CN108347881A - 用于多行农业机具控制和监测的***、方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于监测和控制包括播种机具在内的农业机具的***、方法和设备。提供了用于检测由种子输送器输送的种子的***、方法和设备。提供了用于监测和控制诸如肥料和杀虫剂之类的二次作物投入的沉积情况的***、方法和设备。

Description

用于多行农业机具控制和监测的***、方法和设备
背景技术
近年来，种植者越来越多地将附加传感器和控制器并入到农作机具(诸如，中耕作物播种机)上，用于这种机具的控制和监测***变得越来越复杂，并且这种***的安装和维护也变得越来越困难。因此，本领域对这种***进行有效的控制和监测有了需求。此外，随着将播种机具把种子输送器和/或二次作物投入计量***(诸如杀虫剂和肥料计量器)合并到一起，在控制和监测方面出现了特殊的挑战。因此，还有特别的需求是对种子进行有效计数，将种子输送器和/或二次作物投入计量***有效地并入到机具控制和监测***中。
附图说明
图1示意性地示出了用于控制和监测具有多个行的农业机具的电气控制***的一个实施例。
图2示意性地示出了多行控制模块的一个实施例。
图3示意性地示出了驱动模块的一个实施例。
图4示意性地示出了输送器模块的一个实施例。
图5A是播种机行单元的侧视图，包括了输种管和并入了电气控制***的另一个实施例。
图5B是播种机行单元的侧视图，包括了种子输送器和并入了电气控制***的另一个实施例。
图6A示意性地示出了电气控制***的另一个实施例，在每行包括模块化延伸部。
图6B示意性地示出了图6A的电气控制***，在每行安装有输送器模块。
图7示出了将识别和配置数据传输到多行控制模块和行控制模块的过程的一个实施例。
图8示出了驱动模块的控制过程的一个实施例。
图9示出了输送器模块的控制过程的一个实施例。
图10A是种子计量器的一个实施例的立体图，并入了驱动模块的一个实施例。
图10B是图10A的种子计量器和驱动模块的立体图，为了示意地更清楚，图中去除了多个罩。
图11A是图10A的驱动模块的仰视图。
图11B是图10A的驱动模块的侧视图。
图12A是图10A的驱动模块的仰视图，为了示意地更清楚，图中去除了两个罩和外壳。
图12B是图10A的驱动模块的侧视图，为了示意地更清楚，图中去除了两个罩和外壳。
图13A是图10A的驱动模块的前视图。
图13B是图10A的驱动模块的后视图。
图14A是图10A的驱动模块的前视图，为了示意地更清楚，图中去除了两个罩和外壳。
图14B是图10A的驱动模块的后视图，为了示意地更清楚，图中去除了两个罩和外壳。
图15是图10A的驱动模块的立体图，为了示意地更清楚，图中去除了两个罩和外壳。
图16示意性地示出了用于控制和监测具有多个行的农业机具的电气控制***的另一个实施例。
图17示出了使用两个与种子输送器相关联的光学传感器对种子进行计数的过程的一个实施例。
图18示出了由与种子输送器相关联的光学传感器产生的示例性信号。
图19示出了单行网络的一个实施例。
图20是利用附加驱动模块计量附加作物投入的驱动组件的分解图。
图21是图20的驱动组件的未分解立体图。
图22示意性地示出了并入用于计量附加驱动器输入的附加驱动模块的行单元。
图23是用于计量作物投入的驱动组件的另一个实施例的俯视图。
图24是图23中的驱动组件的沿着图23中截面24-24的视图。
图25是图23中的驱动组件的沿着图23中截面25-25的视图。
图26A和图26B分别是计量轮的第一部分的俯视图和侧视图。
图27A、图27B和图27C分别是计量轮的第二部分的俯视图、侧视图和立体图。
图28A和图28B分别是罩的俯视图和端视图。
具体实施方式
现在参照附图，其中，在多个视图中相同的附图标记表示相同或对应的零件，图1示意性地示出了农业机具，例如播种机，其包括可操作地支撑六个行单元500(分别由附图标记500-1至500-6标识)的工具栏14。工具栏14由左侧和右侧机具轮520a、520b支撑并由拖拉机5拖动。控制***100包括优选安装在拖拉机5中的监测器110、机具网络135和两个行网络130a、130b。
监测器110优选包括图形用户界面(“GUI”)112、存储器114、中央处理单元(“CPU”)116和总线节点118。总线节点118优选包括控制器局域网(“CAN”)节点，该CAN节点包括CAN收发器、控制器和处理器。监测器110优选与安装在拖拉机5(或者在一些实施例中，工具栏14)上的速度传感器168(例如，安装到拖拉机5上的雷达速度传感器)和全球定位***(“GPS”)接收器166电连通。
机具网络135优选包括机具总线150和中央处理器120。中央处理器120优选安装到工具栏14上。本文所描述的每个总线优选是包括在线束内的CAN总线，该线束将总线上的每个模块连接到电源、地和总线信号线(例如，CAN-Hi和CAN-Lo)。
