專利名稱：一種玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于有機(jī)壓電材料的玉米播種漏播檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，玉米精密播種機(jī)越來越廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，排種器是播種機(jī)的關(guān)鍵部件，其性能直接決定了播種機(jī)的性能。目前，由于播種機(jī)在播種作業(yè)時(shí)，其播種過程全封閉，僅憑裸眼直接觀測(cè)，播種作業(yè)時(shí)發(fā)生機(jī)械傳動(dòng)故障、排種箱排空等現(xiàn)象均會(huì)造成漏播現(xiàn)象，尤其是在大規(guī)模作業(yè)時(shí)，由于其速度高、播幅寬，如發(fā)生上述現(xiàn)象則會(huì)造成大面積的漏播，結(jié)果必將造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的損失。所以，播種機(jī)的性能直接關(guān)系到農(nóng)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。由此可見，將漏播檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在播種機(jī)上，具有極其重要的生產(chǎn)意義。目前，漏播檢測(cè)裝置開始得到開發(fā)與使用，并成為了相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究焦點(diǎn)。從20世紀(jì)40年代，國(guó)外就開始研究了精密播種機(jī)。隨著國(guó)外不同類型精密播種機(jī)的相繼引進(jìn)，我國(guó)精密播種機(jī)的研制工作不斷出現(xiàn)新的高潮。同時(shí)，許多新的材料和技術(shù)也應(yīng)用到漏播檢測(cè)裝置中，其中主要有兩種傳感器件一是光電傳感器檢測(cè)，另外一種是電容式傳感器檢測(cè)。將光電傳感器置于排種管的下部，當(dāng)播種機(jī)正常工作時(shí)，種子有規(guī)律的下落并通過紅外對(duì)管，遮斷紅外光束，光敏二極管將接收到的斷續(xù)紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號(hào)，經(jīng)過整形放大電路傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)；當(dāng)種箱或排種器不正常播種時(shí)，種子不再通過紅外對(duì)管，紅外光二極管發(fā)出的紅外光全部照在接收管上，光強(qiáng)增大，此時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)將對(duì)漏播進(jìn)行提示。如德國(guó)DLG農(nóng)業(yè)中心研究出的光電檢測(cè)系統(tǒng)，又如美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)研究出一種快速測(cè)量播種機(jī)排種間距的光電傳感器系統(tǒng)。雖然取代人工，但光電傳感器受環(huán)境光和粉塵的影響很大。將電容式傳感器作為檢測(cè)元件，其可靠性、穩(wěn)定性和靈敏度等方面還遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際使用的要求，所以應(yīng)用此類傳感器的漏播檢測(cè)裝置很少得到應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種適用于玉米播種的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，能夠在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行很好的應(yīng)用，并能自動(dòng)測(cè)試播種機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如排種量，排種速度，播種面積，合格率，重播率，漏播率，粒距合格率等，如出現(xiàn)漏播或輸種管堵塞故障時(shí)，可通過聲光報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，提示駕駛員停車排除故障。本發(fā)明的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括安裝在每一播種單體上的排種器、 安裝在每一播種單體上的信號(hào)處理和發(fā)送單元、信號(hào)接收和報(bào)警單元；所述排種器包括排種輪、彈簧、護(hù)種片、壓電傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器；護(hù)種片在彈簧的作用下貼靠在排種輪的輪緣上，排種輪的輪緣上均布有多個(gè)窩眼；壓電傳感器通過樹脂膠粘在護(hù)種片的內(nèi)側(cè)并正對(duì)窩眼；所述壓電傳感器包括壓電薄膜和鋁電極，鋁電極鍍覆在壓電薄膜的上下表面上，導(dǎo)電銀膠將兩條信號(hào)傳輸線固定在鋁電極的上下表面；所述壓電薄膜由有機(jī)壓電薄膜聚合物制成，其寬度為30mm,長(zhǎng)度為10mm,厚度為20 μ m 1mm,壓電常數(shù)大于10pC/N,斷裂伸長(zhǎng)大于10%,斷裂拉伸強(qiáng)度大于20MPa ;所述壓電傳感器和所述轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)經(jīng)由信號(hào)處理和發(fā)送單元處理后無線發(fā)送給信號(hào)接收和報(bào)警單元，所述信號(hào)接收和報(bào)警單元安裝在駕駛室內(nèi)。