智能播種設(shè)備系統(tǒng)研究

劉磊

【摘要】本文介紹了一種用于玉米種子精密播種的智能播種裝置的設(shè)計(jì)與研發(fā)，該裝置的特點(diǎn)是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)排種，播種裝置可以按照農(nóng)藝要求任意調(diào)整株距。電機(jī)的轉(zhuǎn)速的獲取是在測(cè)速輪前進(jìn)的速度基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)測(cè)速輪獲取的速度信號(hào)，傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)公式分析，最終得到目標(biāo)電機(jī)轉(zhuǎn)速。試驗(yàn)采用的排種器為指夾式排種器，排種效果好，排種均勻，為單粒精播提供可靠保障。

【關(guān)鍵詞】智能；可變量；播種裝置

1研制背景及意義

播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，提高播種機(jī)的工作性能、工作質(zhì)量和工作效率已成為人們?cè)诓シN過(guò)程中的追求目標(biāo)。現(xiàn)有播種機(jī)排種一般都是采用齒輪、鏈輪等機(jī)械傳動(dòng)，依靠地輪驅(qū)動(dòng)排種器排種，改變播種株距需要通過(guò)改變傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)。改變傳動(dòng)比需更換鏈輪、齒輪，不能實(shí)現(xiàn)在作業(yè)中進(jìn)行改變株距，而作業(yè)過(guò)程中拖拉機(jī)速度波動(dòng)和地輪打滑會(huì)造成株距的變化，影響了播種均勻性。為此，針對(duì)現(xiàn)如今農(nóng)村播種出現(xiàn)的問(wèn)題，研制出可變量智能播種裝置。

該可變量智能播種裝置以單片機(jī)為主控芯片，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)排種軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)播種人員調(diào)整播種株距簡(jiǎn)單，播種株距的連續(xù)調(diào)節(jié)。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)排種器完成種子的排種，避免了地輪打滑對(duì)播種株距造成的影響，提高了播種株距的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程技術(shù)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，系統(tǒng)工作可靠性強(qiáng)。

2可變量智能播種裝置結(jié)構(gòu)及組成

該裝置主要由指夾式排種器步進(jìn)電機(jī)、行走輪（測(cè)速輪）、機(jī)架幾部分組成。步進(jìn)電機(jī)用來(lái)為排種器轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力。測(cè)速輪用來(lái)測(cè)速，同時(shí)還起鎮(zhèn)壓和支撐作用。另外，單體中所示的測(cè)速輪替代了拖拉機(jī)前輪用于測(cè)速，測(cè)速輪被裝在播種機(jī)單體的前部位置，承重較大，且試驗(yàn)室地況良好，所以測(cè)速輪打滑率很低。

3可變量智能播種裝置總體方案

3.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體方案

控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分，硬件部分的主要作用是采集信號(hào)信息、分析和處理信號(hào)信息，完成信息傳遞、輸出控制信號(hào)等。另外，為了簡(jiǎn)化裝置，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)信息的傳輸交流。單片機(jī)單元主要負(fù)責(zé)機(jī)具前進(jìn)速度的采集、排種控制的功能。

（1）信息采集部分：設(shè)計(jì)中將霍爾傳感器測(cè)速模塊安裝在拖拉機(jī)前輪上采集拖拉機(jī)前行速度，主單片機(jī)對(duì)所獲得的速度信息進(jìn)行處理，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸將信息發(fā)送給從單片機(jī)，從單片機(jī)依據(jù)建立好的拖拉機(jī)速度、播種株距、排種器轉(zhuǎn)速三者之間的數(shù)學(xué)模型，分析計(jì)算出需要發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)。

（2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)排種部分：設(shè)計(jì)中對(duì)排種器的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，舍棄了傳統(tǒng)的地輪驅(qū)動(dòng)模式，改換成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的排種器電動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)方式能夠避免地輪打滑的干擾，改善播種機(jī)的播種性能。主單片機(jī)將機(jī)具實(shí)時(shí)速度和預(yù)設(shè)株距經(jīng)無(wú)線(xiàn)傳輸發(fā)送給從機(jī)，經(jīng)從機(jī)計(jì)算處理后，發(fā)送脈沖給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制排種器按需排種。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體方案

軟件部分的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心部分，它對(duì)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、抗干擾性和穩(wěn)定性都有重要影響。該課題的軟件設(shè)計(jì)采用 C 語(yǔ)言作為編程工具，整個(gè)程序運(yùn)用模塊化編程方法，將一個(gè)大的系統(tǒng)依據(jù)要實(shí)現(xiàn)的不同功能分解成多個(gè)小模塊，先對(duì)小模塊獨(dú)立的進(jìn)行編程，然后測(cè)試程序的實(shí)現(xiàn)效果，最后將各個(gè)模塊進(jìn)行整合，測(cè)試整個(gè)程序的控制效果。 控制系統(tǒng)的軟件部分主要完成信息采集、信號(hào)的運(yùn)算處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、故障判斷及報(bào)警、信息輸出等工作。對(duì)應(yīng)需要完成的工作，軟件部分的程序設(shè)計(jì)包括主程序、信息采集子程序、故障判斷子程序、報(bào)警子程序、顯示子程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序等的設(shè)計(jì)。

4可變量智能播種裝置的的硬件設(shè)計(jì)及選擇

（1）對(duì) AT89C2051 單片機(jī)以及各控制芯片進(jìn)行初始化，保證控制系統(tǒng)做好工作準(zhǔn)備；

（2）調(diào)用信息采集及數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算子程序，依據(jù)霍爾傳感器和激光傳感器發(fā)送回來(lái)的信號(hào)，通過(guò)分析、計(jì)算，判斷有無(wú)故障發(fā)生和得出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速；

（3）調(diào)用顯示子程序，實(shí)時(shí)對(duì)播種參數(shù)進(jìn)行顯示，當(dāng)發(fā)生漏播故障時(shí)，顯示屏?xí)詣?dòng)跳轉(zhuǎn)到故障頁(yè)面顯示相關(guān)故障信息；

（4）調(diào)用報(bào)警子程序，在播種機(jī)工作過(guò)程中，當(dāng)發(fā)生漏播情況時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警；

5總結(jié)

（1）采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)排種器排種的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有效地解決了地輪打滑影響播種株距的問(wèn)題，提高了精密播種機(jī)播種株距的準(zhǔn)確性。

（2）通過(guò)單片機(jī)依據(jù)拖拉機(jī)前輪速度控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)播種株距，實(shí)現(xiàn)了播種株距的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，避免了停機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)的繁瑣，提高了播種機(jī)的工作效率，播種均勻性也明顯提高。

（3）經(jīng)過(guò)對(duì)該控制系統(tǒng)的試驗(yàn)測(cè)試可以看出：在播種過(guò)程中，系統(tǒng)能夠依據(jù)機(jī)組速度調(diào)節(jié)播種株距，且報(bào)警機(jī)制可靠率高。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅改善了精密播種機(jī)的工作質(zhì)量，提高了玉米產(chǎn)量，而且降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

參考文獻(xiàn)

[1]黃河，曾欣.基于單片機(jī)的玉米智能播種機(jī)設(shè)計(jì)和研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2018，（05）：201-204.

[2]孟鵬祥.玉米精密播種機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].山東理工大學(xué)，2016.

[3]彭強(qiáng)吉，孫宜田，薦世春，等. 智能玉米精密播種施肥機(jī)的研制[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，（03）：15-19.