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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