張育斌

摘 要：馬鈴薯作為我國四大農(nóng)作物之一，其種植面積和總產(chǎn)量均居世界第1位，而國內(nèi)外基于機(jī)械液壓設(shè)計的馬鈴薯播種機(jī)研究較多，但漏播情況較多，其漏播率高達(dá)7%。由此，本文研究一套基于STC89C52單片機(jī)的實(shí)時全局監(jiān)控馬鈴薯播種機(jī)漏播檢測預(yù)警系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)進(jìn)行測試，結(jié)果表明：系統(tǒng)在人為模擬馬鈴薯播種機(jī)播種情況下，能夠自動識別漏播和缺種并進(jìn)行漏播率的計算，在連續(xù)漏播超標(biāo)情況下能自動報警，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)的推廣應(yīng)用可提高生產(chǎn)率和節(jié)約勞動力，推動馬鈴薯精密播種農(nóng)業(yè)的機(jī)電一體化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：精密播種機(jī)；漏播；預(yù)警系統(tǒng)；單片機(jī)

中圖分類號：S223.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515016

隨著我國近年對精播機(jī)的先進(jìn)監(jiān)測技術(shù)的引進(jìn)吸收以及對監(jiān)測系統(tǒng)研究投入不斷加大，在精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)上的智能自動化研究己經(jīng)取得諸多成果，使播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)朝著全自動化、高智能化和精準(zhǔn)化的方向發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)高效率的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1-2]。

國內(nèi)學(xué)者李偉利用計算機(jī)視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)對精播種機(jī)的排種檢測，并提出以動態(tài)圖像亞拼接檢測的方法，解決直接通過種子粒間距而造成檢測播種精度低的難題[3]。熊瑛學(xué)者采用輸送帶上鋪砂原理設(shè)計研制了鋪砂型排種器試驗(yàn)臺，利用砂層的緩沖作用防止種子著落時彈跳。并應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)對排種圖像進(jìn)行了采集與處理，實(shí)現(xiàn)了自動的種子識別與粒距測量[4]。周利明針對播種機(jī)作業(yè)環(huán)境提出具有高抗塵性的電容檢測的新型測量方法，該方法克服光電法的抗塵土問題[5]。國內(nèi)近年在監(jiān)測系統(tǒng)方面發(fā)展己經(jīng)達(dá)到一定水平，但是在控制重播、漏播方面還未完善起來。今后的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計仍需繼續(xù)努力，不斷提高監(jiān)控系統(tǒng)的靈敏度和精確度，進(jìn)一步提高播種機(jī)自動化、智能化水平。

通過以上研究現(xiàn)狀分析，主要是監(jiān)測播種過程的重播、漏播及故障報警等領(lǐng)域，且主要是針對芝麻、小麥、油菜籽、玉米等小粒種子的漏播監(jiān)控補(bǔ)償。本文選取馬鈴薯播種機(jī)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)研究，解決馬鈴薯播種機(jī)的漏播預(yù)警問題，設(shè)計一套漏播預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)播種過程自動監(jiān)測及預(yù)警。

1 檢測預(yù)警系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)研制一套監(jiān)測馬鈴薯播種作業(yè)過程并能及時發(fā)現(xiàn)、排除各種故障、保證播種質(zhì)量的自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備的主要功能：監(jiān)視播種作業(yè)，發(fā)現(xiàn)在播種過程中種箱漏播等現(xiàn)象并及時發(fā)出預(yù)警[6-7]。

系統(tǒng)主要有這幾部分組成：電源模塊部分、主控模塊單元、信號輸入和輸出單元等組成。電源模塊主要為單片機(jī)、光電傳感器、顯示器、蜂鳴器等提供合適的電源；信號輸入單元主要完成排種信號、種勺到位情況信號以及種箱缺種信號的采集并將信號輸入到單片機(jī)內(nèi)部；主控單元主要完成采集數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理，通過計算比較播種質(zhì)量各個指標(biāo)及時發(fā)出控制命令到執(zhí)行元件；信號輸出單元主要實(shí)時顯示播種質(zhì)量指標(biāo)，及漏播、重播等故障的及時報警提示等功能，見系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1。

2 檢測預(yù)警系統(tǒng)硬件設(shè)計

本預(yù)警系統(tǒng)硬件構(gòu)成，主要包括電源電路、傳感器設(shè)計及其電路、單片機(jī)及其外圍電路、LCD顯示電路、報警電路等。

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)