所述有機(jī)壓電薄膜聚合物為聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物，優(yōu)選地是，壓電薄膜的厚度為ΙΟΟμπι，壓電常數(shù)為21pC/N;或者厚度為150μπι，壓電常數(shù)為30pC/N;或者厚度為500 μ m，壓電常數(shù)為62pC/N。所述信號(hào)處理和發(fā)送單元包括電荷放大電路、電壓放大電路、第一和第二濾波電路、整形電路、單片機(jī)、無線發(fā)送裝置、整形放大電路。所述轉(zhuǎn)速傳感器采用開關(guān)型霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，優(yōu)先地是，所述開關(guān)型霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的型號(hào)為FJ8D-D10NK。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，能夠在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行很好的應(yīng)用，并能自動(dòng)測(cè)試播種機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如排種量，排種速度，播種面積，合格率，重播率，漏播率，粒距合格率等，如出現(xiàn)漏播或輸種管堵塞故障時(shí)，可通過聲光報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，駕駛員能夠根據(jù)信號(hào)接收和報(bào)警單元顯示的信號(hào)快速準(zhǔn)確的確定故障的位置，從而及時(shí)停車和排除故障。

圖1.排種器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.傳感器結(jié)構(gòu)圖3.裝置硬件組成框圖
具體實(shí)施方式為了能夠進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的播種漏播檢測(cè)裝置做更為詳盡地說明。本發(fā)明的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括安裝在每一播種單體上的排種器、安裝在每一播種單體上的信號(hào)處理和發(fā)送單元、信號(hào)接收和報(bào)警單元。一般來說，播種機(jī)上安裝有至少兩個(gè)播種單體，每一播種單體上具有一排種器。如圖1所示，所述排種器包括殼體1、排種輪3、排種軸4、擋種塊5、彈簧6，護(hù)種片7、壓電傳感器8和剔種片9。排種輪3安裝在殼體I內(nèi)，由排種軸4帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，排種輪3的輪緣上均布有多個(gè)窩眼23，窩眼23的大小和多少可根據(jù)種子的種類和株距設(shè)定，為了使壓電傳感器8產(chǎn)生的壓電信號(hào)(電荷信號(hào))較為明顯，優(yōu)選大粒徑的種子，如玉米、大豆等，當(dāng)然，本發(fā)明的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并不僅僅局限于這兩類種子。擋種塊5與排種輪3間隙較小，能夠確保只有一粒種子2進(jìn)入到窩眼中，進(jìn)入到窩眼23的種子隨排種輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，護(hù)種片7設(shè)置在擋種塊5下方，并在彈簧6的作用下貼靠在排種輪3的輪緣上，使進(jìn)入到窩眼23內(nèi)的種子2能夠隨排種輪3轉(zhuǎn)動(dòng)到排種器下方，種子自由下落，剔種片9能夠?qū)⒄吃诟C眼23內(nèi)的種子剔出，以便保證進(jìn)入窩眼23的種子順利進(jìn)入輸種管。壓電傳感器8通過樹脂膠粘在護(hù)種片7的內(nèi)側(cè)并正對(duì)窩眼23。如圖2所示，壓電傳感器8包括壓電薄膜81，壓電薄膜81由有機(jī)壓電薄膜聚合物制成，如PVDF (聚偏氟乙烯)，P(VDF-TrFE)(聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物)等，其面積(寬度*長(zhǎng)度)為30mmX IOmm,厚度為20 μ m 1mm,壓電常數(shù)大于10pC/N,斷裂伸長(zhǎng)大于10%，斷裂拉伸強(qiáng)度大于20MPa。在一個(gè)實(shí)施例中，壓電薄膜81的厚度為100 μ m，壓電常數(shù)為2 lpC/N，壓電薄膜81上、下表面鍍有鋁電極82，使用導(dǎo)電銀膠83將兩條信號(hào)傳輸線84固定在鋁電極82的上下表面，這樣就可以將壓電薄膜81產(chǎn)生的壓電信號(hào)情況實(shí)時(shí)傳輸給信號(hào)處理和發(fā)送單元進(jìn)行處理和發(fā)送了 ；在另一實(shí)施例中，壓電薄膜81的厚度為150μπι，壓電常數(shù)為30pC/N，分別在壓電薄膜上、下表面鍍鋁電極；在另一實(shí)施例中，壓電薄膜81的厚度為500 μ m，壓電常數(shù)為62pC/N。PVDF或P (VDF-TrFE)具有如下特點(diǎn)(I)具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，能夠經(jīng)受急劇變化的環(huán)境條件，包括大多數(shù)溶劑、強(qiáng)酸、氧化劑和強(qiáng)烈的紫外線輻射，也不受溫度條件的影響；(2)壓電常數(shù)比石英高10多倍，壓電系數(shù)比壓電陶瓷(PZT)高20倍左右，因此其靈敏度非常高；(3)柔性、彈性、屈從性是壓電陶瓷的許多倍。