中央处理器120优选包括存储器124、CPU 126和总线节点128(优选为包括CAN收发器、控制器和处理器的CAN节点)。机具总线150优选包括CAN总线。监测器110优选与机具总线150电连通。中央处理器120优选分别与安装在左侧和右侧机具轮520a、520b上的轮速传感器164a、164b(例如，霍尔效应速度传感器)电连通。中央处理器120优选与安装到工具栏14上的陀螺仪162电连通。
行网络-概述
每个行网络130a、130b优选分别包括安装到行单元500中的一个的多行控制模块200a、200b，行总线250，单独安装到三个行单元500的三个驱动模块300(分别由附图标记300-1至300-3标识)，以及分别单独安装到三个行单元500的三个输送器模块400(分别由附图标记400-1至400-3标识)。在特定行单元网络130中具有至少一个驱动模块300的每个行单元500，在本文被描述为在该行网络“内”。
行网络-多行控制模块
转至图2，多行控制模块200优选包括总线节点202(优选为包括CAN收发器、控制器和处理器的CAN节点)。CAN节点，特别是CAN收发器，优选与行总线250和机具总线150电连通。多行控制模块200进一步包括存储器214和处理器204，该处理器204与下压力信号调节芯片206、种子传感器辅助输入208、下压力螺线管脉宽调制(“PWM”)驱动器210和通用辅助输入212电连通。辅助输入212优选配置成与包括压力传感器和提升开关的传感器电连通。下压力信号调节芯片206优选与机具网络135内的每个行单元500上的下压力传感器506电连通。下压力螺线管PWM驱动器210优选与行网络130内的每个行单元上的下压力螺线管510电连通。在包括输种管(在关于图5A的描述中有更详细的描述)的实施例中，种子传感器辅助输入208优选与行网络130内的每个行单元500上的种子传感器508(例如，光学传感器)电连通。
行网络-驱动模块
转至图3，驱动模块300优选包括电路板301，电机编码器576和计量器驱动电机578。电路板301优选包括总线节点302(优选为包括CAN收发器、控制器和处理器的CAN节点)。CAN节点，特别是CAN收发器，优选与行总线250电连通。驱动模块300优选进一步包括存储器306和处理器304，该处理器304与电机编码器信号调节芯片316，电机PWM驱动器318和电机电流信号调节芯片314电连通。电机PWM驱动器318优选与电机578电连通，用于控制电机578的输出速度。电机编码器信号调节芯片316优选与电机编码器576电连通，该电机编码器576优选配置成例如通过在每次电机轴旋转时产生限定数量的编码器脉冲，产生指示电机570的驱动速度的信号。电机电流信号调节芯片314优选与电机PWM驱动器318电连通，以便对驱动电机578的实际电流进行采样。
参照图10A和10B，驱动模块300包括由罩304遮蔽的电气组件340和电机578以及由罩302遮蔽的齿轮箱320。驱动模块300安装到种子计量器530上。种子计量器优选是申请人的待审的国际专利申请第PCT/US2012/030192号中公开的类型，该专利申请的公开内容在此通过引用整体并入本文。具体而言，驱动模块300优选安装到罩532，罩532遮蔽容纳在计量器530内的种子盘534。齿轮箱320包括输出齿轮312，该输出齿轮适于通过连续地接合围绕种子盘534的周边周向布置的轮齿来驱动种子盘534。
转至图11A和11B，驱动模块300进一步包括外壳308，罩302、304安装到外壳308上。罩302优选包括用于将电引线引入罩302中的橡胶索环305。
转至图12A、12B、14A、14B和15，齿轮箱320包括由电机578驱动的输入轴325和输入齿轮324。输入齿轮324驱动第一减档齿轮326和第二减档齿轮328。第二减档齿轮328优选具有比第一减档齿轮326小的直径。第二减档齿轮328优选与第一减档齿轮326同轴安装，例如，通过压配合与第一减档齿轮326同轴安装。第二减档齿轮328优选驱动中间齿轮322。中间齿轮322经由轴321驱动输出齿轮312。
继续参照图12A、12B、14A、14B和15，电气组件340包括电路板301，电机编码器576(优选包括磁编码器盘)以及与电机578电连通用于驱动电机的两根引线344a、344b。
参照图13A和13B，驱动模块300优选包括用于将驱动模块300(例如，通过适于与罩532中的螺纹孔配合的螺钉)安装到种子计量器530的安装耳片382、384、386、388。
行网络-输送器模块
转至图4，输送器模块400优选包括总线节点402(优选为包括CAN收发器、控制器和处理器的CAN节点)。CAN节点，特别是CAN收发器，优选与行总线250电连通。输送器模块400优选进一步包括存储器406和处理器404，该处理器404与电机编码器信号调节芯片422、电机PWM驱动器448和信号调节芯片432、434电连通。电机PWM驱动器448与安装到输送器580的输送器电机590电连通。在一些实施例中，电机编码器信号调节芯片422与设置成测量输送器电机590的操作速度的电机编码器597电连通。信号调节芯片432、434优选分别与光学传感器582、584电连通。
