光電式高抗塵播種傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)裝備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及光電式高抗塵播種傳感器，該傳感器包括：密封殼體、密封殼上蓋、發(fā)光管、接收管、電路板，其中：密封殼上蓋與密封殼體相連；發(fā)光管、接收管的引腳與電路板相連；電路板安裝在密封殼體中。
【專利說明】光電式高抗塵播種傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)裝備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及光電式高抗塵播種傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]播種機(jī)作業(yè)時(shí)，地輪通過傳動(dòng)鏈條帶動(dòng)排種軸轉(zhuǎn)動(dòng)，排種器排出種子，種子經(jīng)過播種管下落到田間，從而實(shí)現(xiàn)播種。播種時(shí)常常會(huì)由于種箱缺種、傳動(dòng)鏈條故障、排種器卡種、播種管堵塞等故障，使得沒有種子或種子無法下落到田間，造成漏播，降低了農(nóng)作物產(chǎn)量。
[0003]在播種機(jī)上安裝播種監(jiān)測系統(tǒng)是監(jiān)測漏播最有效的方法。播種傳感器是播種監(jiān)測系統(tǒng)最重要的部分，其安裝在播種管上，監(jiān)測播種管內(nèi)種子流動(dòng)情況。常用的播種傳感器有電容式和光電式兩種。電容式播種傳感器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，不適合大規(guī)模普及。光電式播種傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，適合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。光電式播種傳感器一般是在播種管的一側(cè)安裝發(fā)光管，另一側(cè)安裝接收管，接收管與比較器相連。種子下落會(huì)遮擋光束，接收管的接收光強(qiáng)發(fā)生變化，進(jìn)而比較器輸出信號發(fā)生變化。根據(jù)比較器輸出信號可以得到播種狀態(tài)，從而監(jiān)測漏播現(xiàn)象。
[0004]現(xiàn)有的光電式播種傳感器存在的技術(shù)問題如下:
[0005]1、抗塵性能差，容易受到田間灰塵影響，降低傳感器監(jiān)測準(zhǔn)確性和靈敏度。
[0006]2、輸出信號一般為開關(guān)量或模擬量信號,在傳輸過程中容易受到電磁干擾。
[0007]3、只監(jiān)測是否漏播，不能監(jiān)測播種機(jī)作業(yè)的播種量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的光電式播種傳感器抗塵性能差，容易受到田間灰塵影響，傳感器監(jiān)測準(zhǔn)確性和靈敏度低，容易受到電磁干擾，不能監(jiān)測播種機(jī)作業(yè)的播種量的問題。
[0009]為此目的，本實(shí)用新型提出光電式高抗塵播種傳感器，該傳感器包括:密封殼體、密封殼上蓋、發(fā)光管、接收管、電路板，其中:密封殼上蓋與密封殼體相連；發(fā)光管、接收管的引腳與電路板相連；電路板安裝在密封殼體中。
[0010]其中，所述電路板包括:中央處理器、基準(zhǔn)電壓單元、CAN收發(fā)單元、存儲芯片、晶振電路、復(fù)位單元，其中，中央處理器包括:AD采集單元、信號處理單元、CAN控制單元。
[0011]其中，所述接收管的引腳與電路板相連包括:接收管的引腳與AD采集單元相連，所述AD采集單元采集所述接收管的電壓信號；所述信號處理單元處理AD采集單元采集到的電壓信號；所述CAN控制單元將所述信號處理單元輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN收發(fā)單元；所述CAN收發(fā)單元將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線信號。