單片機(jī)是本預(yù)警系統(tǒng)的核心部件，主要完成漏播率的統(tǒng)計、播種面積的計算、LCD的操作、鍵盤操作的掃描以及報警裝置的驅(qū)動。傳感器用來采集種勺到位、薯塊有無、種箱種薯量的信息；鍵盤根據(jù)作業(yè)機(jī)具不同，用來調(diào)整播種前參數(shù)（株距、幅寬等）；LCD用來顯示播種面積、漏播率等數(shù)值；當(dāng)漏播率超標(biāo)或者種箱缺種時，報警裝置工作提示工作人員停車查看或補(bǔ)充種薯，預(yù)警系統(tǒng)的硬件如圖2所示。

單片機(jī)控制模塊是整個預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)硬件部分的核心，主要工作是完成信息采集、數(shù)據(jù)儲存與處理和控制信息輸出，單片機(jī)控制最小系統(tǒng)主要由單片機(jī)芯片、晶振電路、復(fù)位電路等組成，原理圖如圖3所示。

2.2 檢測電路設(shè)計

本文選用TCRT5000傳感器用于檢測種薯漏播和種勺到位，傳感器將檢測到的信息轉(zhuǎn)變成電信號通過傳輸通道傳輸給控制處理器，從而完成信息判斷。傳感器安裝在馬鈴薯播種機(jī)的排種管內(nèi)，利用紅外檢測的原理，當(dāng)種勺傳感器檢測到種勺到位時，種薯檢測傳感器檢測并判斷是否有種薯。有種薯時，紅外線被擋斷，傳感器發(fā)出高電平信號，表示當(dāng)前檢測位有種薯。當(dāng)馬鈴薯播種機(jī)的一行或者數(shù)行排種器發(fā)生連續(xù)漏播情況時，便立即聲光報警提示，因此傳感器的性能直接影響排種器的種薯檢測裝置的工作質(zhì)量水平，電路圖如4所示。

2.3 報警電路設(shè)計

馬鈴薯播種過程中，需要對出現(xiàn)的漏播、種箱缺種等狀況進(jìn)行報警提示，避免出現(xiàn)更多漏播狀況。馬鈴薯播種機(jī)出現(xiàn)漏播時，相對應(yīng)排種管的提示燈就會常亮或者不停閃爍，提示駕駛室操作人員，同時還進(jìn)行聲音報警提示。電路連接如圖5所示。

3 預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)軟件開發(fā)

馬鈴薯精密播種機(jī)漏播監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在開機(jī)通電初始化后開始運(yùn)行主程序。系統(tǒng)在主程序中調(diào)用各功能相應(yīng)子程序模塊，流程圖如圖6所示。

開機(jī)自檢完成對STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)的初始化，使預(yù)警系統(tǒng)處于待機(jī)工作準(zhǔn)備。

調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序。馬鈴薯漏播監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)工作時，主程序通過對數(shù)據(jù)處理子程序的調(diào)用，完成對傳感器傳輸?shù)碾娖叫盘柕挠嬎闾幚?，并取得需要的播種參數(shù)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先輸入的參數(shù)值進(jìn)行判斷，識別漏播等情況。

報警子程序調(diào)用。馬鈴薯播種機(jī)出現(xiàn)連續(xù)漏播等情況達(dá)到預(yù)警狀況，系統(tǒng)自動調(diào)用報警子程序進(jìn)行聲光報警提示。

顯示子程序調(diào)用。根據(jù)預(yù)先的功能菜單設(shè)置要求，該子程序包括各項播種數(shù)據(jù)顯示、漏播信息的顯示等，正常作業(yè)時顯示播種數(shù)據(jù)，漏播發(fā)生時顯示漏播信息。主要輸出參數(shù)有播種面積、漏播率、播完總價，其計算方式分別如下。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

當(dāng)幅寬、行株距、單價等參數(shù)調(diào)整設(shè)置好后，按下確認(rèn)鍵進(jìn)入播種監(jiān)測模式，開始統(tǒng)計一定時間內(nèi)的脈沖數(shù)，并計算播種面積、漏播率、價格。

通過仿真結(jié)果表明，馬鈴薯漏播預(yù)警系統(tǒng)軟件程序運(yùn)行正常，各項功能都能實(shí)現(xiàn)。在手動設(shè)置缺種信號時，系統(tǒng)能夠檢測到種勺沒有種薯，并輸出顯示，連續(xù)漏播能正常聲光報警提示，播完結(jié)束可以顯示播種面積、播完總價、漏播率等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)工作性能符合檢測要求，可以廣泛用于農(nóng)業(yè)工程。

參考文獻(xiàn)

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