播种机行单元的实施
参照图5A，示出了安装有控制***100组件的播种机行单元500。图5A中所示的行单元500是多行控制模块200安装到其上的行单元中的一个。
在行单元500中，下压力致动器518(优选为液压缸)安装到工具栏14上。下压力致动器518在下端可枢转地连接到平行连杆机构516。平行连杆机构516支撑来自工具栏14的行单元500，从而使得每个行单元可以独立于工具栏和其它隔开的行单元进行垂直移动，以便适应地形的变化或者当播种机被拖动穿过田地时行单元遇到岩石或其它障碍物造成的变化播种机。每个行单元500进一步包括安装托架520，安装托架520安装有料斗支撑梁522和副框架524。料斗支撑梁522支撑种子料斗526和肥料料斗528以及可操作地支撑种子计量器530和输种管532。副框架524可操作地支撑开沟组件534和闭沟组件536。
在行单元500的操作中，当拖动播种机穿过田地时，开沟组件534切入到土壤表面40中形成沟38。容纳有待播种种子的种子漏斗526将定量的种子42供应传送到种子计量器530。如本文中其它地方所述的，驱动模块300优选安装到种子计量器530。当驱动模块300驱动种子计量器530时，单个的种子42被计量并且基于所需的种子数量和拖动播种机穿过田地的速度以规则隔开的间隔被排放到输种管532中。种子传感器508(优选为光学传感器)由输种管532支撑，并且设置成在种子42经过时检测种子42是否存在。种子42从输种管532的端部落入沟38并且种子42由闭合轮组件536为其覆盖泥土。
开沟组件534优选包括一对开沟盘片544和一对调整轮548，调整轮548通过深度调节机构568可选择性地相对于盘片544进行垂直调节。深度调节机构568优选围绕下压力传感器506枢转，下压力传感器506优选包括装配有应变仪的销，用于测量土壤40施加在调整轮548上的力。下压力传感器506优选为申请人的待审的美国专利申请No.12/522,253中所公开的类型，该专利申请的公开内容在此通过引用整体并入本文。在其它实施例中，下压力传感器采用的是美国专利No.6,389,999中所公开的类型，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。盘片544可旋转地支撑在从副框架524垂下的柄部554上。调整轮臂560从副框架524枢转地支撑调整轮548。调整轮548可旋转地安装到向前延伸的调整轮臂560。
应当理解，图5A所示的行单元不包括输送器580，这样一来输送器模块400是不需要的。转至图5B，示出了包括输送器580的播种机行单元500'，其中安装了控制***100组件。
行单元500'类似于以上描述的行单元500，不同之处在于输种管532已被移除并被替换成输送器580，该输送器580配置成以受控速率将种子从计量器530输送到沟42。输送器电机590优选安装到输送器580并且配置成可选择性地驱动输送器580。输送器580优选是申请人的美国专利申请No.61/539,786和申请人的待审的国际专利申请No.PCT/US2012/057327中所公开的类型之一，这两个专利申请的公开内容在此通过引用整体并入本文。如该申请中所公开的，输送器580优选包括皮带587，皮带587包括配置成将从种子计量器530接收的种子输送到输送器的下端的翼片588。在图5B的视图中，种子输送器580优选配置成沿顺时针方向驱动皮带587。在图5B的视图中，种子输送器580优选配置成将种子从输送器的上端沿着输送器的前侧向下引导，使得种子随着输送器580的前侧上的皮带587的翼片588下降并且从输送器的下端沉积，使得在正常操作期间不会有种子出现在在输送器后侧上升的翼片588上。光学传感器582优选安装到输送器580的前侧，并且设置成当种子和下降的输送器翼片588经过时对其进行检测。光学传感器584优选安装到输送器580的后侧，并且设置成当上升的输送器翼片588返回到计量器530时对其进行检测。在其它实施例中，光学传感器582和/或光学传感器584可以替换成配置成检测种子和/或翼片是否存在的其它物体传感器，诸如在申请人的待审美国专利申请No.12/984,263(公开号US2012/0169353)中所公开的电磁传感器。
模块化组件的增加
比较图5A和图5B的实施例，应当理解，控制***100的一些实施例需要输送器模块400，而一些实施例则不需要。因此，行总线250优选配置成允许用户安装一个或多个附加的CAN模块，而不需要替换或修改行总线250。
参照图6A，经修改的控制***100'包括在每行具有模块化延伸部600的经修改的行总线250'。每个模块化延伸部600优选包括第一分支610和第二分支620。每个分支610、620优选包括到电源、地和总线信号线(例如，CAN Hi和CAN Lo)的连接部。
转至图6B，经修改的控制***100"与控制***100'的不同之处在于输送器模块400已经连接至每个模块化延伸部600的第一分支610。应当理解，第二分支620仍然可用于向行网络130添加其它模块。
操作-配置阶段
