农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统的设计

李海龙

摘要：针对农作物精量排种器存在的问题，设计农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统。简介智能监控系统在拖拉机上的安装位置及主要结构组成，论述传感器、控制器、主机、传动动力等关键部件的设计及选择，为提高农作物的播种质量提供机具基础。

关键词：智能监控;播种质量;设计;施肥;传感器;控制器;主机

中图分类号：S223.2+4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0042-03

当前，农作物精量播种过程大多为封闭状态，无法直接判断排种质量，常出现漏播及少播的现象，影响农作物产量的提高。尤其在大力推广免耕播种机的情况下，播种作业地表情况更复杂，作业环境更恶劣，排种器的故障更加突出。为此，辽宁省农业机械化研究设计了农作物播种、施肥自动化作业智能监控系统（简称“智能监控系统”），对农业谷物类作物（如玉米、花生、黄豆）播种情况（株距、漏播等）进行全程监测及相关传动部分控制，有效提高播种质量。

1 智能监控系统的结构组成

智能监控系统在拖拉机上的安装位置及主要结构组成见图1。

智能监控系统替代现有谷物类排种器以地轮为动力的固有模式，实时监测播种作业的位置、面积、剩余种量、预播种面积、漏播及补播、施肥配量、施肥漏施及补施、施肥面积等相关信息，根据预设播种参数和施肥参数及时做出相应的控制动作和报警，实现施肥、播种参数化作业。

2 智能监控系统关键部件的设计

2.1 传感器

采用3个红外线传感器对排种管进行监测，分别为漏种传感器、车速传感器和种量传感器。当发生漏播情况时，系统自动记录并发出警报;当连续漏播达到一定数量时，系统提示生产者停止作业。

漏种传感器安装于播种器内部，用于获取作业时播种器的漏种数量;车速传感器安装于机车地轮同心轴上，用于检测获取机车行驶里程及行驶车速;种量传感器安装于排种管中部，用于获取当前播种量。

2.2 控制器

基于TRIZ理论的反馈原理及嵌套原理设计的播种及补种控制器，能够根据种量传感器、漏种传感器及车速传感器的监测结果，自动控制播种间距精度、补种精度及施肥精度。

施肥控制器及与其连接的施肥电机，通过车载主机设置施肥参数，由施肥控制器根据设置参数控制施肥电机。

2.3 主机

车载主机用于设定作业参数，接收各传感器的反馈数据，并根据传感器数据计算播种和补种电机的转数，通过播种及补种控制器控制播种及补种电机，使机具满足作业设定的作业参数。

对相关参数（如种盘种数，施肥延迟时间，播种间距，行距，行宽等）进行设定后，系统自动计算出每亩所需的种量、肥量，并统计实际作业面积。

2.4 传动动力

地轮传动的稳定性直接影响排种器的排种质量，但在实际作业过程中，地轮经常打滑或在较复杂路段停止转动，无法满足精量排种的要求。为此，将排种器的传动动力由地轮改为电机传动。通过主控制器自动调节电机转数，达到精量播种的目的。

播种及补种控制器、播种电机安装于排种器2侧，驱动排种器根据设定速度排种;施肥控制器及施肥电机安装于施肥机具2侧，用于控制施肥电机的施肥量。

3 智能监控系统工作流程

智能监控系统的具体监控过程见图2。

车载主机根据车速传感器反馈值与设定的播种间距，计算作业范围内的理论用种量，并与种量传感器获取的播种量进行对比，据此判断播种状态是否正常。若播种量小于理论用种量，则存在漏播现象。

播种作业前，由拖拉机带动播种机行进指定距离，车速传感器记录指定行进距离内的脉冲数，根据脉冲数与行进距离的关系计算播种间距的调节系数。

作业过程中，主机根据种量传感器及车速传感器的反馈值计算实际播种间距，并计算与设定标准播种间距的误差。当超出误差范围时，通过调节排种盘转数调整播种间距。当误差范围在0%～85%之间时，系统判定作业不合格，进入精度误差细分环节。若不合格原因为漏播，系统将转入漏种控制单元，进行相应的动作;当不合格原因为连续漏播时，系统自动报警，提示排种器故障。当误差范围在85%～100%之间时，系统判定作业合格，由车载主机记录播种信息。

对排肥机构进行监测控制，使其能够配合排种器进行精准施肥，减少排肥量，减轻化肥对土地的危害，有利于环境保护。

4 结论

智能监控系统能有效监测农作物播种质量，用户预设系统参数后，系统自动计算排种器的电机转数，达到精准播种、排肥的目的。作业结束后，系统统计作业过程中的总排种量和作业面积，有效降低作业成本和提高经济效益。同时，系统解决了播种机和施肥机质量过大、传动部分故障多、漏播、排種量难控制等诸多问题，适合我国农业节能减排的发展方向，具有广阔的发展前景。

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