CN109931997A - 一种排种流量检测***及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种排种流量检测***及检测方法，包括种流重构结构、信号处理模块和光电传感器；所述种流重构结构位于播种器出料口，用于使种子按规则落料；所述光电传感器用于测量种子是否从所述种流重构结构出口落料，所述信号处理模块用于将采样到的所述光电传感器的输入信号转化为落种粒数。所述种流重构结构包括离散板和检测通道；所述种流重构结构出口设有若干检测通道，所述种流重构结构内部设有离散板，使种子均匀分散进入任一所述检测通道内；每个所述检测通道内均安装光电传感器。本发明可以将连续、密集状态的种子流分散为种子单体，并均匀地落入各检测子通道中，降低因种子重叠导致的检测误差。

Description

一种排种流量检测***及检测方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域或者农业电气化与信息化技术领域，特别涉及一种排种流量检测***及检测方法。

背景技术

传统播种机由地轮通过链传动驱动排种轴，实际工况下，由于土壤泥泞，残茬覆盖率高等原因，伴随有地轮滑移现象，造成重播、漏播。针对上述问题，一些农业机械领域的研究者提出了播量智能调控的方法，基于实时反馈的排种流量，控制实际播量不断接近预设值，消除重播、漏播，降低单位距离内播量变异系数。其保证反馈精度的关键在于研发出适应种子颗粒检测的高精度传感器。此外，排种流量传感器还可结合地理位置信息***，生成播量处方图，辅助后续灌溉、追肥、收获等农艺作业决策。

当前，用于排种流量检测的传感器主要包含以下三种：压电式、电容式及光电式。压电式传感器抗尘性好，但种子与压电薄膜撞击后可能造成回弹，导致同一种子多次检测；电容式传感器对种子粒数敏感，可有效判别种子的重播与漏播，然而其初始值会随着温度而变化，造成监测误差。

光电传感器因其反应灵敏，成本低廉，而得到了广泛应用；当光束被种子阻隔，传感器输出信号发生变化。针对播种方式为单粒精播的大籽粒作物，如：玉米、蚕豆等，检测准确率较高；而对于小麦、水稻等条播谷物，其动力学形态为连续、密集颗粒流，在检测位置常发生重叠现象，对精确检测造成困难，常规监测传感器只可用于种流断条报警，少数带有流量检测功能的传感器存在无法监测重叠种子等缺陷，无法适用于对反馈精度要求严格的智能播种监控***。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了种排种流量检测***及检测方法，可以解决排种流量精准检测的问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种排种流量检测***，包括种流重构结构、信号处理模块和光电传感器；所述种流重构结构位于播种器出料口，用于使种子按规则落料；所述光电传感器用于测量种子是否从所述种流重构结构出口落料，所述信号处理模块用于将采样到的所述光电传感器的输入信号转化为落种粒数。

进一步，所述种流重构结构包括离散板和检测通道；所述种流重构结构出口设有若干检测通道，所述种流重构结构内部设有离散板，使种子均匀分散进入任一所述检测通道内；每个所述检测通道内均安装光电传感器。