为了有效地操作图1所示的控制***100，每个模块优选配置成确定身份(例如，与其相关联的一个或多个行单元500)以及某些配置数据，诸如其相关联的行单元的相对位置。因此，在控制***100的操作中，配置过程700(图7)优选地执行为识别模块并且向每个模块传输配置数据。在步骤705，监测器110优选地经由点对点连接部160向多行控制模块200a发送第一识别信号。多行控制模块200a优选地将识别数据(例如，将其状态指示为最左边的多行控制模块)存储在存储器中。继续参照步骤705，多行控制模块200a优选地经由点对点电连接部161向多行控制模块200b发送第二识别信号。多行控制模块200b优选地将识别数据(例如，将其状态指示为最右边的多行控制模块)存储在存储器中。
在步骤710，每个行模块(例如，每个驱动模块300和每个输送器模块400)优选基于将行模块连接到行总线150的识别线(未示出)上的电压来确定与其相关联的行单元500。例如，通向驱动模块300-1、300-2、300-3的三条识别线优选地分别连接到接地、中档电压和高电压。
在步骤715，监测器110优选经由机具总线150向每个多行控制模块200传输行网络特定的配置数据。例如，配置数据优选包括从每个行单元500到GPS接收器166再到工具栏14的中心的横向和行进方向距离(“GPS偏移”)；在步骤715发送到多行控制模块200a的行网络特定的GPS偏移优选对应于行网络130a内的行单元500-1、500-2、500-3。在步骤720，每个多行控制模块200优选经由行总线250向每个行控制模块(例如，驱动模块300)传输行单元特定的配置数据。例如，多行控制模块200a优选将对应于行单元500-1的GPS偏移发送到驱动模块300-1。
操作-驱动模块控制
转至图8，控制***100优选根据过程800控制每个驱动模块300。在步骤805，监测器110优选经由机具网络135的机具总线150向每个多行控制模块200传输投入指示(例如，每英亩待播种的种子数)。在步骤810，控制***100中的各种运动传感器将运动信号传输到中央处理器120。例如，轮速传感器164和陀螺仪162经由点对点电连接部分别将速度信号和角速度信号发送到中央处理器120。在一些实施例中，监测器110还经由机具总线150将由速度传感器168报告的速度发送到中央处理器120，该速度经由机具总线150被发送到中央处理器120。
在步骤815，中央处理器120优选计算工具栏14的中心的速度和工具栏14的角速度。工具栏的中心的速度Sc可以通过对分别由轮速传感器164a、164b报告的轮度Swa、Swb进行平均来计算得到或者使用由速度传感器168报告的拖拉机速度。工具栏14的角速度w可以由陀螺仪162产生的角速度信号或者通过使用以下等式来确定：
其中，Dwa＝工具栏的中心与左机具轮520a之间的侧向偏移，以及
Dwb＝工具栏的中心与右机具轮520b之间的侧向偏移。
在步骤820，中央处理器120优选经由机具网络135的机具总线150将播种机速度和角速度传输给每个多行控制模块200。
在步骤825，每个多行控制模块200优选为其行网络130内的每个驱动模块确定计量器速度命令(例如，每秒所需的计量器转数)。每个行单元500的计量器速度命令优选是基于行单元的行特定速度Sr进行计算。行特定速度Sr优选使用工具栏中心的速度Sc、角速度w和行单元的输种管(或者输送器)与播种机中心之间的横向距离Dr(优选是包括在图7中所论述的配置数据中)，使用以下关系式进行计算：
Sr＝Sc+w×Dr
计量器速度命令(“R”)可以基于单个的行速度使用以下等式进行计算：
其中，计量器比率＝种子盘534中的种子孔数，以及
行间距＝行单元500之间的横向间距。
在步骤830，多行控制模块200优选经由行网络130的行总线250将针对每个驱动模块300确定的计量器速度命令传输到相应的驱动模块。在行总线250包括CAN总线的实施例中，多行控制模块200优选将帧发送到行总线，该帧具有指定了驱动模块300(例如，模块300-2)的标识符字段和包括指定驱动模块的计量器速度命令的数据字段。
在步骤835，驱动模块300优选将计量器速度命令R与测量的计量器速度进行比较。驱动模块300优选使用从电机编码器576接收到的编码器脉冲之间的时间，计算测量的计量器速度。在步骤840，驱动模块300优选调整用来驱动计量器530的电压，以便将测量的计量器速度调整得更接近计量器速度命令R。
在步骤845，每个种子传感器将种子脉冲发送到相关联的多行控制模块200。在具有输种管532的实施例中，每个种子传感器508优选经由点对点电连接部将种子脉冲发送到相关联的多行控制模块200。在具有输种管532的实施例中，种子脉冲优选包括具有超过预定阈值的最大值的信号脉冲。在具有种子输送器580的一些实施例中，每个种子传感器582优选经由行网络130的机具总线250将种子脉冲发送到相关联的多行控制模块200。在具有种子输送器580的实施例中，种子脉冲包括信号脉冲，该信号脉冲与输送器的经过的翼片引起的信号脉冲相差预定阈值。后文中描述了在种子输送器580中检测种子的可替换的方法。
