一种全自动化的小区精量播种机及其控制方法

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一种全自动化的小区精量播种机及其控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种农业种植领域机械设备，特别是一种全自动化的小区精量播种机及其控制方法。\n背景技术\n[0002] 在农作物新品种培育过程中，经常需要大量的育种试验小区，实验小区的播种作业是整个育种试验过程中最重要的一个环节，就目前情况而言，国内大多数科研机构进行小区育种的过程都是采用人工播种，工作量很大，劳动强度高，且人工育种可能播种量及播种深度不均匀，直接影响到育种试验的效果；有些科研机构进行小区育种采用自己研发的小区播种机，其虽然能够实现小区播种的功能，但都为条播结构，只能简单的保证行距，而无法实现精量播种功能，既无法实现在小区内播种固定数量、固定株距的种子。\n[0003] 对于小区精量播种机的研发就是为了培育新品种和进行品种对比试验等田间实验而设计的，使用小区精量播种机进行播种，其播种量及播种深度可以均匀一致，提高了试验的准确性；小区精量播种机不同于普通的小区播种机，其有特殊的要求比如在规定的播种区域内，只能播种同一品种的种子，且必须保证株距、行距；在一个区域播种结束之后，必须对播种器内部的残留种子进行彻底清理，避免造成种子混杂；需要能够适用于不同类型的种子播种等，我们出发点就是要研制一款能够满足此类特殊需求的自动化程度较高的小区精量播种机。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种集成机电控制系统的全自动化的小区精量播种机，其实现了在设备前进的过程中通过简单的操作，即可完成不同区域精量播种的任务，该播种机自动化程度高，且能够保证株距、行距，操作时只需要人工将需要播种的种子放置于固定容器内后，其他的工作均由操控面板设置完成。\n[0005] 为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：本发明所述一种全自动化的小区精量播种机包括机架，安装于机架两侧的地轮，安装于机架上端的工作平台，固定于工作平台上方的供种装置，安装于机架上的电控装置及风机，固定连接于机架下端的播种机构，所述供种装置的下端通过排种管与播种机构连接，其特征在于：\n[0006] 所述供种装置包括安装于机架上的蜂窝轮式分种机构和弹夹式分种机构；所述蜂窝轮式分种机构下设独立的分种腔，每个分种腔均设有输种管接口，输种管接口通过输种管与连接于机架下端播种机构的排种器入种口连接；所述弹夹式分种机构包括种盒、用于驱动种盒运动的种盒驱动电机和用于回收种盒的种盒回收托盘，弹夹式分种机构的末端设有独立的下种腔，下种腔的下端设有输种管接口，输种管接口通过输种管与连接于机架下端播种机构的排种器入种口连接；\n[0007] 所述播种机构包括开沟器、排种器、排种电机、浮土镇压机构和清种收集盒；所述排种器包括无种腔、有种腔和排种圆盘；所述无种腔与有种腔之间由排种圆盘分开；所述排种圆盘上设有吸种孔；所述无种腔上设有无种腔吸气管接口，有种腔上设有排种器入种口和排种器清种口；所述排种器入种口处设置有落种口电控闸门；所述排种电机的动力输出端与排种圆盘中心固定连接，带动排种圆盘转动；所述清种收集盒包括盒体、回收箱吸气管、种子回收管和分离网，分离网将盒体内部分割为吸气腔和清种回收腔两个腔，回收箱吸气管与吸气腔连通，种子回收管与清种回收腔连通；\n[0008] 所述风机的吸风口通过吸风管与排种器上无种腔吸气管接口连接，风机的吸风口与排种器上无种腔吸气管接口之间设置有电控播种阀门；所述风机的吸风口通过吸风管与清种收集盒上回收箱吸气管连接，风机的吸风口与清种收集盒上回收箱吸气管之间设置有电控清种阀门；清种收集盒上种子回收管通过清种管与排种器上排种器清种口连接；\n[0009] 所述电控装置包括电控箱、漏播监测装置、操控台及操控台内部的控制系统；所述控制系统与种盒驱动电机构成电联接，控制种盒驱动电机正反转；所述控制系统与排种电机构成电联接，控制排种电机转动；所述控制系统与地轮上设置的速度传感器构成电联接，用于监测整机工作速度，并可通过计算得出整机的行走距离；所述控制系统通过监测整机工作速度，来控制排种电机的转动速度；所述控制系统与排种器入种口处设置的落种口电控闸门构成电联接，用于控制落种口电控闸门的开关；所述控制系统与电控播种阀门、电控清种阀门构成电联接，用于控制电控播种阀门和电控清种阀门的开关；所述控制系统与漏播监测装置构成电联接，可将漏播信息在操控台上显示出来。