加工性能好，可制成5μπι-1_厚度不等、形狀不同的大面積的薄膜；(4)具有較高的電阻抗，可以與流行的高阻抗電路，如COMS直接匹配應(yīng)用；(5)頻率響應(yīng)寬，室溫下在10_5-109Ηζ范圍內(nèi)響應(yīng)平坦，即從準(zhǔn)靜態(tài)、低頻、高頻、超聲及超高頻均能轉(zhuǎn)換機(jī)電效應(yīng)；(6)易于加工、切割和安裝，成形為復(fù)雜形狀或制成大面積傳感器；(8)材料成本和加工費(fèi)用要比普通的壓電材料低得多。種子經(jīng)過壓電傳感器8 (實(shí)質(zhì)上為壓電薄膜81)的長(zhǎng)度為10mm，如果此長(zhǎng)度過長(zhǎng)，由于種子的形狀并不規(guī)則，產(chǎn)生的壓電信號(hào)將十分不規(guī)則，出現(xiàn)多個(gè)波峰，難以檢測(cè)。作業(yè)時(shí)，種子順著擋種塊5滑入排種輪3的窩眼23內(nèi)，隨著排種輪3的旋轉(zhuǎn)，裝有種子2的窩眼23轉(zhuǎn)動(dòng)到護(hù)種片7的位置時(shí)，由于護(hù)種片7貼靠在排種輪3的輪緣上，種子會(huì)向壓電傳感器8的上表面施加正向壓力，使壓電薄膜81發(fā)生變形，壓電薄膜81內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在壓電薄膜81的兩個(gè)上下表面出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷，形成壓電信號(hào)(也即電荷信號(hào))；當(dāng)發(fā)生機(jī)械傳動(dòng)故障排種輪3不可旋轉(zhuǎn)或者排種器的殼體I內(nèi)種子2排空等現(xiàn)象時(shí)，窩眼23內(nèi)沒有種子，此時(shí)壓電傳感器8不會(huì)受到種子的擠壓，壓電薄膜81也就不會(huì)產(chǎn)生電荷，電壓信號(hào)消失。因此，可以通過壓電傳感器8產(chǎn)生的電荷信號(hào)的有無來判定排種器是否出現(xiàn)漏播現(xiàn)象。 信號(hào)處理和發(fā)送單元安裝在每個(gè)播種單體上，圖3示出了本發(fā)明的信號(hào)處理和發(fā)送單元的構(gòu)成。信號(hào)處理和發(fā)送單元包括電荷放大電路、電壓放大電路、第一和第二濾波電路、整形電路、單片機(jī)和無線發(fā)送裝置。電荷放大電路首先將壓電傳感器8產(chǎn)生的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)第一濾波電路過濾掉大部分噪聲之后，由電壓放大電路進(jìn)行信號(hào)放大、第二濾波電路進(jìn)一步過濾噪聲，然后由整形電路將電壓信號(hào)整形為單片機(jī)可識(shí)別的方波信號(hào)，該方波信號(hào)由無線發(fā)送裝置發(fā)送給信號(hào)接收和報(bào)警單元。為了能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)或自動(dòng)測(cè)試播種機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，在播種機(jī)地輪上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器，以獲取播種機(jī)前進(jìn)速度，從而得出播種機(jī)前進(jìn)的距離，進(jìn)而即可獲得排種量、排種速度、播種面積、播種合格率、重播率、漏播率、粒距合格率等性能指標(biāo)。轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)由整形放大電路進(jìn)行放大和整形后同樣發(fā)送給單片機(jī)(選用AT89C52型)，所述轉(zhuǎn)速傳感器采用開關(guān)型霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)一是輸出信號(hào)電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響，即使在低速狀態(tài)下也能正常工作；二是抗電磁波干擾能力強(qiáng)；三是安裝維修方便，可以適應(yīng)精密播種機(jī)較惡劣的工作條件。另外，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，反映靈敏，壽命長(zhǎng)，可靠性高，耐沖擊，耐震。本發(fā)明中的開關(guān)型霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的型號(hào)為FJ8D-D10NK。[0019] 信號(hào)接收和報(bào)警單元安裝在駕駛室內(nèi)，用于接收由信號(hào)處理和發(fā)送單元所發(fā)送信號(hào)的顯示和報(bào)警，并記錄播種機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如排種量，排種速度，播種面積，合格率，重播率，漏播率，粒距合格率等，當(dāng)發(fā)生漏播等異常情況下時(shí)，駕駛員察覺到報(bào)警后，能夠根據(jù)信號(hào)接收和報(bào)警單元記錄和顯示的信息及時(shí)停機(jī)，并排除故障。總之，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)播種機(jī)自動(dòng)化、智能化的控制，并加以廣泛應(yīng)用。本專利申請(qǐng)是通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明的，在不脫離本專利申請(qǐng)范圍的情況下，還可以對(duì)本專利申請(qǐng)進(jìn)行各種變換及等同替代。另外，針對(duì)特定情形或具體情況，可以對(duì)本專利申請(qǐng)做各種修改和變形，這些修改和變形均不脫離本專利申請(qǐng)的范圍。因此，本專利申請(qǐng)不局限于所公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本專利申請(qǐng)權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。