在步骤850，多行控制模块200优选使用行速度Sr和从行网络内的每个行单元传输的种子脉冲计算行网络130内的每个行单元500处的数量、分离度和种子间距。在步骤855，多行模块200经由机具网络130的机具总线150，将数量、分离度和间距值传输到中央处理器120。在步骤860，中央处理器120优选经由机具网络135的机具总线150，将数量、分离度和间距值传输到监测器110。
操作-输送器模块控制
转至图9，控制***100优选根据过程900控制每个输送器模块400。在步骤910至920，控制***100优选执行与过程800的步骤810至820所描述的相同的步骤。在步骤925，每个多行控制模块200优选确定用于行网络130内的每个输送器模块400的输送器速度命令。输送器速度命令优选选择成使得沿着输送器向下行进的翼片的线速度大约等于行特定速度Sr；例如，输送器电机速度指令优选等于行特定速度Sr乘以预定常数。在步骤930，多行控制模块200优选经由行网络130的行总线250将单个的输送器速度命令传输到每个对应的输送器模块400。
在步骤935，输送器模块400优选将输送器速度命令与测量的输送器速度进行比较。在一些实施例中，输送器速度是通过利用输送器翼片经过光学传感器584所产生的翼片脉冲之间的时间来测得的。在其它实施例中，输送器速度是通过利用从输送器电机编码器597接收的编码器脉冲之间的时间来测得的。在步骤940，输送器模块400优选调整用来驱动输送器电机590的电压，以便将测得的计量器速度调整得更接近输送器速度命令。
在步骤945至960，输送器模块400优选执行与本文与过程800中描述的步骤845至860相同的步骤，具体地说，是针对具有输送器580的实施例进行描述的那些步骤。
种子感测方法
在具有种子输送器580的实施例中，控制***100优选配置成基于由第一和第二光学传感器582、584生成的信号对种子进行计数、标记时间戳并确定播种率。应当理解，在正常操作中，第一光学传感器582在来自计量器530的种子下降到输送器580时检测种子和输送器翼片，而第二光学传感器584仅在输送器翼片在种子沉积后返回到输送器580顶部时检测输送器翼片。输送器580中的翼片的形状和尺寸优选基本一致的。
参照图17，监测器110(或者在一些实施例中，中央处理器120)优选配置成执行用于检测种子的过程1700。在步骤1710，监测器110优选在测量周期内从第一光学传感器582和第二光学传感器584接收信号。在图18中的示例性多信号图1800上示出了第一光学传感器信号1810(其中，振幅在翼片或种子经过时增加)和第二光学传感器信号1820(其中，振幅在翼片经过时增加)。在步骤1715，控制***100优选在测量周期内改变输送器速度，使得由皮带引起信号脉冲长度具有的相同长度(如通过观察传感器信号1820中的变宽度的脉冲很好地示出了)。在步骤1720，监测器110优选将时移Ts(例如，图18中所示的时移Ts)应用到第二光学传感器信号1820，从而产生经时移的传感器信号1820'。时移Ts与输送器速度相关，并且优选地进行如下计算：
Ts＝k×Tf
其中，Tf＝翼片被第二光学传感器258检测到的平均时间
k＝优选按如下所述来确定的一个常数。
k的值与输送器和光学传感器的几何形状有关，在一些实施例中是通过下式来确定：
其中，Ds＝第一和第二光学传感器之间的线性翼片距离
Df＝翼片之间的距离
DEC(x)返回x的小数部分(例如，DEC(105.2)＝0.2)。
在其它实施例中，监测器110优选在设定阶段以经验计算k，同时通过使输送器580以恒定速度运行并且确定Tf和Ts的值而不会播种种子；在皮带上没有种子时，Ts的值可以通过测量第一光学传感器582处的翼片脉冲和第二光学传感器584处的下一个后续翼片脉冲之间的时间来确定。在还有的其它实施例中，传感器582、584定位在等于Df的整数倍的相对距离Ds处，使得无需时移或近零时移。
继续参照图17的过程1700，在步骤1725，监测器110优选从第一光学传感器信号1810减去经时移的第二光学传感器信号1820'，从而产生翼片经校正的信号1830(参见图18)，该信号与来自第一光学传感器信号的信号相关，其中基本上消除了由输送器翼片产生的信号脉冲。在步骤1730，监测器110优选将翼片经校正的信号1830中的脉冲1832与一个或多个种子脉冲有效性阈值(例如，最小幅度阈值和最小周期阈值)进行比较；监测器优选将超出种子脉冲有效性阈值的每个脉冲识别为有效的种子事件。在步骤1735，监测器110优选将所识别的种子事件添加到种子计数中。在步骤1740，监测器110优选将种子计数、播种率(例如，预定时间周期内的种子计数)、与种子事件、种子计数或播种率相关的时间以及与种子事件、种子计数或播种率相关联的GPS存储到存储器进行映射、显示和数据存储。
可供替换选择的实施例-单行网络