\n[0010] 所述风机上设置有压力表，用于实时监测风机内部气压。\n[0011] 所述排种电机通过电机支架固定连接于播种机构机架上。\n[0012] 所述清种收集盒通过支架连接于播种机构机架上。\n[0013] 所述播种机构上设置有仿形连杆机构，可实现播种单行仿形。\n[0014] 所述排种电机采用步进电机。\n[0015] 所述种盒驱动电机采用步进电机。\n[0016] 在实际小区播种过程中，首先应该按照田间实验的方法，确定小区的播种长度、各播种小区间的间隔距离、播种起始位置与第一个小区的距离值、株距值和行距值，根据确定好的各项数值对本发明所述的全自动化的小区精量播种机进行设置，其中行距是通过调整各播种机构在机架上的安装位置来完成，其它数值包括小区的播种长度、各播种小区间的间隔距离、播种起始位置与第一个小区的距离值和株距值必须先通过操控台输入到操控台内部的控制系统中，通过控制系统计算来保证播种按照设定的数值进行。\n[0017] 在启动播种程序时，刚开始排种圆盘还没有吸附种子，当电控播种阀门打开，排种器的无种腔接通风机的吸风口，排种电机的动力输出端带动排种圆盘转动时，排种器的有种腔内的种子就会一粒粒的吸附到排种圆盘上设有吸种孔处，当排种圆盘转动一周之后，即可认为排种圆盘的吸种孔布满种子，排种圆盘转动第一圈的驱动转速值，即排种电机的动力输出端的转动速度值，需要通过操控台输入到操控台内部的控制系统中，此驱动转速值会根据种子大小的不同进行不同的设置，因为大小不同的种子其所受到的吸附力会有所不同，速度过快会导致排种圆盘吸附不住种子，造成漏播。在播种时，必须保证当播种机到达有效播种区域时，使排种圆盘正好转动一周而布满种子，一进入有效播种区域时，即开始播种；如果过早在排种圆盘布满种子，会导致播种机还未进入有效播种区域，排种器中就会有种子落地；如果在播种机进入有效播种区域时，排种圆盘还未布满种子，就会导致漏播现象发生，此处也是本发明过程控制的关键之处。\n[0018] 一种适用于全自动化的小区精量播种机上的控制方法，其特征在于，包括如下控制步骤：\n[0019] 1)将准备好的种子放入供种装置中，并在操控台将小区的播种长度L、各播种小区间的间隔距离M、播种起始位置与第一播种小区的距离值N、株距S和排种圆盘转动第一圈布种时的驱动转速值n(转/秒)输入控制系统；\n[0020] 2)启动设备，播种机进入正常行驶状态，风机打开，控制系统计时，并通过地轮上设置的速度传感器监测整机行进速度v，通过计算可得出整机的行进距离L1；\n[0021] 3)启动供种装置，第一播种小区的种子到达排种器入种口处设置的落种口电控闸门时，控制系统将控制落种口电控闸门打开，第一播种小区的种子将落入排种器的有种腔中，控制系统将关闭落种口电控闸门；再次启动供种装置，第二播种小区的种子到达排种器入种口处设置的落种口电控闸门；\n[0022] 4)通过计算可得到排种圆盘转动第一圈布种时所需要的时间为1/n(秒)，当整机行进距离L1＝N-v/n时，控制系统将打开电控播种阀门，排种器的无种腔接通风机的吸风口，并驱动排种电机以设定好的驱动转速值n(转/秒)工作，在排种圆盘转动第一圈排满种子之后，整机进入第一播种小区；\n[0023] 5)进入第一播种小区后，控制系统将通过随动控制来实现排种电机转速与速度传感器监测整机行进速度v同步，从而保证株距的设定值S；\n[0024] 6)当控制系统计算出整机的行进距离L1＝N+L时，第一播种小区播种结束，整机进入第一播种小区与第二播种小区之间的小区间隔带，控制系统将关闭电控播种阀门，并打开电控清种阀门，风机的吸风口与清种收集盒上回收箱吸气管连通，排种器的有种腔中的剩余种子将被吸至清种收集盒中，排种器的有种腔被清空；\n[0025] 