農作物播種、施肥自動化作業智能監控系統的設計

李海龍

摘要：針對農作物精量排種器存在的問題，設計農作物播種、施肥自動化作業智能監控系統。簡介智能監控系統在拖拉機上的安裝位置及主要結構組成，論述傳感器、控制器、主機、傳動動力等關鍵部件的設計及選擇，為提高農作物的播種質量提供機具基礎。

關鍵詞：智能監控;播種質量;設計;施肥;傳感器;控制器;主機

中圖分類號：S223.2+4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0042-03

當前，農作物精量播種過程大多為封閉狀態，無法直接判斷排種質量，常出現漏播及少播的現象，影響農作物產量的提高。尤其在大力推廣免耕播種機的情況下，播種作業地表情況更復雜，作業環境更惡劣，排種器的故障更加突出。為此，遼寧省農業機械化研究設計了農作物播種、施肥自動化作業智能監控系統（簡稱“智能監控系統”），對農業谷物類作物（如玉米、花生、黃豆）播種情況（株距、漏播等）進行全程監測及相關傳動部分控制，有效提高播種質量。

1 智能監控系統的結構組成

智能監控系統在拖拉機上的安裝位置及主要結構組成見圖1。

智能監控系統替代現有谷物類排種器以地輪為動力的固有模式，實時監測播種作業的位置、面積、剩余種量、預播種面積、漏播及補播、施肥配量、施肥漏施及補施、施肥面積等相關信息，根據預設播種參數和施肥參數及時做出相應的控制動作和報警，實現施肥、播種參數化作業。

2 智能監控系統關鍵部件的設計

2.1 傳感器

采用3個紅外線傳感器對排種管進行監測，分別為漏種傳感器、車速傳感器和種量傳感器。當發生漏播情況時，系統自動記錄并發出警報;當連續漏播達到一定數量時，系統提示生產者停止作業。

漏種傳感器安裝于播種器內部，用于獲取作業時播種器的漏種數量;車速傳感器安裝于機車地輪同心軸上，用于檢測獲取機車行駛里程及行駛車速;種量傳感器安裝于排種管中部，用于獲取當前播種量。

2.2 控制器

基于TRIZ理論的反饋原理及嵌套原理設計的播種及補種控制器，能夠根據種量傳感器、漏種傳感器及車速傳感器的監測結果，自動控制播種間距精度、補種精度及施肥精度。

施肥控制器及與其連接的施肥電機，通過車載主機設置施肥參數，由施肥控制器根據設置參數控制施肥電機。

2.3 主機

車載主機用于設定作業參數，接收各傳感器的反饋數據，并根據傳感器數據計算播種和補種電機的轉數，通過播種及補種控制器控制播種及補種電機，使機具滿足作業設定的作業參數。

對相關參數（如種盤種數，施肥延遲時間，播種間距，行距，行寬等）進行設定后，系統自動計算出每畝所需的種量、肥量，并統計實際作業面積。

2.4 傳動動力

地輪傳動的穩定性直接影響排種器的排種質量，但在實際作業過程中，地輪經常打滑或在較復雜路段停止轉動，無法滿足精量排種的要求。為此，將排種器的傳動動力由地輪改為電機傳動。通過主控制器自動調節電機轉數，達到精量播種的目的。

播種及補種控制器、播種電機安裝于排種器2側，驅動排種器根據設定速度排種;施肥控制器及施肥電機安裝于施肥機具2側，用于控制施肥電機的施肥量。

3 智能監控系統工作流程

智能監控系統的具體監控過程見圖2。

車載主機根據車速傳感器反饋值與設定的播種間距，計算作業范圍內的理論用種量，并與種量傳感器獲取的播種量進行對比，據此判斷播種狀態是否正常。若播種量小于理論用種量，則存在漏播現象。

播種作業前，由拖拉機帶動播種機行進指定距離，車速傳感器記錄指定行進距離內的脈沖數，根據脈沖數與行進距離的關系計算播種間距的調節系數。

作業過程中，主機根據種量傳感器及車速傳感器的反饋值計算實際播種間距，并計算與設定標準播種間距的誤差。當超出誤差范圍時，通過調節排種盤轉數調整播種間距。當誤差范圍在0%～85%之間時，系統判定作業不合格，進入精度誤差細分環節。若不合格原因為漏播，系統將轉入漏種控制單元，進行相應的動作;當不合格原因為連續漏播時，系統自動報警，提示排種器故障。當誤差范圍在85%～100%之間時，系統判定作業合格，由車載主機記錄播種信息。

對排肥機構進行監測控制，使其能夠配合排種器進行精準施肥，減少排肥量，減輕化肥對土地的危害，有利于環境保護。

4 結論

智能監控系統能有效監測農作物播種質量，用戶預設系統參數后，系統自動計算排種器的電機轉數，達到精準播種、排肥的目的。作業結束后，系統統計作業過程中的總排種量和作業面積，有效降低作業成本和提高經濟效益。同時，系統解決了播種機和施肥機質量過大、傳動部分故障多、漏播、排種量難控制等諸多問題，適合我國農業節能減排的發展方向，具有廣闊的發展前景。

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