在图16所示的可供替换选择的控制***100"'中，多个行网络132中的每一个包括安装到行单元500之一的单行控制模块202、行总线250、单独安装到同一行单元500的驱动模块300以及单独安装到同一行单元500的输送器模块400。单行控制模块202优选包括与多行控制模块200等效的各组件，不同之处在于下压力信号调节芯片206、种子传感器辅助输入208和下压力螺线管PWM驱动器210仅与安装到同一行单元500的相应装置电连通。此外，在可供替换选择的控制***100"'中，行总线250与单个驱动模块300和单个输送器模块400以及单行控制模块202电连通。
在还有的其它实施例中，如美国临时专利申请No.61/838,141中所述，两个种子计量器530安装到单行单元500。在这样的实施例中，驱动模块300可操作地联接到每个种子计量器530。图19示出了具有两个驱动模块300的行网络132'。行网络132'优选包括单行控制模块202、行总线250、第一驱动模块300a(优选安装到行单元500)、第二驱动模块300b(优选安装到行单元500)、输送器模块400、投入控制器307和识别电源309。第一驱动模块300a和第二驱动模块300b，包括其硬件和软件部件，优选是基本相同的。单行控制模块202、第一驱动模块300a、第二驱动模块300b和输送器模块250优选与行总线250电连通。单行控制模块202优选与本文所述的控制***的实施例之一的机具总线150电连通。第一驱动模块300a优选与识别电源309和投入控制器307电连通。第一驱动模块300a优选经由电线311与投入控制器307电连通。识别电源309优选向第一驱动模块300a提供低电压信号，并且可包括点对点连接部，该点对点连接部可以连接至具有相对来说的大电阻器的电源。投入控制器307优选为刈幅和/或速率控制器，该控制器配置成关闭和/或修改作物投入(例如可以是但不限于是液态肥料、干式肥料、液态杀虫剂或干式杀虫剂)的施用率。
在其它实施例中，每个行单元500包括驱动计量设备的附加驱动模块300，该计量设备计量出附加的作物投入(例如，杀虫剂、肥料或其它粒状或液态作物投入)。行单元可以具有与美国专利No.6,938,564、No.7,481,171和/或美国专利申请No.12/815,956中所述的行单元相同的组件，这些专利申请中的每一个均通过引用整体并入本文。附加驱动模块可以设置在单独的行单元上并且连接到控制***100、100'、100"、100"'中的任意一个或者包括本文所描述的行网络132'的控制***的与其相关联的控制模块。如图所示，附加驱动模块优选通过电连接器2050连接到控制***的其余部分。
附加驱动模块300可以包括颗粒计量装置(例如，如下文所述由电动机驱动)、阀(例如，液体流量控制阀或蝶阀)、泵(例如，变速泵)或者适用于改变二次作物投入的施用率的任何其它装置。
在一些实施例中，附加驱动模块300以合适的驱动速度驱动计量设备，以便以预定的施用率(例如，按磅/英亩)对作物投入进行计量。例如，驱动速度优选基于机具速度进行选择，以便以预定的施加率计量作物投入。在一些实施例中，可以基于行单元的行特定速度Sr来选择驱动速度，其计算可以如本文中所述。在一些实施例中，预定施用率包括指示图，该指示图在田地中的各个位置改变所需的施用率；在这样的实施例中，控制***优选将由GPS接收器166报告的当前位置与指示图进行对照，以便确定预定的施用率。
转至图20-22，示出了一个这样的行单元实施例，其包括用于计量附加作物投入的附加驱动模块300。驱动模块300优选驱动计量设备这样使得从存储设备到土壤的附加作物投入被计量。参照图22，计量设备优选包括计量轮2010，该计量轮2010具有多个均匀地沿圆周布置的凹腔2012，当旋转时，该凹腔按顺序接收来自漏斗2060的作物投入并且通过重力将作物投入按顺序沉积到土壤中。例如，经由管2040将作物投入导向至土壤中。在一些实施例中，与监测器110和/或中央处理器120进行数据通信的传感器2045(例如，光学、电磁或冲击型传感器)可以放置在计量轮和土壤之间(例如，合并入管2040)，并且设置成产生与作物投入的施用率相关的施用率信号。在一些这样的实施例中，控制***可以调整到驱动模块300的驱动速率命令，使得由施用率信号指示的施用率接近所需的施用率(例如，由GPS接收机报告的当前位置的指示图所指定的施用率)。施用率信号可附加地或者可替换选择地用来经由监测器110向用户报告一个或多个行单元处的当前施用率，或者用来创建田地的应用于作物投入施用率的图形。
参照图20和21，详细示出了驱动组件2000。外壳2020优选安装(例如，如图所示通过螺栓连接)到行单元框架的上表面。罩2025可拆卸地安装到外壳2020上(如在图21中很好地被示意出)，以便遮蔽包括减速齿轮2030的内部部件。减速齿轮优选由驱动模块300的输出齿轮312驱动旋转(参见图15)。减速齿轮2030优选比输出齿轮312更大(例如，具有更多的轮齿数)，使得减速齿轮比输出齿轮旋转地更慢(例如以每分钟转数计)。减速齿轮优选驱动驱动轴2015旋转。驱动轴2015优选在第一端处固定地安装到减速齿轮2030，使得驱动轴围绕减速齿轮的中心轴旋转。驱动轴2015优选固定地安装到计量轮，使得驱动轴驱动计量轮围绕驱动轴的中心轴旋转。
