收獲機作業綜合監控系統設計與研究

項建廷++趙毅++趙爾迪

摘要：針對收獲機對運行狀態監測、故障診斷的需求，基于不完全齒輪機構和產量傳感器，自主研發一種實時在線、間歇聯動式自動監控作物收獲測產的設備，為提高收獲機作業質量提供適用的監測設備。

關鍵詞：自動監控；收獲機；設計；測產系統；間歇聯動

中圖分類號：S225 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）05-0023-02

目前，在收獲機自動監控設備方面，我國主要研究方向是脫粒質量、喂入量、智能測產等重要參數監控。其中，在精準農業技術研究中占重要地位的是收獲機糧食產量分布信息獲取技術。關于凈谷粒流量，國內外常見的測量方式有3種：容積式谷物流量測量技術通過測量谷物流的體積和密度計算質量，誤差率較高；沖量式谷物流量傳感器成本低廉、結構簡單，但振動、谷物種類、流量變化及田間坡度等對測量精度影響很大；γ射線谷物流量傳感器通過頻率與被測物體厚度存在的指數關系進行測量，測量精度較高，但對操作人員和環境有一定危害。為此，針對收獲機對運行狀態監測、故障診斷的需求，基于不完全齒輪機構和產量傳感器，自主研發一種實時在線、間歇聯動式自動監控作物收獲測產的設備，為提高收獲機作業質量提供適用的監測設備。

1 監控系統總體設計方案

1.1 夾帶和清選損失探測傳感器

在軸流脫粒清選篩后面加裝該測量裝置，可根據莖稈與谷粒產生的信號區別，獲得單位時間夾帶損失量和清選損失量。

1.2 收獲機故障診斷系統

1） 提取故障信號特征和判據，并與故障發展過程相聯系，提前預警；2） 實現油液污染程度和油液性能在線監測，提前預防故障和控制故障發展；3） 收獲機測產系統。

1.3 收獲機測產系統

在線實時準確地測量農作物產量及收獲機凈糧流量等相關信息，單產和總產測量誤差小于4%。系統結構緊湊，精度高，抗干擾能力強，安裝使用方便，適應各種收獲機機型及谷物品種。

2 監控系統的結構及組成

1） 研究高靈敏度的壓力探測方法，形成高靈敏度壓力探測陣列傳感檢測方案，對谷草沖擊力實施監測，在獲得夾帶損失量的同時明確夾帶損失空間分布。研究夾帶損失傳感器的信號處理方法，包括數字信號濾波、頻譜及能量譜分析、時間相關性分析，以及相應特征信號的分析與提取、信號辨識等。

2） 設計開發收割作業故障預警與報警分析系統，包括傳感器模塊、模擬信號處理模塊、信號轉換模塊、電源模塊、單片機中央信息處理單元模塊、液晶顯示模塊、上位機通訊模塊等。

3） 設備安裝在輸送機出口的下方位置，落下的糧食通過進料斗逐步收入并準備計量，設備分料板自動旋轉90°，并將糧食分別整理到左右兩側的計量室。當左計量室開始接糧時，安裝有稱重傳感器的右翻板開始稱量計數，稱量計數結束后右翻板開始翻轉180°將糧食卸掉。循環往復地重復以上動作，可實現對落下糧食的連續、實時計量。

在計量過程中，4個稱重傳感器處于間歇轉動狀態，傳感器信號輸出功能通過2個從動齒輪的軸端集線器實現。

3 監控系統主要技術及參數

3.1 夾帶和清選損失探測傳感器

監測傳感器受凹版分離出的籽粒沖擊后產生電荷信號，經電荷轉換放大后變為電壓信號，再經鑒波濾波后進行信號整形，得到標準脈沖信號，送入高速計數電路計數，由此得到收割機脫粒滾筒排草口前部凹版下方的籽粒量。單片機將該籽粒量由串口輸出送入便攜式高速數據采集系統，高速數據采集系統根據籽粒流量與排草口處夾帶損失之間的數學關系模型計算夾帶損失量，并進行實時顯示。由于籽粒和莖稈對傳感器表面形成的沖擊形式及沖擊力不同，籽粒和莖稈落于傳感器表面時形成的撞擊信號頻率和振幅也有所區別。因此，在程序中加入合理的帶通濾波器的截止頻率和鑒幅器的閾值電壓，能從紛亂的信號中提取出所需的籽粒撞擊信號，由程序實現運算計數及顯示，保證準確地記錄籽粒損失。圖1為傳感器工作原理圖。

根據谷粒信號特點設計信號調理單元、監控單元的參數與電路。信號調理單元包括前置電荷放大器、濾波電路、靈敏度調節電路、脈沖整形電路等；監控單元包括主控器、人機界面、通信接口等。從系統的基本任務出發編制系統軟件程序，實現系統初始化、按鍵識別、信號采集、損失量計算、顯示及與上位機通信等功能。

3.2 收獲機故障診斷技術

診斷裝置根據收割機液壓系統管路連接方式，采取并聯和串聯的方式將檢測傳感器置入系統，傳感器采用加過渡接頭或閥塊的連接方式，詳見圖2。

4 結論

開展該項目的系統研究和商品開發，將電子技術和自動控制技術應用于農機重大產品和裝備，研究適合國情的、有效實時控制智能測產與作業質量的理論和技術，以滿足我國農業現代化的發展和市場需求，并形成新的農機電子產品市場和產業。

參考文獻

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[4] 劉立強，項建廷，吳澤全.基于觸摸屏的玉米收獲機智能監測系統的研究[J].農業科技與裝備，2016（10）：15-17.