CN109548472A - 基于can总线的玉米收获摘穗损失控制***及控制方法 - Google Patents
基于can总线的玉米收获摘穗损失控制***及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***及控制方法。该***包括CAN总线、传感器单元、扶手箱总成、显示器、主控制器、液压控制元件和液压执行机构；液压执行机构包括拉茎辊转速控制液压马达、车速控制液压马达和割台高度控制液压缸；液压控制元件包括拉茎辊转速控制电磁阀、车速控制电磁阀、车速控制变量泵和割台高度控制电磁阀；传感器单元包括摘穗损失传感器、拉茎辊转速传感器、车速传感器和割台高度传感器。本发明控制器根据机器运行状况及作物状态做出决策，实时调节拉茎辊转速、割台高度以及作业速度，以提高玉米收获机的收获质量和作业效率。
Description
技术领域
本发明属于农业自动化领域，具体涉及一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***及控制方法。
背景技术
玉米收获机作为玉米收获的主要机械，其工作性能直接影响了作业效率和收获质量。玉米摘穗收获是一个受土壤、谷物状态变化影响的过程，玉米收获机工作参数相互影响。拉茎辊转速、割台高度等需与作业速度相适应，合理匹配拉茎辊转速与作业速度有利于提高摘穗质量，避免割台堵塞、漏穗、断穗等现象发生。实时调节作业参数到最优范围内有利于提高玉米收获机的收获质量。目前，国内外对玉米收获机的控制对象主要为作业速度、割茬高度、脱粒滚筒转速等，各参数基本独立处理，彼此联系不密切，且玉米收获机割台的拉茎辊转速不能实时调节，存在断穗、漏穗、断茎杆多等问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***与控制方法。该***不仅能控制玉米收获机完成传统的手动作业操作，还可以对玉米果穗收获进行智能化控制，在收获过程中，控制器根据机器运行状况及作物状态做出决策，实时调节拉茎辊转速、割台高度以及作业速度，以提高玉米收获机的收获质量和作业效率。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***，应用于玉米收获机中，所述玉米收获机包括割台50、发动机60和变速箱61，所述割台50包括拉茎辊51、分禾器52和搅龙53。该玉米收获摘穗损失控制***包括CAN总线、传感器单元10、扶手箱总成15、显示器16、主控制器20、液压控制元件30和液压执行机构40。
所述液压执行机构40包括拉茎辊转速控制液压马达41、车速控制液压马达42和割台高度控制液压缸43；所述拉茎辊转速控制液压马达41与玉米收获机的拉茎辊51连接，用于控制拉茎辊51的转速；所述车速控制液压马达42与玉米收获机的变速箱61连接，用于控制变速箱61的输出转速；所述割台高度控制液压缸43与玉米收获机的割台50连接，用于控制割台50的高度。
所述液压控制元件30包括用于控制拉茎辊转速控制液压马达41的拉茎辊转速控制电磁阀31、用于控制车速控制液压马达42的车速控制电磁阀32和车速控制变量泵33，以及用于控制割台高度控制液压缸43的割台高度控制电磁阀34。
所述传感器单元10包括摘穗损失传感器11、拉茎辊转速传感器12、车速传感器13和割台高度传感器14。
其中，所述摘穗损失传感器11设置于搅龙53输入口上方；摘穗损失传感器11通过图像法采集断穗信息，进而获得玉米收获过程中的摘穗损失率，并经CAN总线，通过主控制器20的CAN通讯端口向主控制器20传输数据。
所述拉茎辊转速传感器12设置在拉茎辊转速控制液压马达41处，检测拉茎辊转速控制液压马达41的转速，进而获得拉茎辊51的转速。
所述车速传感器13设置在变速箱61上，用于检测行驶车速。
所述割台高度传感器14设置在割台50的分禾器52的底面，用于检测割台50离地高度。
所述拉茎辊转速传感器12和车速传感器13通过主控制器20的脉冲信号输入口向主控制器20传输数据；所述割台高度传感器14通过主控制器20的模拟信号输入口向主控制器20传输数据。
所述主控制器20的输出端口分别与拉茎辊转速控制电磁阀31、车速控制电磁阀32和割台高度控制电磁阀34连接。