在行网络132'的操作的设置阶段期间，第一驱动模块300a从识别电源309接收信号，并向监测器110(和/或中央处理器120)发送将其自身识别为第一驱动模块300a的相应的识别信号。随后，监测器110(和/或中央处理器120)优选向第一驱动模块300a发送命令并基于该识别信号存储从第一驱动模块300a接收的数据。
在行网络132'的现场操作期间，监测器110通过将从GPS接收器166接收的位置信息与施用图进行对照来确定应使用哪个种子计量器530进行播种。然后，监测器110优选命令单行控制模块202向与应进行播种的计量器530相关联的驱动模块(例如第一驱动模块300a)发送所需的播种率。
在投入控制器307包括配置成打开或关闭干式或液态作物投入的刈幅控制器的实施例中，第一驱动模块300a优选地向投入控制器发送命令信号，命令投入控制器关闭相关联的投入，例如通过关闭阀门来实现。在仅包括与每个行单元相关联的单个种子计量器530和单个驱动模块300的实施例中，当驱动模块命令种子计量器进行播种时，驱动模块300经由线311将第一信号(例如，高位信号)传输到投入控制器307，并且当驱动模块未命令种子计量器进行播种时，驱动模块300传输第二信号(例如，低位信号)或者不传输信号。线311优选配置成与多个投入控制器中的任意一个电连通，例如通过加入标准电连接器。第一和第二信号优选是采用对应于由多个投入控制器中的任意一个识别的刈幅命令，使得投入控制器307在种子计量器530未进行播种时关闭作物投入，并且当种子计量器530进行播种时打开作物投入。
在投入控制器307包括刈幅控制器并且每个行单元包括两个种子计量器530和相关联的驱动模块300a、300b的实施例中，第一驱动模块300a优选接收来自行总线250的信号(优选是由单行控制模块202或者第二驱动模块300b生成)，该信号指示第二驱动模块是否命令其相关联的种子计量器530进行播种。然后第一驱动模块300a确定第一驱动模块300a或300b是否命令种子计量器530中的任意一个进行播种。如果驱动模块300a、300b都没有命令种子计量器进行播种，则第一驱动模块300a优选经由线311向投入控制器307发送第一信号。投入控制器307优选配置成在接收到第一信号时(例如，通过关闭阀门)关闭作物投入。如果驱动模块300a、300b中的任意一个命令任意一个种子计量器进行播种，则第一驱动模块300a优选向投入控制器307发送第二信号(或者在一些实施例中是未发送信号)，使得投入控制器不会关闭作物投入。
在投入控制器307包括配置成修改干式或液态作物投入的施用率的速率控制器的实施例中，监测器110(和/或中央处理器120)优选确定所需的作物投入施用率并将相应的信号传输到投入控制器。
转至图23-25，示出了计量组件2300的另一个实施例。驱动组件2300优选包括下收集部2390，在下收集部2390中，从收集部2390的垂直上方的料斗(未示出)聚集固体材料(例如，粒状或粉末状作物投入材料，诸如化学品，杀虫剂，除草剂，杀真菌剂或肥料)。计量轮2350设置在收集部2390的底部。计量轮2350包括多个径向隔开的凹腔2353，每个凹腔2353开口朝向计量轮2350的外周边。罩2310垂直设置在收集部2390内的收集轮2350上方。罩2310包括开口2315，用于允许材料通过重力落入计量轮2350的凹腔2353的开口端中。罩2310中的开口2315的尺寸优选是设置成当计量轮旋转通过收集区域时，将至少一个整个凹腔2353(例如，在图23的视图中)暴露于收集区域中的聚集的材料。
在图25和图26A、26B和27A-27C所示的一个实施例中，计量轮2350由配合在一起的第一部分2350-1和第二部分2350-2组合而成。它们可以通过任何适当的配合结构配合。在一个实施例中，第一部分2350-1和第二部分2350-2为卡扣配合。
在操作中，优选驱动计量轮2350进行旋转(例如，在图24的视图中的顺时针方向)使得当凹腔旋转通过材料时通过凹腔2353从收集区域聚集材料，材料被凹腔沿向前的旋转方向携带，以便当机具(例如，播种机)向前(例如，向图24的视图中的右侧)输送计量组件2300时通过排出口2360进行沉积(例如，允许通过重力从凹腔落下)。从排出口2360落下的材料可以通过将材料引导至土壤(例如，至播种沟中)的管或其它结构进行输送。计量轮2350优选是由电动驱动电机2380驱动，该电动驱动电机2380能够与用于在操作期间接收变化的驱动速率命令(例如，每分钟转数，每英亩施用量)的单行模块202、多行控制模块200、中央处理器120和/或监测器110进行数据通信。
参照图25、28A和28B，罩2310的内侧壁2312优选延伸至低于计量轮的周向边缘2359-1和2359-2的上端，这样一来，当计量轮相对于罩2310旋转的时，通过开口2315引入计量轮2350的凹腔2353中的材料被保留并且防止其进入与计量轮2350相邻的区域(例如，图25的视图中的计量轮2350的右侧或左侧)。