进一步，所述离散板包括前离散板和后离散板，所述种流重构结构内部按照种子的流向依次设有前离散板和后离散板；所述前离散板与后离散板表面均为圆弧状。

进一步，所述前离散板的圆弧半径为60-75mm，所述前离散板的圆弧轴线与水平面的锐角夹角为45-70度。

进一步，所述后离散板的圆弧半径为75-100mm，所述后离散板的圆弧轴线与水平面的锐角夹角45-75度。

进一步，所述信号处理模块包括信号扫描模块、粒数识别模块、粒数累加模块和通讯模块；

所述信号扫描模块依次扫描若干所述检测通道内的光电传感器，并且统计若干检测通道内的光电传感器的输出信号次数；

所述粒数识别模块根据若干所述检测通道内的光电传感器的输出信号次数和若干所述检测通道内的光电传感器是否输出信号，逻辑判断和计算若干检测通道内的颗粒累计值；

通过粒数累加模块计算若干检测通道内的颗粒累计值求和，通过通讯模块将颗粒累计值求和值输送到显示装置。

一种排种流量检测方法，包括如下步骤：

在第s次扫描中，所述信号扫描模块依次扫描若干所述检测通道内的光电传感器是否输出信号，并且统计第i检测通道内的光电传感器的输出信号次数；

所述粒数识别模块根据第s次扫描中第i检测通道内的光电传感器的输出信号次数和第s次扫描中第i检测通道内的光电传感器是否输出信号，逻辑判断和计算第s次扫描中第i检测通道内的颗粒累计值；

当扫描完成后，通过粒数累加模块将第s次扫描中第i检测通道内的颗粒累计值求和。

进一步，统计第i检测通道内的光电传感器的输出信号次数，具体为：

在第s次扫描中，所述信号扫描模块依次扫描若干所述检测通道内的光电传感器的输出端，当第i检测通道有种子阻挡光线传输，则第i检测通道内的光电传感器的输出信号，对应通道的遮挡次数T_i ^s加1；当第i检测通道无种子遮挡光线，则第i检测通道内的光电传感器的无信号输出，对应通道的遮挡次数T_i ^s保持不变，即：

式中：OP_i ^s为第s次扫描中，第i检测通道的输出状态，low为无信号，high为有信号；T_i ^s为第s次扫描中，第i检测通道的遮挡次数。

进一步，所述粒数识别模块根据第s次扫描中第i检测通道内的遮挡次数T_i ^s和第s次扫描中第i检测通道内的光电传感器是否输出信号，逻辑判断和计算第s次扫描中第i检测通道内的颗粒累计值，具体如下：

式中：T_i ^s为第s次扫描中，第i检测通道的遮挡次数；

为第s次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

为第s-1次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

T_s为颗粒计数阈值。

进一步，通过粒数累加模块将第s次扫描中第i检测通道内的颗粒累计值求和，具体为：

式中：为第s次扫描中各通道颗粒累加值；

为第s次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

N为检测通道序号最大值。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的排种流量检测***，通过布置的前离散板、后离散板结构可以将连续、密集状态的种子流分散为种子单体，并均匀地落入各检测子通道中，降低因种子重叠导致的检测误差。

2.本发明所述的排种流量检测方法，通过遮挡时间判断下落种子的个数，减少由于多粒种子无间隔下落只累加一次而出现的漏测现象，提升在大流量排种条件下的检测精度。

附图说明

图1为本发明所述的排种流量检测***安装示意图。

图2为本发明所述的前离散板、后离散板结构示意图。

图3为本发明所述的播种机排种流量检测方法控制原理图。

图4为本发明所述的播种机排种流量检测方法流程图。

图中：

1-种流重构结构；11-入种上口；12-前离散板；13-后离散板；14-检测通道；15-信号处理模块；151-信号扫描模块；152-粒数识别模块；153-粒数累加模块；154-通讯模块；16-光电传感器接收端；17-光电传感器发射端；18-排种口；2-排种器；3-种子；4-光线；5-排种管。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的排种流量检测***，包括种流重构结构1、信号处理模块15和光电传感器；所述种流重构结构1位于排种器2出料口，用于使种子按规则落料；所述光电传感器用于测量种子是否从所述种流重构结构出口落料，所述信号处理模块15用于将采样到的所述光电传感器的输入信号转化为落种粒数。所述种流重构结构1包括离散板和检测通道14；所述种流重构结构出口设有若干检测通道14，所述种流重构结构内部设有离散板，使种子均匀分散进入任一所述检测通道内；每个所述检测通道14内均安装光电传感器接收端16和光电传感器发射端17。所述离散板包括前离散板12和后离散板13，所述种流重构结构1内部按照种子的流向依次设有前离散板12和后离散板13，由于种子的流向依次碰撞前离散板12和后离散板13，因此前离散板12和后离散板13一般交错分布；所述前离散板12与后离散板13表面均为圆弧状，可将种子3均匀分散至宽度相等的检测通道14。入种上口11为种流重构结构1的进口，种子3由入种上口11进入所述种流重构结构1；光电传感器发射端17射出光线4，如果没有种子3阻挡光线4，则光电传感器接收端16接收到光线，其输出为低电平，如果光线4被种子3遮挡，光电传感器接收端16则输出高电平，信号处理模块15对各沟道进行循环扫描，并将扫描结果转化为落种颗粒数，当到达扫描次数时，将检测到的落种粒数上传至显示装置。