所述扶手箱总成15包括操纵手柄151、翘板开关152和按键板153；其中，所述翘板开关152与主控制器20电连接；所述操纵手柄151、按键板153和显示器16通过CAN总线与主控制器20的CAN通讯端口连接通讯。
所述玉米收获摘穗损失控制***包括6个CAN节点，分别为：主控制器20、显示器16、操纵手柄151、按键板153、摘穗损失传感器11和发动机60。
所述主控制器20通过CAN总线获取发动机60的转速信息、按键板153和操纵手柄151的操纵指令，以及摘穗损失传感器11的摘穗损失率数据，并将获取的数据发送至显示器16显示。
所述摘穗损失传感器11包括工业摄像头、图像处理器和TTL转CAN模块，工业摄像头实时采集玉米收获机在收获区域作业时的玉米果穗图像，通过图像处理器判定各果穗图像中的断穗与未断穗，统计出摘穗损失率，然后通过TTL转CAN模块将摘穗损失率数据传输到主控制器20。
一种利用所述的基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***的玉米收获摘穗损失控制方法，该控制方法包括如下具体步骤：
(1)割台高度传感器14实时采集割台50当前距离地面的高度信息，拉茎辊转速传感器12实时采集拉茎辊51的当前转速信息，车速传感器13实时采集车速信息，并将所述割台高度信息、拉茎辊转速信息和车速信息发送至主控制器20；摘穗损失传感器11采集获取断穗信息，得到摘穗损失率，通过CAN总线传递给主控制器20。
(2)主控制器20根据割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率，比对摘穗损失当量值，利用设定的摘穗损失控制策略做出决策，向拉茎辊转速控制电磁阀31、车速控制电磁阀32和割台高度控制电磁阀34发出控制信号。
(3)拉茎辊转速控制电磁阀31根据所述控制信号控制拉茎辊转速控制液压马达41调控拉茎辊51的转速；割台高度控制电磁阀34根据所述控制信号控制割台高度控制液压缸43调控割台50的高度；车速控制电磁阀32根据所述控制信号控制车速控制液压马达42调控作业速度，最终实现摘穗损失自适应调控。
所述控制方法进一步包括断茎秆控制步骤，驾驶员根据玉米收获过程中断茎秆的情况，通过手动操纵翘板开关152，控制拉茎辊转速以减少断茎秆。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的控制***具有手动收获和自动收获功能，能够根据用户的需求随时调整作业模式，操作方便灵活、工作可靠。
(2)本发明的控制***采用CAN总线集成技术，基于CAN总线，集成玉米收获质量参数在线检测与传感信息处理、故障诊断***，保证了控制***信息传输的实时性和可靠性。
(3)本发明的拉茎辊转速可通过电磁阀调节，收获过程中可根据断穗、漏穗和断茎杆的情况，随时调节拉茎辊转速以降低摘穗损失。
(4)本发明减轻了驾驶员的劳动强度，可根据环境的变化及时对工作部件做出调整，实现玉米收获机在摘穗过程中的多参数自适应调控，达到减小摘穗损失、提高作业质量的目的。
附图说明
图1为基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***的组成示意图；
图2为基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***的安装位置示意图；
图3为扶手箱总成15结构示意图；
图4为基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***的网络拓扑结构图。
其中的附图标记为：
10传感器单元 11摘穗损失传感器
12拉茎辊转速传感器 13车速传感器
14割台高度传感器 15扶手箱总成
16显示器 20主控制器
30液压控制元件 31拉茎辊转速控制电磁阀
32车速控制电磁阀 33车速控制变量泵
34割台高度控制电磁阀 40液压执行机构
41拉茎辊转速控制液压马达 42车速控制液压马达
43割台高度控制液压缸 50割台
51拉茎辊 52分禾器
53搅龙 60发动机
61变速箱 151操纵手柄
152翘板开关 153按键板
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
玉米收获机包括驾驶室、割台50、发动机60和变速箱61，所述割台50包括拉茎辊51、分禾器52和搅龙53。