参照图24、26A和28B，当计量轮2350的每个凹腔2353旋转经过开口2315时，会收集到足够的材料以填充凹腔2353。为了有助于在计量轮旋转时收集并保留足够量的材料在每个凹腔2353中，每个凹腔2353可以具有向前弯曲的后表面2354(相对于向前的旋转方向)。在旋转经过开口2315之后，凹腔2353优选穿过罩2310的清洁表面2314下方，当凹腔2353在清洁表面2314下旋转时，清洁表面2314优选从凹腔2353移除多余的材料。表面2314优选设置在距离计量轮2350的旋转轴径向距离处，该距离略大于计量轮2350的半径。表面2314优选为弓形，并且优选具有与计量轮2350的外半径的曲率相对应(例如，半径相等)的曲率。当每个凹腔2353接近排出口2360，材料优选通过在重力的影响下沿着凹腔2353的前表面2352滑动而经开口端离开凹腔2353。凹腔2353的前表面2352优选具有相对于从计量轮2350的中心轴延伸到凹腔2353的底部的线的前掠取向(例如，介于20度和60度之间的一个角度，诸如30度或45度)，这样一来，当计量组件2300相对于重力水平布置时(例如，当机具正在横穿没有向上或向下的斜坡的平坦表面时)，材料从凹腔的释放开始于3点钟位置的逆时针方向(例如，在1:30或2点的位置)，并且使得当计量组件2300设置在向后倾斜(即，计量组件的前端向上倾斜的)的位置时，诸如当机具攀爬斜坡表面时，在凹腔经过排出口2360之前材料从凹腔的释放已成功完成。应当理解，在计量轮2350以相对较高的速度旋转的高施用率下，凹腔2353的前表面2352的前掠形取向同样允许成功清空凹腔。
本文所描述的处于电连通中的组件可以通过任何合适的装置或包括无线通信装置(例如，无线电发射器和接收器)的装置进行数据通信(例如，能够传送包括模拟和/或数字信号的信息)。
以上描述是为了使本领域技术人员能够实现和使用本发明而呈现的，并且是在专利申请案及其要求的上下文中提供。对本领域技术人员而言，对本文所描述的装置的优选实施例、以及***和方法的一般原理和特征的各种修改将是显而易见的。因此，本发明不限于以上所描述的以及附图所示出的设备、***和方法的实施例，而是应被赋予与所附权利要求的精神和范围相一致的最广范围。

Claims (16)

1.一种用于计量固体的计量组件，包括：
计量轮，所述计量轮设置成围绕中心轴沿向前的旋转方向旋转，所述计量轮具有多个围绕所述计量轮的外周边表面径向隔开的凹腔，所述多个凹腔中的每一个在所述计量轮的所述外周边表面具有开口端，所述多个凹腔中的每一个具有前表面和相对于所述向前的旋转方向的后表面，所述前表面具有前掠取向，并且所述后表面具有向前弯曲部。
2.如权利要求1所述的计量组件，其特征在于，所述计量轮进一步包括周向边缘，所述周向边缘延伸的径向距离大于到所述多个凹腔的所述开口端的径向距离。
3.如权利要求1所述的计量组件，其特征在于，所述计量轮包括两个部分。
4.如权利要求1所述的计量组件，进一步包括：
收集部；和
罩，所述罩设置在所述收集部下方并且具有内侧壁，所述内侧壁限定了用于将所述固体从所述收集部输送到所述计量轮的开口。
5.如权利要求4所述的计量组件，其特征在于，所述计量轮进一步包括周向边缘，所述周向边缘延伸的径向距离大于到所述多个凹腔的所述开口端的径向距离，并且所述内侧壁延伸至所述周向边缘下方。
6.如权利要求4所述的计量组件，其特征在于，所述罩进一步包括清洁表面，所述清洁表面设置成当所述计量轮在所述罩下方旋转时从所述计量轮移除多余材料。
7.如权利要求1所述的计量组件，进一步包括用于旋转驱动所述计量轮的驱动器。
8.如权利要求1所述的计量组件，其特征在于，所述固体是粒状或者粉末状的。
9.如权利要求1所述的计量组件，其特征在于，所述固体是肥料、杀虫剂、杀真菌剂和除草剂中的至少一种。
10.一种用于计量固体的计量组件，包括：
计量轮，所述计量轮具有多个围绕外周边表面径向隔开的凹腔，所述多个凹腔中的每一个在所述外周边表面具有开口端，所述计量轮设置成围绕中心轴沿向前的旋转方向旋转；
收集部，当所述计量轮旋转时，所述收集部与所述计量轮的所述外周边表面的一部分连通；和
罩，所述罩设置在所述计量轮上方，所述罩具有内侧壁，所述内侧壁限定了开口，当所述计量轮旋转时，收集在所述收集部中的固体通过所述开口进入所述多个凹腔的所述开口端中的至少一个。
11.如权利要求10所述的计量组件，其特征在于，所述罩进一步包括清洁表面，所述清洁表面设置成当所述计量轮在所述清洁表面下方旋转时从所述计量轮移除多余材料。
12.如权利要求10所述的计量组件，其特征在于，所述计量轮进一步包括周向边缘，所述周向边缘延伸的径向距离大于到所述多个凹腔的所述开口端的径向距离。
13.如权利要求12所述的计量组件，其特征在于，所述内侧壁延伸至所述周向边缘的下方。
14.如权利要求10所述的计量组件，其特征在于，所述计量轮包括两个部分。
15.如权利要求10所述的计量组件，其特征在于，所述固体是粒状或者粉末状的。
16.如权利要求10所述的计量组件，其特征在于，所述固体是肥料、杀虫剂、杀真菌剂和除草剂中的至少一种。
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