子要求浸种、破胸露白，甚至出芽等，所以水稻直播机的排种器比一般谷物排种机的要求更高［３］。当前，水稻直播机是否出现漏播主要依靠操作手的观察，往往因为发现不及时造成漏播，导致稻田基本苗数不足，影响水稻生产效益。在此基础上再补种，费时费力，既耽误了播种时间，也增加了生产成本［４］。为了提高水稻种子直播的质量，降低播种过程中出现的漏播和重播等情况，设计了一种基于型孔轮式水稻排种器的排种监控系统。 １系统结构与工作原理 １．１系统结构 该排种监控系统由微控制器、红外传感器电路、由按键和显示电路构成的人机交互界面、报警电路和电源电路组成。系统结构图如图１。 １．２排种系统的组成及监控系统工作原理 现有的水稻直播机排种器有外槽轮式、窝眼式、型孔带式、气力式和型孔轮式等。原理和结构上各有不同，但工作过程均包含充种、清种、护种和投种四个环节［５］。图２是型孔轮式排种器的装置图，排种系统由种子箱、侧板、刮种装置、排种轮、穴孔、排种管及红外光电传感器等组成。种子箱内的种子在重力及种子间的作用力作用下充入排种轮上的穴孔内，每个穴孔的种粒数量为１～３粒［６］。排种轮在动力驱动下转动，带动穴孔内的种子运动，刮种装置将穴孔外的种子刮离穴孔，穴孔内的种子在重力的作用下落入排种管，种子在斜置的排种管内实现排序后依次流经红外光电传感器，由此实现播量的精确检测。系统工作时利用单片机定时器提供３８ ｋＨｚ载波信号，由Ｉ／Ｏ口输出驱动红外传感器发射装置向外发射３８ ｋＨｚ的红外信号；红外传感器接收装置在接收到红外信号时输出端状态为低电平信号，反之输出高电平信号，根据输出端的电平状态可判断是否有种粒经过检测端。红外传感器接收装置的输出端连接单片机微控制器的外部中断引脚，当有种粒通过传感器时便触发单片机的中断系统进行相关处理，实现微控制器对传感器电路的实时监测，监测结果最终以种粒数量体现出来，在显示器上实时显示；同时，微控制器可进一步计算出相邻种粒的播种时间间隔，通过与设定时间的比较，从而判断是否发生漏播和重播等故障，若发生故障则驱动报警电路发出警告，提醒操作人员进行故障处理。 ２系统硬件设计 ２．１系统电源电路设计 控制系统需要５ Ｖ的直流电压，设计利用拖拉机发电机输出的１２ Ｖ的直流电压［７］，通过７８０５稳压电路得到需要的５ Ｖ直流电压，电路简单可靠，如果采用直插元件输出电流可达到１．５ Ａ，贴片元件则输出电流可达到１．０ Ａ，满足控制系统的要求，电路图如图３。 ２．２红外发射接收电路 控制系统中红外传感器电路由红外发射电路和红外接收模块组成。红外发射电路的电路原理图如图４，三极管９０１４的基极连接单片机的Ｉ／Ｏ口，通过软件编程由单片机Ｉ／Ｏ输出３８ ｋＨｚ的方波信号，控制９０１４的导通与断开，从而驱动红外发射管输出３８ ｋＨｚ的红外信号。 接收模块选用ＴＬ００３８，其引脚说明图和电路连接图如图５所示。ＴＬ００３８是集红外信号接收放大为一体的接收器，包含红外接收管、带通放大器、检波和脉冲整形电路。其中心接收频率为３８ ｋＨｚ，输出为ＴＴＬ电平。其工作原理是当发射管和接收管之间没有种粒通过时，红外接收管接收到红外信号，输出低电平；当发射管和接收管之间有种粒阻碍时，红外接收管截止，输出高电平。因而，通过检测其输出电平便可判断下种管是否有谷粒通过［８］。 ２．