如图2所示，所述前离散板12和后离散板13均为圆弧形板状结构，通过离散元仿真试验对所述离散板关键结构参数进行优化，其优化方法为四因素响应面优化试验，所述四个影响因素分别为：前离散板12的圆弧半径与倾角，后离散板13的圆弧半径与倾角；初始时前、后离散板半径范围分别为20至100毫米、60至200毫米，超出上述半径范围对离散效果影响不显著，故选择上述区间对前、后离散板进行优化；初始的前、后离散板倾角分别为90至180度、0至90度，若离散板倾角超出上述范围则无法与种子充分接触；图中RF为前离散板12的最优半径范围，结果为60至75毫米，IF为前离散板12的圆弧轴线与水平方向夹角的最优范围，结果为45至70度，后离散板13半径RR最优取值区间为75至120毫米，后离散板13的的圆弧轴线与水平方向倾角IR最优取值区间为45至75度。图2所示，所述前离散板12的圆弧半径为60-75mm，所述前离散板12的圆弧轴线与水平面的锐角夹角为45-70度。所述后离散板13的圆弧半径为75-100mm，所述后离散板13的圆弧轴线与水平面的锐角夹角45-75度。

如图3所示，所述信号处理模块15包括信号扫描模块151、粒数识别模块152、粒数累加模块153和通讯模块154；所述信号扫描模块151依次扫描若干所述检测通道14内的光电传感器，并且统计若干检测通道14内的光电传感器的输出信号次数；所述粒数识别模块152根据若干所述检测通道14内的光电传感器的输出信号次数和若干所述检测通道14内的光电传感器是否输出信号，逻辑判断和计算若干检测通道14内的颗粒累计值；通过粒数累加模块153计算若干检测通道14内的颗粒累计值求和，通过通讯模块154将颗粒累计值求和值输送到显示装置。所述通讯模块154与显示装置的传输方式为2.4GHz无线通讯。

如图4所示，本发明所述的排种流量检测方法，包括如下步骤：

S01：在第s次扫描中，所述信号扫描模块151依次扫描若干所述检测通道14内的光电传感器是否输出信号，并且统计第i检测通道14内的光电传感器的输出信号次数，具体为：

在第s次扫描中，所述信号扫描模块151依次扫描若干所述检测通道14内的光电传感器的输出端，当第i检测通道14有种子阻挡光线传输，则第i检测通道14内的光电传感器的输出信号，对应通道的遮挡次数T_i ^s加1；当第i检测通道14无种子遮挡光线，则第i检测通道14内的光电传感器的无信号输出，对应通道的遮挡次数T_i ^s保持不变，即：

式中：OP_i ^s为第s次扫描中，第i检测通道的输出状态，low为无信号，high为有信号；T_i ^s为第s次扫描中，第i检测通道的遮挡次数。

S02：所述粒数识别模块152根据第s次扫描中第i检测通道14内的光电传感器的输出信号次数和第s次扫描中第i检测通道14内的光电传感器是否输出信号，逻辑判断和计算第s次扫描中第i检测通道14内的颗粒累计值；具体如下：