[0012]其中，所述發(fā)光管、接收管的數(shù)量相等；所述電路板為圓環(huán)形；所述發(fā)光管、接收管在電路板的內(nèi)圓均勻分布且發(fā)光管、接收管在內(nèi)圓的直徑兩端。
[0013]其中，所述密封殼體、密封殼上蓋的邊緣部分有數(shù)量相等的均勻分布的螺紋孔，所述密封殼上蓋與密封殼體相連包括:所述密封殼上蓋與密封殼體通過螺紋孔中的螺絲相連。
[0014]其中，所述密封殼體包括一個(gè)圓環(huán)形凹槽和一個(gè)中空的圓柱形筒體，所述筒體插入所述圓環(huán)形凹槽的內(nèi)圓，所述筒體包括多個(gè)均勻分布于筒體圓周的孔；所述密封殼上蓋為環(huán)形柱體，所述密封殼體的中空的圓柱形筒體從密封殼上蓋的內(nèi)圓中伸出。
[0015]其中，所述電路板安裝在密封殼體中包括:所述電路板安裝在密封殼體的圓環(huán)形凹槽里；所述發(fā)光管、接收管從密封殼體的中空的圓柱形筒體上的孔伸出。
[0016]較佳的，所述傳感器進(jìn)一步包括:引出線纜；所述密封殼上蓋進(jìn)一步包括:圓孔；所述圓孔上安裝密封接頭，所述引出線纜的一端插入安裝有密封接頭的圓孔并與電路板相連，所述引出線纜的另一端與四芯接頭相連。
[0017]其中，播種管插入所述傳感器的密封殼體的中空的圓柱形筒體并用卡箍固定。
[0018]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供的傳感器的有益效果是:
[0019]抗塵性能、抗電磁干擾性能、監(jiān)測準(zhǔn)確性和反應(yīng)靈敏度均提高，并且能夠監(jiān)測漏播和播種量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖l(a)_l(d)示出了本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例的光電式高抗塵播種傳感器的組成部件；其中圖1(a)是光電式高抗塵播種傳感器的密封殼上蓋結(jié)構(gòu)圖；圖1(b)是光電式高抗塵播種傳感器密封殼體結(jié)構(gòu)圖；圖1(c)是光電式高抗塵播種傳感器發(fā)光和接收管分布圖；圖1(d)是光電式高抗塵播種傳感器安裝示意圖；
[0022]圖2示出了本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例的發(fā)光管與接收管的電路圖；
[0023]圖3示出了本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例的光電式高抗塵播種傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不能用來限制本實(shí)用新型的范圍。
[0025]本實(shí)施例具體公開一種光電式高抗塵播種傳感器，如圖1 (a)-l(d)所示，該傳感器包括:密封殼體1、密封殼上蓋2、發(fā)光管7、接收管8、電路板9，其中:
[0026]密封殼上蓋2與密封殼體I相連；發(fā)光管7、接收管8的引腳與電路板9相連；電路板9安裝在密封殼體I中。
[0027]電路板9包括:中央處理器、基準(zhǔn)電壓單元、CAN收發(fā)單元、存儲芯片、晶振電路、復(fù)位單元，其中，中央處理器包括:AD采集單元、信號處理單元、CAN控制單元。
[0028]所述接收管8的引腳與電路板9的AD采集單元相連，所述AD采集單元用于采集所述接收管8的電壓信號；所述信號處理單元用于處理AD采集單元采集到的電壓信號，得到播種管14的狀態(tài)及播種量。
[0029]播種管14的狀態(tài)包括:無種狀態(tài)、正常播種狀態(tài)及堵塞狀態(tài)，當(dāng)播種管14為無種狀態(tài)時(shí)，接收管8的光強(qiáng)均處于最大狀態(tài)，輸出電壓最大；當(dāng)播種管14為正常播種狀態(tài)時(shí)，一部分光束被遮擋，至少有一個(gè)接收管8的光強(qiáng)減小，輸出電壓降低，播種量增加一粒；當(dāng)播種管14為堵塞狀態(tài)時(shí)，光束全部被遮擋，接收光強(qiáng)最小，輸出電壓最低。