權(quán)利要求1.一種玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括安裝在每一播種單體上的排種器、安裝在每一播種單體上的信號(hào)處理和發(fā)送單元、信號(hào)接收和報(bào)警單元；所述排種器包括排種輪(3)、彈簧(6)、護(hù)種片(7)、壓電傳感器(8)和轉(zhuǎn)速傳感器；護(hù)種片(7)在彈簧(6)的作用下貼靠在排種輪(3)的輪緣上，排種輪(3)的輪緣上均布有多個(gè)窩眼(23);其特征在于壓電傳感器 ⑶通過樹脂膠粘在護(hù)種片(7)的內(nèi)側(cè)并正對(duì)窩眼(23);所述壓電傳感器⑶包括壓電薄膜(81)和鋁電極(82)，鋁電極(82)鍍覆在壓電薄膜(81)的上下表面上，導(dǎo)電銀膠將兩條信號(hào)傳輸線固定在鋁電極(82)的上下表面；所述壓電薄膜(81)由有機(jī)壓電薄膜聚合物制成，其寬度為30mm,長(zhǎng)度為IOmm,厚度為20 μ m Imm,壓電常數(shù)大于10pC/N,斷裂伸長(zhǎng)大于 10%，斷裂拉伸強(qiáng)度大于20MPa ；所述壓電傳感器(8)和所述轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)經(jīng)由信號(hào)處理和發(fā)送單元處理后無線發(fā)送給信號(hào)接收和報(bào)警單元，所述信號(hào)接收和報(bào)警單元安裝在駕駛室內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述有機(jī)壓電薄膜聚合物為聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物。
3.如權(quán)利要求2所述的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述壓電薄膜(81)的厚度為100 μ m,壓電常數(shù)為21pC/N ；
4.如權(quán)利要求2所述的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于壓電薄膜(81)的厚度為 150 μ m，壓電常數(shù)為30pC/N。
5.如權(quán)利要求2所述的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于壓電薄膜(81)的厚度為 500 μ m，壓電常數(shù)為62pC/N。
6.如權(quán)利要求3-5之一所述的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)處理和發(fā)送單元包括電荷放大電路、電壓放大電路、第一和第二濾波電路、整形電路、單片機(jī)、無線發(fā)送裝置、整形放大電路。
7.如權(quán)利要求6所述的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)速傳感器采用開關(guān)型霍爾轉(zhuǎn)速傳感器
8.如權(quán)利要求7所述的玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)型霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的型號(hào)為FJ8D-D10NK。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種玉米播種漏播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括安裝在每一播種單體上的排種器、安裝在每一播種單體上信號(hào)處理和發(fā)送單元、信號(hào)接收和報(bào)警單元。排種器包括排種輪、彈簧、護(hù)種片、壓電傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器；壓電傳感器通過樹脂膠粘在護(hù)種片的內(nèi)側(cè)；所述壓電傳感器包括壓電薄膜和鋁電極，鋁電極鍍覆在壓電薄膜的上下表面上，壓電薄膜由有機(jī)壓電薄膜聚合物制成。本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，并能自動(dòng)測(cè)試播種機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如出現(xiàn)漏播或輸種管堵塞故障時(shí)，駕駛員能夠根據(jù)信號(hào)接收和報(bào)警單元顯示的信號(hào)快速準(zhǔn)確的確定故障的位置，從而及時(shí)停車和排除故障。
文檔編號(hào)A01C7/20GK202873309SQ2012202093
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者賈洪雷, 黃東巖, 王增輝, 李士軍, 齊江濤, 周婧, 宮鶴, 祁悅 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)