式中：T_i ^s为第s次扫描中，第i检测通道的遮挡次数；

为第s次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

为第s-1次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

T_s为颗粒计数阈值，颗粒计数阈值T_s为2。

待所述粒数识别模块152在第s次扫描中判定完成之后，当OP_i ^s＝low时，将遮挡计数值T_i ^s清0；当OP_i ^s＝high时，T_i ^s不清0；等待下次扫描时重新启用。

S03：如果当前扫描通道序号i小于所述检测通道总数N，则扫描第i+1号检测通道，否则返回第1号检测通道，开始下一次循环扫描；

S04：当扫描完成后，即s大于设定的SP值，通过粒数累加模块153将第s次扫描中第i检测通道14内的颗粒累计值求和。具体为：

式中：为第s次扫描中各通道颗粒累加值；

为第s次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

N为检测通道序号最大值。

具体实施例1：此实施例装置长、宽、高分别为103、100以及118毫米，入种上口11直径为38毫米，入种上口11与水平方向倾角为60度。前离散板12半径为69.8毫米；前离散板12的圆弧轴线与水平方向倾角为54.87度。后离散板13半径为85.39毫米，后离散板13的圆弧轴线与水平方向倾角为55.61度，检测子通道个数为11，各宽度均为7毫米；经验证试验，其检测精度如下：当排种流量约为50粒/秒，试验时间为5秒时，重复三次，其检测准确率分别为：98.79％，95.02％，97.81％；当排种流量流量为75粒/秒，试验时间为5秒，重复三次，其检测准确率分别为：95.56％，95.97％，98.77％；当排种流量流量为100粒/秒，试验时间为5秒，重复三次，其检测准确率分别为：96.59％，97.94％，99.81％；当排种流量流量为125粒/秒，试验时间为5秒，重复三次，其检测准确率分别为：99.96％，99.78％，99.71％；当排种流量流量为185粒/秒，试验时间为5秒，重复三次，其检测准确率分别为：95.63％，99.66％，99.31％；

当实施例的前离散板12半径为20mm，前离散板12的圆弧轴线与水平倾角为50度；后离散板半径为66.5mm，后离散板13的圆弧轴线与水平方向倾角为45度时，进行仿真分析，若两种子同时落入同一沟道，或单粒种子落入与检测光线宽度相同的网格时间小于一个检测周期即2.65ms，则认为种子未检测到。其检测精度如下：当排种流量约为50粒/秒，试验时间为5秒时，重复三次，其检测准确率分别为：87.71％，85.62％，87.17％；当排种流量流量为75粒/秒，试验时间为5秒，重复三次，其检测准确率分别为：81.90％，75.55％，78.17％；当排种流量流量为100粒/秒，试验时间为5秒，重复三次，其检测准确率分别为：76.55％，77.43％，79.27％；当排种流量流量为125粒/秒，试验时间为5秒，重复三次，其检测准确率分别为：70.16％，74.89％，79.14％；当排种流量流量为185粒/秒，试验时间为5秒，重复三次，其检测准确率分别为：75.93％，70.16％，71.59％；因此所述前离散板12的圆弧半径为60-75mm，所述前离散板12的圆弧轴线与水平面的锐角夹角为45-70度。所述后离散板13的圆弧半径为75-100mm，所述后离散板13的圆弧轴线与水平面的锐角夹角45-75度。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种排种流量检测***，其特征在于，包括种流重构结构(1)、信号处理模块(15)和光电传感器；所述种流重构结构(1)位于排种器(2)出料口，用于使种子按规则落料；所述光电传感器用于测量种子是否从所述种流重构结构出口落料，所述信号处理模块(15)用于将采样到的所述光电传感器的输入信号转化为落种粒数。

2.根据权利要求1所述的排种流量检测***，其特征在于，所述种流重构结构包括离散板和检测通道(14)；所述种流重构结构出口设有若干检测通道(14)，所述种流重构结构内部设有离散板，使种子均匀分散进入任一所述检测通道内；每个所述检测通道(14)内均安装光电传感器。