[0030]所述CAN控制單元用于將所述信號處理單元輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN收發(fā)單元；所述CAN收發(fā)單元將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線信號；所述基準(zhǔn)電壓單元用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓信號，該信號不會(huì)隨著電源電壓的波動(dòng)而變化，AD采集單元采集該基準(zhǔn)電壓信號，作為電壓轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。
[0031]所述發(fā)光管7、接收管8的數(shù)量相等，本實(shí)施例中均為4個(gè)；所述電路板9為圓環(huán)形；所述發(fā)光管7、接收管8在電路板9的內(nèi)圓均勻分布且發(fā)光管7、接收管8在內(nèi)圓的直徑兩端。
[0032]所述密封殼體1、密封殼上蓋2的邊緣部分有數(shù)量相等(本實(shí)施例中均為6個(gè))的均勻分布的螺紋孔4，所述密封殼上蓋2與密封殼體I通過螺紋孔4中的螺絲13相連。
[0033]所述密封殼體I包括一個(gè)圓環(huán)形凹槽6和一個(gè)中空的圓柱形筒體16,所述筒體16插入所述圓環(huán)形凹槽6的內(nèi)圓,所述筒體16包括8個(gè)均勻分布于筒體圓周的孔5 ;所述密封殼上蓋2為環(huán)形柱體，所述密封殼體I的中空的圓柱形筒體16從密封殼上蓋2的內(nèi)圓中伸出。
[0034]所述電路板9安裝在密封殼體I的圓環(huán)形凹槽6里，安裝螺絲13時(shí)，密封殼上蓋2會(huì)將電路板9壓緊固定；所述發(fā)光管7、接收管8從密封殼體I的中空的圓柱形筒體16上的孔5伸出。
[0035]本實(shí)施例中所述發(fā)光管7為功率大、發(fā)散小的紅外發(fā)光二極管，所述接收管8為功率大、發(fā)散小的紅外光電三極管。4個(gè)發(fā)光管7和4個(gè)接收管8呈“米”字型排列，可保證種子下落時(shí)，一定會(huì)遮擋光束。
[0036]較佳的，所述傳感器進(jìn)一步包括:引出線纜11，所述引出線纜11的作用有以下兩點(diǎn):(I)接供電電源，給傳感器供電；(2)引出CAN總線信號，可與上位機(jī)通信。
[0037]較佳的，所述密封殼上蓋2進(jìn)一步包括:圓孔3 ;所述圓孔3上安裝密封接頭10，所述引出線纜11的一端插入安裝有密封接頭10的圓孔3并與電路板9相連，所述引出線纜11的另一端與四芯接頭12相連，在圖1(d)中，四芯接頭12的上面四芯與上位機(jī)連接，其中，所述密封接頭10作用為:防塵、防水，固定引出線纜11。
[0038]其中，播種管14插入所述傳感器的密封殼體I的中空的圓柱形筒體16并用卡箍15固定。
[0039]如圖2所示，紅外發(fā)光二極管的陽極經(jīng)過限流電阻(Rl?R4)后接至電源VCCjI外發(fā)光二極管的陰極接地。紅外光電三極管的集電極接電源VCC，紅外光電三極管的發(fā)射極通過電阻(R5?R8)接地。各光電三極管的輸出電壓(USensOTQutl?USensOTQut4)分別接入到中央處理器的AD采集單元的4個(gè)端口。
[0040]如圖3所示，中央處理器分別采集4個(gè)接收管輸出信號，同時(shí)還采集由基準(zhǔn)電壓單元產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓信號，以基準(zhǔn)電壓為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算每次采集到的接收管輸出電壓，可避免AD采集單元受到電源電壓變化影響，提高精度。采集完成后，經(jīng)過信號處理后，得到播種管播種狀態(tài)和播種量，然后通過CAN總線發(fā)送。電路板上還集成有存儲芯片，可儲存參數(shù):堵塞閾值隊(duì)、差值Λ U及采集次數(shù)N，其中，堵塞閾值Ul為一預(yù)設(shè)定電壓值，接收管8的電壓小于該值，表示接收管8輸出電壓很??；差值A(chǔ)U同樣為一預(yù)設(shè)定電壓值，接收管8電壓的變化如果小于該值，表示接收管8輸出信號變化很小。