如图1和图2所示，一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***，包括CAN总线、传感器单元10、扶手箱总成15、显示器16、主控制器20、液压控制元件30和液压执行机构40。
所述液压执行机构40包括拉茎辊转速控制液压马达41、车速控制液压马达42和割台高度控制液压缸43；所述拉茎辊转速控制液压马达41与玉米收获机的拉茎辊51连接，用于控制拉茎辊51的转速；所述车速控制液压马达42与玉米收获机的变速箱61连接，用于控制变速箱61的输出转速；所述割台高度控制液压缸43与玉米收获机的割台50连接，用于控制割台50的高度。
所述液压控制元件30包括用于控制拉茎辊转速控制液压马达41的拉茎辊转速控制电磁阀31、用于控制车速控制液压马达42的车速控制电磁阀32和车速控制变量泵33，以及用于控制割台高度控制液压缸43的割台高度控制电磁阀34。
所述传感器单元10包括摘穗损失传感器11、拉茎辊转速传感器12、车速传感器13和割台高度传感器14。
其中，所述摘穗损失传感器11设置于搅龙53输入口上方；摘穗损失传感器11通过图像法采集断穗信息，进而获得玉米收获过程中的摘穗损失率，并经CAN总线，通过主控制器20的CAN通讯端口向主控制器20传输数据。摘穗损失传感器11包括工业摄像头、图像处理器和TTL转CAN模块，工业摄像头实时采集玉米收获机在收获区域作业时的玉米果穗图像，通过图像处理器判定各果穗图像中的断穗与未断穗，统计出摘穗损失率，然后通过TTL转CAN模块将摘穗损失率数据传输到主控制器20。
所述拉茎辊转速传感器12设置在拉茎辊转速控制液压马达41处，检测拉茎辊转速控制液压马达41的转速，进而获得拉茎辊51的转速。
所述车速传感器13设置在变速箱61上，用于检测行驶车速。
所述割台高度传感器14设置在割台50的分禾器52的底面，用于检测割台50离地高度。
所述拉茎辊转速传感器12和车速传感器13通过主控制器20的脉冲信号输入口向主控制器20传输数据；所述割台高度传感器14通过主控制器20的模拟信号输入口向主控制器20传输数据。
所述主控制器20的输出端口分别与拉茎辊转速控制电磁阀31、车速控制电磁阀32和割台高度控制电磁阀34连接。拉茎辊转速控制电磁阀31根据主控制器20发送的电流信号控制拉茎辊转速控制液压马达41调控拉茎辊51的转速；车速控制电磁阀32根据主控制器20发送的电流信号改变阀口开度，进而改变车速控制变量泵33的斜盘倾角，使得车速控制变量泵33输出不同的流量，控制车速控制液压马达42调控变速箱61的输出转速，进而控制玉米收获机的作业速度；割台高度控制电磁阀34接收主控制器20传输的电流信号控制割台高度控制液压缸43调控割台50的高度。
如图3所示，设置在玉米收获机的驾驶室内的所述扶手箱总成15包括操纵手柄151、翘板开关152和按键板153。
其中，所述操纵手柄151通过CAN总线与主控制器20的CAN通讯端口连接通讯，用于手动对玉米收获机的作业速度(包括前进、倒车、驻车、加速、减速)和割台高度进行控制。
所述翘板开关152与主控制器20电连接，用于手动对拉茎辊转速进行控制。
所述按键板153通过CAN总线与主控制器20的CAN通讯端口连接通讯，可进行驻车模式、道路模式和作业模式共三种行车模式，以及手动控制和自动控制两种收获模式的选择。
所述显示器16通过CAN总线与主控制器20的CAN通讯端口连接通讯。
如图4所示，所述玉米收获摘穗损失控制***采用CAN总线进行数据的采集和传输，该玉米收获摘穗损失控制***包括6个CAN节点，分别为：主控制器20、显示器16、操纵手柄151、按键板153、摘穗损失传感器11和发动机60。
所述主控制器20通过CAN总线获取发动机60的转速信息，判断当前发动机转速是否满足玉米收获作业条件。主控制器20通过CAN总线获取按键板153和操纵手柄151的操纵指令，进行模式选择以及作业速度和割台高度控制。主控制器20通过CAN总线获取摘穗损失传感器11的摘穗损失率数据。主控制器20将获取的数据(包括发动机转速、割台高度、拉茎辊转速、车速和摘穗损失率)发送至显示器16显示。
本发明提供一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制方法，能够实现玉米收获机在摘穗收获过程中的多参数自适应调控。该控制方法包括如下具体步骤：