7)控制系统将控制落种口电控闸门打开，第二播种小区的种子将落入排种器的有种腔中，控制系统将关闭落种口电控闸门；启动供种装置，第三播种小区的种子到达排种器入种口处设置的落种口电控闸门；\n[0026] 8)排种圆盘转动第一圈布种时所需要的时间为1/n(秒)，当整机行进距离L1＝N+L+M-v/n时，控制系统将打开电控播种阀门，排种器的无种腔接通风机的吸风口，并驱动排种电机以设定好的驱动转速值n(转/秒)工作，在排种圆盘转动第一圈排满种子之后，整机进入第二播种小区；\n[0027] 9)根据步骤5)进行第二播种小区内的播种。\n[0028] 本发明的积极效果：本发明所述一种全自动化的小区精量播种机，在前进的过程中通过简单的操作，即可完成不同区域精量播种的任务，该播种机自动化程度和播种效率都很高，且能够很好的保证株距、行距，实现了精量播种，完全满足农作物新品种培育过程中育种试验小区播种作业的需求，有很大的市场前景。\n附图说明\n[0029] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。\n[0030] 图1是本发明的整体结构示意图a\n[0031] 图2是本发明的整体结构示意图b\n[0032] 图3是本发明的播种机构的结构示意图\n[0033] 图4是本发明的排种机构的结构示意图\n[0034] 图5是本发明的清种收集盒的结构示意图\n[0035] 图6是本发明的排种机构的爆炸结构示意图\n[0036] 图7是本发明的管路连接的结构示意图\n[0037] 图8是播种时播种区域的示意图\n[0038] 图中，\n[0039] 1蜂窝轮式分种机构 2弹夹式分种机构 3机架\n[0040] 4电控箱 5地轮 6风机\n[0041] 7播种机构 8种盒回收托盘 9排种电机\n[0042] 10排种器 11清种收集盒 12排种圆盘\n[0043] 13无种腔吸气管接口 14排种器清种口 15种子回收管[0044] 16分离网 17清种回收腔 18无种腔\n[0045] 19有种腔 20吸风管 21电控播种阀门[0046] 22电控清种阀门 23回收箱吸气管 24仿形连杆机构[0047] 25电机支架 26盒体 27吸气腔\n[0048] 28清种管\n具体实施方式\n[0049] 如图1、图2所示，本发明所述一种全自动化的小区精量播种机包括机架(3)，安装于机架(3)两侧的地轮(5)，安装于机架(3)上端的工作平台，固定于工作平台上方的供种装置，安装于机架(3)上的电控装置及风机(6)，固定连接于机架(3)下端的播种机构(7)，所述供种装置的下端通过排种管与播种机构(7)连接，其特征在于：\n[0050] 所述供种装置包括安装于机架(3)上的蜂窝轮式分种机构(1)和弹夹式分种机构(2)；所述蜂窝轮式分种机构(1)下设独立的分种腔，每个分种腔均设有输种管接口，输种管接口通过输种管与连接于机架(3)下端播种机构(7)的排种器入种口连接；所述弹夹式分种机构(2)包括种盒、用于驱动种盒运动的种盒驱动电机和用于回收种盒的种盒回收托盘(8)，弹夹式分种机构(2)的末端设有独立的下种腔，下种腔的下端设有输种管接口，输种管接口通过输种管与连接于机架(3)下端播种机构(7)的排种器入种口连接；\n[0051] 如图3所示，所述播种机构(7)包括开沟器、排种器(10)、排种电机(9)、浮土镇压机构和清种收集盒(11)；如图4和图6所示，所述排种器(10)包括无种腔(18)、有种腔(19)和排种圆盘(12)；所述无种腔(18)与有种腔(19)之间由排种圆盘(12)分开；所述排种圆盘(12)上设有吸种孔；所述无种腔(18)上设有无种腔吸气管接口(13)，有种腔(19)上设有排种器入种口和排种器清种口(14)；所述排种器入种口处设置有落种口电控闸门；\n所述排种电机(9)的动力输出端与排种圆盘(12)中心固定连接，带动排种圆盘(12)转动；\n如图5所示，所述清种收集盒(11)包括盒体(26)、回收箱吸气管(23)、种子回收管(15)和分离网(16)，分离网(16)将盒体(26)内部分割为吸气腔(27)和清种回收腔(17)两个腔，回收箱吸气管(23)与吸气腔(27)连通，种子回收管(15)与清种回收腔(17)连通；\n[0052] 