智能播種設備系統研究

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計與研發，該裝置的特點是采用電機驅動排種，播種裝置可以按照農藝要求任意調整株距。電機的轉速的獲取是在測速輪前進的速度基礎上實現的，通過測速輪獲取的速度信號，傳遞給單片機進行處理，經過公式分析，最終得到目標電機轉速。試驗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。

【關鍵詞】智能；可變量；播種裝置

1研制背景及意義

播種是農業生產中的重要環節，提高播種機的工作性能、工作質量和工作效率已成為人們在播種過程中的追求目標。現有播種機排種一般都是采用齒輪、鏈輪等機械傳動，依靠地輪驅動排種器排種，改變播種株距需要通過改變傳動比來實現。改變傳動比需更換鏈輪、齒輪，不能實現在作業中進行改變株距，而作業過程中拖拉機速度波動和地輪打滑會造成株距的變化，影響了播種均勻性。為此，針對現如今農村播種出現的問題，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為主控芯片，采用步進電機驅動排種軸轉動，實現播種人員調整播種株距簡單，播種株距的連續調節。通過步進電機驅動排種器完成種子的排種，避免了地輪打滑對播種株距造成的影響，提高了播種株距的準確性，實現作業過程技術參數的實時顯示，系統工作可靠性強。

2可變量智能播種裝置結構及組成

該裝置主要由指夾式排種器步進電機、行走輪（測速輪）、機架幾部分組成。步進電機用來為排種器轉動提供動力。測速輪用來測速，同時還起鎮壓和支撐作用。另外，單體中所示的測速輪替代了拖拉機前輪用于測速，測速輪被裝在播種機單體的前部位置，承重較大，且試驗室地況良好，所以測速輪打滑率很低。

3可變量智能播種裝置總體方案

3.1控制系統硬件設計總體方案

控制系統硬件部分的設計是整個控制系統設計中的關鍵部分，硬件部分的主要作用是采集信號信息、分析和處理信號信息，完成信息傳遞、輸出控制信號等。另外，為了簡化裝置，提高系統的穩定性和抗干擾性，設計中采用單片機進行控制，通過無線傳輸模塊實現信息的傳輸交流。單片機單元主要負責機具前進速度的采集、排種控制的功能。

（1）信息采集部分：設計中將霍爾傳感器測速模塊安裝在拖拉機前輪上采集拖拉機前行速度，主單片機對所獲得的速度信息進行處理，并通過無線傳輸將信息發送給從單片機，從單片機依據建立好的拖拉機速度、播種株距、排種器轉速三者之間的數學模型，分析計算出需要發送給步進電機的脈沖數。

（2）步進電機驅動排種部分：設計中對排種器的驅動裝置進行了改進，舍棄了傳統的地輪驅動模式，改換成步進電機驅動的排種器電動系統，該驅動方式能夠避免地輪打滑的干擾，改善播種機的播種性能。主單片機將機具實時速度和預設株距經無線傳輸發送給從機，經從機計算處理后，發送脈沖給電機驅動器控制步進電機轉動，從而控制排種器按需排種。

3.2 控制系統軟件設計總體方案

軟件部分的設計是整個控制系統設計中的核心部分，它對控制系統的準確性、抗干擾性和穩定性都有重要影響。該課題的軟件設計采用 C 語言作為編程工具，整個程序運用模塊化編程方法，將一個大的系統依據要實現的不同功能分解成多個小模塊，先對小模塊獨立的進行編程，然后測試程序的實現效果，最后將各個模塊進行整合，測試整個程序的控制效果。 控制系統的軟件部分主要完成信息采集、信號的運算處理、電機驅動、故障判斷及報警、信息輸出等工作。對應需要完成的工作，軟件部分的程序設計包括主程序、信息采集子程序、故障判斷子程序、報警子程序、顯示子程序、電機驅動子程序等的設計。

4可變量智能播種裝置的的硬件設計及選擇

（1）對 AT89C2051 單片機以及各控制芯片進行初始化，保證控制系統做好工作準備；

（2）調用信息采集及數據處理、運算子程序，依據霍爾傳感器和激光傳感器發送回來的信號，通過分析、計算，判斷有無故障發生和得出步進電機轉速；

（3）調用顯示子程序，實時對播種參數進行顯示，當發生漏播故障時，顯示屏會自動跳轉到故障頁面顯示相關故障信息；

（4）調用報警子程序，在播種機工作過程中，當發生漏播情況時，報警系統能夠及時報警；

5總結

（1）采用步進電機驅動排種器排種的驅動系統，有效地解決了地輪打滑影響播種株距的問題，提高了精密播種機播種株距的準確性。

（2）通過單片機依據拖拉機前輪速度控制步進電機轉動來調節播種株距，實現了播種株距的無級調節，避免了停機手動調節的繁瑣，提高了播種機的工作效率，播種均勻性也明顯提高。

（3）經過對該控制系統的試驗測試可以看出：在播種過程中，系統能夠依據機組速度調節播種株距，且報警機制可靠率高。該系統的設計不僅改善了精密播種機的工作質量，提高了玉米產量，而且降低了勞動強度，提高了勞動生產率。

參考文獻

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