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基于电容传感器的排种器性能监测系统研究

刘阳  
【摘要】:随着农业机械化的发展,精密播种机已经越来越广泛的应用到农业生产中,排种器作为精密播种机的核心部件,其性能的好坏对播种质量起决定性作用。为保证播种质量,需要实时监控排种器的工作状况,因此,对排种器性能监测系统的研究具有重要意义。目前,多采用光电法检测排种器工作性能。种子通过输种管监测区域时,遮断光束,产生的脉冲信号,对脉冲信号运算处理得出排种指标,实现排种过程监控。但受播种工作环境影响,光电传感器易受田间尘土的污染,而且光电传感器不易识别多粒种子同时下落,影响检测的准确性。 本文针对光电法精密排种器监测系统易受田间灰尘影响和不易识别多粒种子同时下落等问题,提出一种基于电容传感器的精密排种器性能监测方法。主要研究内容如下: (1)电容式排种器性能监测系统总体方案设计。通过分析排种器性能指标,提出了基于电容传感器的排种性能监测方案。设计了电容传感器、排种器性能监测系统硬件方案、软件设计方案及显示界面设计方案。 (2)电容传感器结构设计与单粒种子试验研究。根据排种器结构要求设计了E型极板交叉式、三极板差动式和极板对置式电容传感器。为考察各传感器性能,进行了单粒种子检测试验。试验表明:三极板差动式和E型极板交叉式电容传感器在种子速度为0.272-0.664m/s时,平均电容变化量分别为0.1245pF和0.1115pF,满足排种性能监测要求。而极板对置式电容传感器在测试速度范围内,不能检测玉米种子流动情况。为便于安装,本文选用E型极板交叉式电容传感器作为排种性能监测系统的传感器。 (3)排种器性能监测系统硬件设计。以模块化设计方式,采用电容数字转换器AD7747对传感器输出电容量进行采集和数字量转换。选用CY7C68013单片机作为控制器,设计了外部存储电路、通讯接口电路和电源电路,实现对数据采集、转换和传递功能。 (4)排种器性能监测系统控制软件设计。采用C语言设计了下位机控制程序,包括控制器主程序、CY7C68013单片机固件程序以及AD7747采集程序;使用虚拟仪器LabVIEW软件平台设计了上位机软件,实现排种性能信息处理和显示、USB接口通信、以及排种异常报警功能。通过对排种器性能监测系统的综合测试表明,合格率、重播率和漏播率的检测精度分别为95.3%、97.4%和90.9%,能够实现对排种过程的实时监控,并通过LabVIEW界面显示排种器性能各项指标,对种箱排空和输种管堵塞等异常情况及时的发出报警信号。


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