1、割台高度传感器14实时采集割台50当前距离地面的高度信息，拉茎辊转速传感器12实时采集拉茎辊51的当前转速信息，车速传感器13实时采集车速信息，并将所述割台高度信息、拉茎辊转速信息和车速信息发送至主控制器20；摘穗损失传感器11采集获取断穗信息，得到摘穗损失率，通过CAN总线传递给主控制器20；
2、主控制器20根据割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率，比对摘穗损失当量值，利用设定的摘穗损失控制策略做出决策，向拉茎辊转速控制电磁阀31、车速控制电磁阀32和割台高度控制电磁阀34发出控制信号；
3、拉茎辊转速控制电磁阀31根据所述控制信号控制拉茎辊转速控制液压马达41调控拉茎辊51的转速；割台高度控制电磁阀34根据所述控制信号控制割台高度控制液压缸43调控割台50的高度；车速控制电磁阀32根据所述控制信号控制车速控制液压马达42调控作业速度，最终实现摘穗损失自适应调控。
所述摘穗损失当量值为预设的摘穗损失率的允许范围，且与摘穗损失传感器11的数据形式相同。
步骤2中所述摘穗损失控制策略为根据各传感器采集的数据，制定割台高度控制液压缸43、拉茎辊转速控制液压马达41以及车速控制液压马达42的相应动作，以最佳参数组合作业达到最小摘穗损失。
优选地，所述控制方法进一步包括断茎秆控制步骤，驾驶员根据玉米收获过程中断茎秆的情况，通过手动操纵翘板开关152，控制拉茎辊转速以减少断茎秆。
本发明的工作过程如下：
驾驶员可通过按键板153选择驻车模式、道路模式和作业模式共三种行车模式，以及手动控制和自动控制两种收获模式。
在道路模式和作业模式下，驾驶员能够通过扶手箱总成15的按键板153上的按键手动调节割台50升降和拉茎辊51转速，通过操纵手柄151手动调节车速；在作业模式下，若按下自动控制按键，所述玉米收获机将进行摘穗损失自适应调控；若在自动收获过程中触碰手动控制按键，控制***将退出自动控制模式，回到手动控制。
在自动控制过程中，利用割台高度传感器14实时采集割台50当前距离地面的高度信息，利用拉茎辊转速传感器12实时采集拉茎辊51当前转速信息，利用车速传感器13实时采集车速信息，并将所述割台高度信息、拉茎辊转速信息和车速信息发送至主控制器20，利用摘穗损失传感器11采集获取断穗信息，通过CAN总线传递给主控制器20；主控制器20根据割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率，比对摘穗损失当量值，利用设定的摘穗损失控制策略做出决策，发出控制信号，同时将割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率发送至显示器16显示。拉茎辊转速控制电磁阀31根据主控制器20发送的电流信号控制拉茎辊转速控制液压马达41调控拉茎辊51的转速；车速控制电磁阀32根据主控制器20发送的电流信号控制车速控制液压马达42调控变速箱61的输出转速，进而控制玉米收获机的作业速度；割台高度控制电磁阀34接收主控制器20传输的电流信号控制割台高度控制液压缸43调控割台50的高度，最终实现摘穗损失自适应调控。
断茎秆控制是依据驾驶员观察断茎秆获取信息，通过手动控制翘板开关152，控制拉茎辊转速以减少断茎秆。
Claims (5)
1.一种基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***，应用于玉米收获机中，所述玉米收获机包括割台(50)、发动机(60)和变速箱(61)，所述割台(50)包括拉茎辊(51)、分禾器(52)和搅龙(53)，其特征在于：该玉米收获摘穗损失控制***包括CAN总线、传感器单元(10)、扶手箱总成(15)、显示器(16)、主控制器(20)、液压控制元件(30)和液压执行机构(40)；
所述液压执行机构(40)包括拉茎辊转速控制液压马达(41)、车速控制液压马达(42)和割台高度控制液压缸(43)；所述拉茎辊转速控制液压马达(41)与玉米收获机的拉茎辊(51)连接，用于控制拉茎辊(51)的转速；所述车速控制液压马达(42)与玉米收获机的变速箱(61)连接，用于控制变速箱(61)的输出转速；所述割台高度控制液压缸(43)与玉米收获机的割台(50)连接，用于控制割台(50)的高度；