如图7所示，所述风机(6)的吸风口通过吸风管(20)与排种器(10)上无种腔吸气管接口(13)连接，风机(6)的吸风口与排种器(10)上无种腔吸气管接口(13)之间设置有电控播种阀门；所述风机(6)的吸风口通过吸风管与清种收集盒(11)上回收箱吸气管(23)连接，风机(6)的吸风口与清种收集盒(11)上回收箱吸气管(23)之间设置有电控清种阀门；清种收集盒(11)上种子回收管(15)通过清种管(28)与排种器(10)上排种器清种口(14)连接；\n[0053] 所述电控装置包括电控箱(4)、漏播监测装置、操控台及操控台内部的控制系统；\n所述控制系统与种盒驱动电机构成电联接，控制种盒驱动电机正反转；所述控制系统与排种电机构成电联接，控制排种电机转动；所述控制系统与地轮上设置的速度传感器构成电联接，用于监测整机工作速度，并可通过计算得出整机的行走距离；所述控制系统通过监测整机工作速度，来控制排种电机的转动速度；所述控制系统与排种器入种口处设置的落种口电控闸门构成电联接，用于控制落种口电控闸门的开关；所述控制系统与电控播种阀门、电控清种阀门构成电联接，用于控制电控播种阀门和电控清种阀门的开关；所述控制系统与漏播监测装置构成电联接，可将漏播信息在操控台上显示出来。\n[0054] 所述风机(6)上设置有压力表，用于实时监测风机(6)内部气压。\n[0055] 所述排种电机(9)通过电机支架(25)固定连接于播种机构机架上。\n[0056] 所述清种收集盒(11)通过支架连接于播种机构机架上。\n[0057] 所述播种机构(7)上设置有仿形连杆机构，可实现播种单行仿形。\n[0058] 所述排种电机(9)采用步进电机。\n[0059] 所述种盒驱动电机采用步进电机。\n[0060] 本发明的工作过程：\n[0061] 1)将准备好的种子放入供种装置中，如图8所示，并在操控台将小区的播种长度L、各播种小区间的间隔距离M、播种起始位置与第一播种小区的距离值N、株距S和排种圆盘转动第一圈布种时的驱动转速值n(转/秒)输入控制系统；\n[0062] 2)启动设备，播种机进入正常行驶状态，风机打开，控制系统计时，并通过地轮上设置的速度传感器监测整机行进速度v，通过计算可得出整机的行进距离L1；\n[0063] 3)启动供种装置，第一播种小区的种子到达排种器入种口处设置的落种口电控闸门时，控制系统将控制落种口电控闸门打开，第一播种小区的种子将落入排种器的有种腔中，控制系统将关闭落种口电控闸门；再次启动供种装置，第二播种小区的种子到达排种器入种口处设置的落种口电控闸门；\n[0064] 4)通过计算可得到排种圆盘转动第一圈布种时所需要的时间为1/n(秒)，当整机行进距离L1＝N-v/n时，控制系统将打开电控播种阀门，排种器的无种腔接通风机的吸风口，并驱动排种电机以设定好的驱动转速值n(转/秒)工作，在排种圆盘转动第一圈排满种子之后，整机进入第一播种小区；\n[0065] 5)进入第一播种小区后，控制系统将通过随动控制来实现排种电机转速与速度传感器监测整机行进速度v同步，从而保证株距的设定值S；\n[0066] 6)当控制系统计算出整机的行进距离L1＝N+L时，第一播种小区播种结束，整机进入第一播种小区与第二播种小区之间的小区间隔带，控制系统将关闭电控播种阀门，并打开电控清种阀门，风机的吸风口与清种收集盒上回收箱吸气管连通，排种器的有种腔中的剩余种子将被吸至清种收集盒中，排种器的有种腔被清空；\n[0067] 7)控制系统将控制落种口电控闸门打开，第二播种小区的种子将落入排种器的有种腔中，控制系统将关闭落种口电控闸门；启动供种装置，第三播种小区的种子到达排种器入种口处设置的落种口电控闸门；\n[0068] 8)排种圆盘转动第一圈布种时所需要的时间为1/n(秒)，当整机行进距离L1＝N+L+M-v/n时，控制系统将打开电控播种阀门，排种器的无种腔接通风机的吸风口，并驱动排种电机以设定好的驱动转速值n(转/秒)工作，在排种圆盘转动第一圈排满种子之后，整机进入第二播种小区；\n[0069] 9)根据步骤5)进行第二播种小区内的播种。