3.根据权利要求2所述的排种流量检测***，其特征在于，所述离散板包括前离散板(12)和后离散板(13)，所述种流重构结构内部按照种子的流向依次设有前离散板(12)和后离散板(13)；所述前离散板(12)与后离散板(13)表面均为圆弧状。

4.根据权利要求3所述的排种流量检测***，其特征在于，所述前离散板(12)的圆弧半径为60-75mm，所述前离散板(12)的圆弧轴线与水平面的锐角夹角为45-70度。

5.根据权利要求3所述的排种流量检测***，其特征在于，所述后离散板(13)的圆弧半径为75-100mm，所述后离散板(13)的圆弧轴线与水平面的锐角夹角45-75度。

6.根据权利要求2所述的排种流量检测***，其特征在于，所述信号处理模块(15)包括信号扫描模块(151)、粒数识别模块(152)、粒数累加模块(153)和通讯模块(154)；

所述信号扫描模块(151)依次扫描若干所述检测通道(14)内的光电传感器，并且统计若干检测通道(14)内的光电传感器的输出信号次数；

所述粒数识别模块(152)根据若干所述检测通道(14)内的光电传感器的输出信号次数和若干所述检测通道(14)内的光电传感器是否输出信号，逻辑判断和计算若干检测通道(14)内的颗粒累计值；

通过粒数累加模块(153)计算若干检测通道(14)内的颗粒累计值求和，通过通讯模块(154)将颗粒累计值求和值输送到显示装置。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的排种流量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

在第s次扫描中，所述信号扫描模块(151)依次扫描若干所述检测通道(14)内的光电传感器是否输出信号，并且统计第i检测通道(14)内的光电传感器的输出信号次数；

所述粒数识别模块(152)根据第s次扫描中第i检测通道(14)内的光电传感器的输出信号次数和第s次扫描中第i检测通道(14)内的光电传感器是否输出信号，逻辑判断和计算第s次扫描中第i检测通道(14)内的颗粒累计值；

当扫描完成后，通过粒数累加模块(153)将第s次扫描中第i检测通道(14)内的颗粒累计值求和。

8.根据权利要求7所述的排种流量检测方法，其特征在于，统计第i检测通道(14)内的光电传感器的输出信号次数，具体为：

在第s次扫描中，所述信号扫描模块(151)依次扫描若干所述检测通道(14)内的光电传感器的输出端，当第i检测通道(14)有种子阻挡光线传输，则第i检测通道(14)内的光电传感器的输出信号，对应通道的遮挡次数T_i ^s加1；当第i检测通道(14)无种子遮挡光线，则第i检测通道(14)内的光电传感器的无信号输出，对应通道的遮挡次数T_i ^s保持不变，即：

式中：为第s次扫描中，第i检测通道的输出状态，low为无信号，high为有信号；

T_i ^s为第s次扫描中，第i检测通道的遮挡次数。

9.根据权利要求8所述的排种流量检测方法，其特征在于，所述粒数识别模块(152)根据第s次扫描中第i检测通道(14)内的遮挡次数T_i ^s和第s次扫描中第i检测通道(14)内的光电传感器是否输出信号，逻辑判断和计算第s次扫描中第i检测通道(14)内的颗粒累计值，具体如下：

式中：T_i ^s为第s次扫描中，第i检测通道的遮挡次数；

为第s次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

为第s-1次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

T_s为颗粒计数阈值。

10.根据权利要求9所述的排种流量检测方法，其特征在于，通过粒数累加模块(153)将第s次扫描中第i检测通道(14)内的颗粒累计值求和，具体为：

式中：为第s次扫描中各通道颗粒累加值；

为第s次扫描中，第i检测通道的颗粒累计值；

N为检测通道序号最大值。