[0041]電路板9的信號處理單元使用硬件實(shí)現(xiàn)。所述信號處理單元的信號處理流程如下:
[0042]在一個(gè)采樣周期T時(shí)間內(nèi)，中央處理器中的AD采集單元依次采集四個(gè)接收管8的輸出電壓，每個(gè)均采集N次，共得到四組電壓，每組有N個(gè)電壓值，每次采集的電壓記為Uij(i表示接收管編號，l≤i≤4 ；j表示第幾次采集，I ≤j ≤ N)。
[0043]經(jīng)過處理得到每組電壓的最大值，記為(Ui)max (I≤i≤4)。
[0044]如果每個(gè)接收管8的(Ui)niax均小于隊(duì)，表示四個(gè)接收管8幾乎沒有接收到發(fā)光管發(fā)出的紅外光，播種管狀態(tài)為堵塞，播種量不增加，結(jié)束此次處理；否則，進(jìn)入下一步驟。
[0045]處理得到4組電壓變化最大值(AUi)max (l≤i≤ 4)，再求出4個(gè)值中的最大值A(chǔ)Umax，表示在一個(gè)采樣周期T內(nèi)，接收光強(qiáng)的最大變化。[0046]如果接收光強(qiáng)的最大變化很小(Λ Umax〈 Δ U)，則表示沒有種子下落，光強(qiáng)的變化可能是由灰塵引起的，播種狀態(tài)為無種，播種量不增加；反之，播種狀態(tài)為正常播種，播種量增加一粒。結(jié)束播種狀態(tài)處理。
[0047]播種傳感器的監(jiān)測準(zhǔn)確性取決于隊(duì)和Λ U的取值，播種傳感器的監(jiān)測靈敏度取決于采集次數(shù)N的選取，為了保證準(zhǔn)確性和靈敏度，對于不同作業(yè)條件和糧食種類，Ul, Λ U和N的取值不同。預(yù)設(shè)定的UL、AU和N，存儲在電路板9的儲存芯片中。
[0048]得到播種狀態(tài)和播種量后，中央處理器的CAN控制單元將播種狀態(tài)和播種量消息經(jīng)過CAN收發(fā)單元轉(zhuǎn)換成CAN總線信號后發(fā)送，可以增強(qiáng)輸出信號的抗電磁干擾能力。CAN總線通信速度很快，上位機(jī)可以很快地接收到狀態(tài)消息，不會(huì)影響監(jiān)測靈敏度。另外利用CAN總線能夠很方便地組網(wǎng)，上位機(jī)只需要具有I個(gè)CAN通信接口，就可以快速接收多路播種傳感器信號，這樣就使得上位機(jī)設(shè)計(jì)簡單，成本低廉。
[0049]由上位機(jī)為每個(gè)播種傳感器分配一個(gè)ID，所述ID標(biāo)識播種傳感器安裝在播種機(jī)的哪一行。
[0050]上位機(jī)或其他具有CAN接口的設(shè)備，按照設(shè)計(jì)好的CAN接口協(xié)議，可以給傳感器發(fā)送CAN消息，完成對隊(duì)、AU、N和傳感器ID等參數(shù)的修改，以適應(yīng)不同種類種子、不同作業(yè)條件的漏播監(jiān)測。
[0051]本實(shí)施例提供的傳感器的有益效果是:
[0052]1、發(fā)光管和接收管均采用紅外式、功率大、發(fā)散小的器件，可以增加接收光強(qiáng)，有利于監(jiān)測。采用4個(gè)發(fā)光管和接收管，呈“米”字型排列，檢測范圍可覆蓋整個(gè)播種管橫截面，不會(huì)出現(xiàn)漏檢。
[0053]2、分別采集并處理4個(gè)接收管的輸出，得到接收管輸出的最大變化，可以有效降低灰塵影響。
[0054]3、針對不同作業(yè)條件和糧食種類，選取合理的N、隊(duì)和Λ U值，減小并消去灰塵影響，以確保高準(zhǔn)確性和高靈敏度，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)漏播。
[0055]4、傳統(tǒng)的播種傳感器輸出的是模擬信號或開光量信號，本實(shí)施例中的光電式高抗塵播種傳感器使用CAN總線信號與上位機(jī)通信，不僅簡化播種檢測系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì)，而且能夠提升光電式高抗塵播種傳感器抗電磁干擾的能力，保證監(jiān)測實(shí)時(shí)性；可以接收CAN消息，方便實(shí)現(xiàn)參數(shù)修改。