所述液压控制元件(30)包括用于控制拉茎辊转速控制液压马达(41)的拉茎辊转速控制电磁阀(31)、用于控制车速控制液压马达(42)的车速控制电磁阀(32)和车速控制变量泵(33)，以及用于控制割台高度控制液压缸(43)的割台高度控制电磁阀(34)；
所述传感器单元(10)包括摘穗损失传感器(11)、拉茎辊转速传感器(12)、车速传感器(13)和割台高度传感器(14)；
其中，所述摘穗损失传感器(11)设置于搅龙(53)输入口上方；摘穗损失传感器(11)通过图像法采集断穗信息，进而获得玉米收获过程中的摘穗损失率，并经CAN总线，通过主控制器(20)的CAN通讯端口向主控制器(20)传输数据；
所述拉茎辊转速传感器(12)设置在拉茎辊转速控制液压马达(41)处，检测拉茎辊转速控制液压马达(41)的转速，进而获得拉茎辊(51)的转速；
所述车速传感器(13)设置在变速箱(61)上，用于检测行驶车速；
所述割台高度传感器(14)设置在割台(50)的分禾器(52)的底面，用于检测割台(50)离地高度；
所述拉茎辊转速传感器(12)和车速传感器(13)通过主控制器(20)的脉冲信号输入口向主控制器(20)传输数据；所述割台高度传感器(14)通过主控制器(20)的模拟信号输入口向主控制器(20)传输数据；
所述主控制器(20)的输出端口分别与拉茎辊转速控制电磁阀(31)、车速控制电磁阀(32)和割台高度控制电磁阀(34)连接；
所述扶手箱总成(15)包括操纵手柄(151)、翘板开关(152)和按键板(153)；其中，所述翘板开关(152)与主控制器(20)电连接；所述操纵手柄(151)、按键板(153)和显示器(16)通过CAN总线与主控制器(20)的CAN通讯端口连接通讯。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***，其特征在于：所述玉米收获摘穗损失控制***包括(6)个CAN节点，分别为：主控制器(20)、显示器(16)、操纵手柄(151)、按键板(153)、摘穗损失传感器(11)和发动机(60)；
所述主控制器(20)通过CAN总线获取发动机(60)的转速信息、按键板(153)和操纵手柄(151)的操纵指令，以及摘穗损失传感器(11)的摘穗损失率数据，并将获取的数据发送至显示器(16)显示。
3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***，其特征在于：所述摘穗损失传感器(11)包括工业摄像头、图像处理器和TTL转CAN模块，工业摄像头实时采集玉米收获机在收获区域作业时的玉米果穗图像，通过图像处理器判定各果穗图像中的断穗与未断穗，统计出摘穗损失率，然后通过TTL转CAN模块将摘穗损失率数据传输到主控制器(20)。
4.一种利用权利要求1-3任意一项所述的基于CAN总线的玉米收获摘穗损失控制***的玉米收获摘穗损失控制方法，其特征在于：该控制方法包括如下具体步骤：
(1)割台高度传感器(14)实时采集割台(50)当前距离地面的高度信息，拉茎辊转速传感器(12)实时采集拉茎辊(51)的当前转速信息，车速传感器(13)实时采集车速信息，并将所述割台高度信息、拉茎辊转速信息和车速信息发送至主控制器(20)；摘穗损失传感器(11)采集获取断穗信息，得到摘穗损失率，通过CAN总线传递给主控制器(20)；
(2)主控制器(20)根据割台高度信息、拉茎辊转速信息、车速信息以及摘穗损失率，比对摘穗损失当量值，利用设定的摘穗损失控制策略做出决策，向拉茎辊转速控制电磁阀(31)、车速控制电磁阀(32)和割台高度控制电磁阀(34)发出控制信号；
(3)拉茎辊转速控制电磁阀(31)根据所述控制信号控制拉茎辊转速控制液压马达(41)调控拉茎辊(51)的转速；割台高度控制电磁阀(34)根据所述控制信号控制割台高度控制液压缸(43)调控割台(50)的高度；车速控制电磁阀(32)根据所述控制信号控制车速控制液压马达(42)调控作业速度，最终实现摘穗损失自适应调控。
5.根据权利要求4所述的玉米收获摘穗损失控制方法，其特征在于：所述控制方法进一步包括断茎秆控制步骤，驾驶员根据玉米收获过程中断茎秆的情况，通过手动操纵翘板开关(152)，控制拉茎辊转速以减少断茎秆。
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