精密播种机监控系统的设计和研究

【摘要】在20世纪70年代中期，国外便开始对如何加快农业装备电子信息应用技术的问题进行研究，我国近几年在这方面也取得了相当大的进步。监控系统的工作原理分为早期人工测量方法，传感器检测法和利用计算机处理图像技术。要完善精密播种机的性能要从提高监控系统灵敏度和研制自动补偿式监控系统入手。

【关键词】精密播种机；监控系统

近些年来，电子工业迅速发展，机电结合的各种排种器监控系统也趋于成熟。农业生产中的最基础环节是播种，也是丰产丰收的重要保证。精密播种机随着播种技术的发展己经被广泛应用于现代农业播种。机械式播种机是现今我国最长使用的精密播种机，在播种作业过程中存在不同程度的漏播重播的问题造成农作物大量减产现象，其原因是在播种过程中全封闭特点，对精密播种机监测系统进行设计与研究将会提高精密播种的质量，这对实现现代化智能农业具有极其深远的意义。

1.国内外田间播种监控系统的研究成果

1.1国外监控系统研究成果

在播种监控这个方面，国外对其的研究比较优先， 发达国家加快了农业装备电子信息应用技术在农业机械的播种与镇压的电子监视播深控制等方面的研究。在20世纪70年代中期他们便开始对如何加快农业装备电子信息应用技术的问题进行研究，机械式报替器、机电信号式报替器和电子仪器是国外精播机上采用的监测和报警装里的3种类型， 这些监测系统实现播种故障的报警是通过对不同种类的排种器工作状况进行监控，与此同时，法国、美国、前苏联也为此都相继做了大量的实验。随着高科技的发展，一些先进技术已经进入监控系统的研究范畴之内，比如将GPS技术应用于监控系统。另外一些先进的监控系统还具备对各种播种参数进行运算显示的功能。

1.2国内监控系统研究成果

随着对国外不同类型精密播种机的不断引进吸收和我国对精密播种机监测系统研究投入的不断加大，我国精密播种机的研制工作在精密播种机监测系统方面的研究方面取得了极大的突破，由我国独立生产的新式播种机及新式播种机的监测系统不断涌现。国培光在1983年便开始对播种机的电子监视和报警装置进行研究，并研制成可以实现故障的声光报警和每行播种速度播种数量及播种面积等播种参数的数码显示功能的装置，其原理是传感器信号转化电路。我国近年来根据单片机技术，传感器技术信息技术和虚拟仪器技术的发展，经过进一步研究，从而在精密播种机监测系统的智能自动化上取得了巨大进步。我国河北农业大学的刘淑霞教授，经过不断研究实现，利用MCS-51单片机对重播、漏播分别进行不同方式的声光报警以实现精密播种机排种性能的监测，并可定时计算重播率、漏播率，并通过显示器显示需要的参数并打印下来。我国吉林工业大学的马旭通过对计算机图像处理技术的研究而建立了精密排种器性能检测系统。该系统采用图像增强、平滑、锐化及分割等预处理方法，来对种子动态图像进行详细分析，从而到达有效提高图像质量的作用，并为了明确检测精密排种器重播、漏播及合格指数的方法，从而提出了根据种子面积和种子间距来检测排种器性能的特征提取方式，满足了我国精密排种器性能检测的要求。

2.监控系统的工作原理

2.1早期人工测量方法

我国在20世纪60年代时播种机试验台设备较少，有的仅是利用黄油作为粘胶剂来固定下落种子且为仿制前苏联的新帆布带式排种器试验台。吸嘴装置被安在帆布带转弯处以便于吸取种子，这种设计的目的是为了减少粘胶消耗和简化清种工作。这种在粘胶带上采用人工测量播种性能的方法虽然检测比较直观，有可以在一定程度上反映种子的性能优点，但存在由于种子污染严重而无法回收重复利用，且工作条件较差，测量取样极其不方便的缺点。随着新技术的不断涌现，人工测量的方法已经别其他方法淘汰。

2.2传感器检测法

现代的光电传感器工作在播种检测上应用较广泛。通常在播种机的排种口装有光电传感器，光电传感器便在播种机排出一粒种子后便产生一个信号，然后经过放大整形送给单片机，单片机通过该信号可以知道有没有排出种子。在检测到该信号后，为保证每穴一粒的播种的质量，单片机便停止振动，若单片机未检测到有种子的排出就会继续振动，直到排出一粒种子。窝眼轮式、离心式和电磁振动式都是基于这种原理形成的。传感器检测最适用于检测漏播，但其缺点在于重播的检测准确性极差。

2.3利用计算机处理图像技术

计算机图像处理是利用摄像头每间隔一定的时间采集一幅图像后，通过采集卡把图像传送给计算机，再通过计算机对图像进行识别处理的原理，达到根据图像中的种子特征来判断是否出现漏播。从而在发生漏播时，计算机会进行报警和相关处理。分为中国农业机械化科学研究院的王红永研究的图像处理与机器人相结合的技术和通过对CCD摄像机的拍摄区域进行图像分割，提取种子特征，从而用计算机视觉技术来处理运动的物体两种方法。利用计算机视觉技术来处理运动的物体的原理是对图像进行滤波、增强、锐化、分割处理，从而确定根据种子边缘、面积及种子之间的距离来检测排种器的性能。计算机图像处理系统虽然有装置检测效果好的优点，但是存在结构复杂的缺点。

3.监控系统的发展趋势

根据目前国内外使用精密播种机的趋势可知，现有的精密播种机的性能还不够完事，不能完全满足农业上的要求，所以监测技术的研究仍要继续。监控系统发展的重要的一环和精播机监控系统发展的第一走向是提高监控系统灵敏度。现在很多研究是以微型单片机为基础来进行控制监控装置。单片机应该在程序设置的时间上实现对监视传感器、转换线路和报警系统的监控来提高报警灵敏度。应该研发在监控系统检测到有故障造成不能正常播种是报警系统可以瞬时启动，同时启动补偿系统代替出故障的部件，从而继续播种的系统。这样就可以避免漏种现象的发生。因此若想要减少漏种造成的损失，提高播种机的工作质量，以达到进一步地提高自动化、智能化水平的目的，可以从研制自动补偿式监控系统入手。

结语

随着精密播种技术的迅速发展，监控装置也在完善。监控系统性能的好坏对播种的质量有特别大的影响，研究精播机监控系统发展的重要方法是提高监控系统的灵敏度和研究自动补偿式监控系统。其中，提高监控系统灵敏度是精播机监控系统的发展方向。采用自动补式监控系统来加快自动补偿式监控系统的研制，不仅可节约社会劳动力，减轻劳动强度，还可以大大减少漏种造成的损失，以达到极大提高播种机的工作质量，进一步提高系统的自动化和智能化的目的。

参考文献

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