[0056]5、通過密封殼體1、密封殼上蓋2及密封接頭10提升了光電式高抗塵播種傳感器的抗塵性能，實(shí)現(xiàn)了播種狀態(tài)的及時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)漏播現(xiàn)象。
[0057]6、通過電路板9的中央處理器中的信號處理單元實(shí)現(xiàn)播種量的準(zhǔn)確監(jiān)測。
[0058]7、本實(shí)施例中的光電式高抗塵播種傳感器實(shí)現(xiàn)了不同作業(yè)條件和糧食種類的播種監(jiān)測。
[0059]雖然結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.光電式高抗塵播種傳感器，其特征在于，該傳感器包括: 密封殼體、密封殼上蓋、發(fā)光管、接收管、電路板，其中: 密封殼上蓋與密封殼體相連； 發(fā)光管、接收管的引腳與電路板相連； 電路板安裝在密封殼體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述電路板包括:中央處理器、基準(zhǔn)電壓單元、CAN收發(fā)單元、存儲芯片、晶振電路、復(fù)位單元，其中，中央處理器包括:AD采集單元、信號處理單元、CAN控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，所述接收管的引腳與電路板相連包括:接收管的引腳與AD采集單元相連，所述AD采集單元采集所述接收管的電壓信號；所述信號處理單元處理AD采集單元采集到的電壓信號；所述CAN控制單元將所述信號處理單元輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN收發(fā)單元；所述CAN收發(fā)單元將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于，所述發(fā)光管、接收管的數(shù)量相等；所述電路板為圓環(huán)形；所述發(fā)光管、接收管在電路板的內(nèi)圓均勻分布且發(fā)光管、接收管在內(nèi)圓的直徑兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述密封殼體、密封殼上蓋的邊緣部分有數(shù)量相等的均勻分布的螺紋孔，所述密封殼上蓋與密封殼體相連包括:所述密封殼上蓋與密封殼體通過螺紋孔中的螺絲相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述密封殼體包括一個(gè)圓環(huán)形凹槽和一個(gè)中空的圓柱形筒體，所述筒體插入所述圓環(huán)形凹槽的內(nèi)圓，所述筒體包括多個(gè)均勻分布于筒體圓周的孔；所述密封殼上蓋為環(huán)形柱體，所述密封殼體的中空的圓柱形筒體從密封殼上蓋的內(nèi)圓中伸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4或6所述的傳感器，其特征在于，所述電路板安裝在密封殼體中包括:所述電路板安裝在密封殼體的圓環(huán)形凹槽里；所述發(fā)光管、接收管從密封殼體的中空的圓柱形筒體上的孔伸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的傳感器，其特征還在于，所述傳感器進(jìn)一步包括:引出線纜；所述密封殼上蓋進(jìn)一步包括:圓孔；所述圓孔上安裝密封接頭，所述引出線纜的一端插入安裝有密封接頭的圓孔并與電路板相連，所述引出線纜的另一端與四芯接頭相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的傳感器，其特征在于，播種管插入所述傳感器的密封殼體的中空的圓柱形筒體并用卡箍固定。
【文檔編號】G01D5/34GK203744991SQ201420109288
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】梅鶴波, 孟志軍, 王沛東, 付衛(wèi)強(qiáng), 武廣偉, 董建軍, 周長偉, 包涵 申請人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心