本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機械測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種聯(lián)合收獲機谷物流量測量裝置及方法。
背景技術(shù)：
：隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，通過對農(nóng)田土壤狀況與生產(chǎn)效益的研究，提高土壤生產(chǎn)力，調(diào)節(jié)農(nóng)田作物的投入，實現(xiàn)以最少的成本達(dá)到同等或更高的收益。谷物流量監(jiān)測裝置為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供管理資料和決策依據(jù)。聯(lián)合收獲機在作業(yè)過程中谷物的流量測量受作業(yè)溫度高，振動噪聲大，水田地表不平整和秸稈雜余干擾因素多，傳感器探頭容易吸附灰塵等影響測量精度,因此開發(fā)出能精確、穩(wěn)定測量谷物流量的裝置具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者針對光電式谷物流量傳感器的測量裝置進(jìn)行了許多嘗試，其原理為通過測量谷物對光電式傳感器發(fā)射光線的遮擋時間測量，通過計算遮擋時間推算出作業(yè)時間下流過的谷物體積，通過在設(shè)定的時間間隔內(nèi)(或機器對應(yīng)行程間距內(nèi))計算谷物流量。其測量方式為非接觸測量，不受作業(yè)溫度、谷物水分影響，適應(yīng)農(nóng)田復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。為了提高測量精度，控制器預(yù)先輸入谷物密度ρ參數(shù)，根據(jù)谷物的分布確定標(biāo)定參數(shù)，對流量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。德國CLAAS公司研制的RDSCeresIISystem，使用光電式測產(chǎn)原理，其裝置測量谷物在輸糧葉片帶動下遮擋發(fā)射器光線時，測量光束被遮擋的中斷時間計算谷物體積，通過測量單位時間內(nèi)螺旋輸送器通過的谷物體積，在作業(yè)前手動測量谷物密度，并輸入到主控制中，計算出谷物實時質(zhì)量流量?！痘诠怆娫淼娜莘e式谷物流量傳感器試驗研究》中李民贊等設(shè)計開發(fā)了基于光電式的聯(lián)合收獲機谷物產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)，采用89C2051單片機作為主控制器，在谷物輸糧裝置內(nèi)安裝升運器刮板，刮板兩側(cè)安裝對射式光電傳感器測量谷物體積，光電信息通過555芯片構(gòu)成的施密特觸發(fā)信號給單片機外部中斷計時，單片機將時間信息由標(biāo)定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為流量信息；其裝置在實驗室內(nèi)利用旋轉(zhuǎn)碼盤模擬谷物流量，對傳感器測量精度進(jìn)行了分析。聯(lián)合收獲機的谷物流量測量裝置及測產(chǎn)方法(CN101248721)公開了一種利用脈沖計量輪的測量谷物的流量的測量裝置，通過測量單位時間內(nèi)裝滿谷粒的刮板輪的個數(shù)計算谷物流量，并測量了空氣濕度對谷物含水率的影響?；诠怆娋幋a器的谷物流量傳感器(CN101368835)公開了一種光電編碼器式谷物流量傳感器，采用連軸套環(huán)裝置，將光電編碼器與受力軸承相連，利用套環(huán)的偏轉(zhuǎn)角位移測量流量信號。調(diào)研了國內(nèi)外的光電式流量傳感器，國外的光電式流量測量裝置因技術(shù)保護(hù)并未對國內(nèi)公開，其產(chǎn)品不能適應(yīng)國內(nèi)的聯(lián)合收獲機械和復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境；國內(nèi)的光電式流量測量裝置測量精度低沒有考慮農(nóng)田復(fù)雜的環(huán)境；已公開的研究多采用單一可見光或紅外發(fā)射器，其探頭容易積灰影響測量精度。針對國內(nèi)聯(lián)合收獲機輸糧機構(gòu)的特點，考慮到收獲機復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，流量測量傳感器激光探頭為穿透力強的激光發(fā)射器，減少秸稈雜余造成的影響；針對聯(lián)合收獲機車身傾斜谷物分布不均安裝與谷物分布相適應(yīng)的傳感器，并采用激光陣列式傳感器對谷物分布不均造成的誤差給出補償修正誤差，通過研究輸糧裝置升運器轉(zhuǎn)速與刮板谷物過程成像分析；對陣列式傳感器各路信息進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，提高測量精度。設(shè)計容易安裝，結(jié)構(gòu)簡單，測量性能穩(wěn)定的谷物流量測量裝置。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于激光對射式陣列傳感器的谷物流量測量裝置及方法，采用的技術(shù)方案如下：一種基于激光對射式陣列傳感器的谷物流量測量裝置，包括傳感器單元和單片機；所述傳感器單元包括若干個激光對射式陣列傳感器、傾角傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器；所述激光對射式陣列傳感器、傾角傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器均與所述單片機相連；所述若干個激光對射式陣列傳感器位于X-Y平面內(nèi)、并且分別沿X軸方向和Y軸方向布置，包括發(fā)射裝置和接收裝置；所述X-Y平面與刮板平面平行，X軸為沿刮板左下角到右上角的對角線方向，Y軸為沿刮板右下角到左上角對角線方向；所述發(fā)射裝置為激光發(fā)射器，通過連接支架安裝在升運器內(nèi)壁上；所述接收裝置為光敏二極管，通過連接支架安裝在升運器內(nèi)壁上，所述光敏二極管在沒有光信號輸入時輸出高電平；所述傾角傳感器用于測量升運器傾斜角，所述轉(zhuǎn)速傳感器用于測量升運器驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速；所述單片機通過定時器記錄光敏二極管輸出高電平的時間，根據(jù)升運器刮板的移動速度計算出沿X軸、Y軸方向每一路激光對射式陣列傳感器對應(yīng)測量區(qū)域的谷物高度；所述單片機還根據(jù)每路激光對射式陣列傳感器測量的區(qū)域大小，獲得X、Y方向每一路激光對射式陣列傳感器對應(yīng)區(qū)域谷物的體積；所述單片機通過對各路測量區(qū)域谷物體積求和實現(xiàn)對谷物流量的測量。進(jìn)一步，所述傾角傳感器安裝在所述連接支架上；所述轉(zhuǎn)速傳感器采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，安裝在升運器驅(qū)動輪上。進(jìn)一步，X軸方向布置的傳感器均勻分布，個數(shù)為4個；Y軸方向布置的傳感器均勻分布，個數(shù)為4個；所述X軸方向的傳感器和所述Y軸方向的傳感器能夠?qū)⑸\器刮板等分為32份。進(jìn)一步，所述光敏二極管的輸出經(jīng)過信號處理電路處理之后送至所述單片機；所述信號處理電路包括依次相連的：由運算放大器A組成的電流I/電壓U轉(zhuǎn)化電路、運算放大器B組成的低頻濾波電路、由可調(diào)電阻R8和運算放大器C組成的放大電路。進(jìn)一步，還包括鍵盤電路，所述鍵盤電路與所述單片機相連，通過鍵盤電路輸入谷物密度，單片機根據(jù)谷物密度和體積流量信息計算出谷物的質(zhì)量流量。進(jìn)一步，還包括液晶顯示器，所述液晶顯示器與所述單片機相連，用于實時顯示收獲機作業(yè)信息及測量的谷物流量信息。本發(fā)明還提出了一種基于激光對射式陣列傳感器的谷物流量測量方法，包括如下步驟：S1、將兩組激光對射式陣列傳感器分別安裝在升運器刮板的左右兩側(cè)，即水平面的X方向和Y方向，X方向和Y方向垂直，激光對射式陣列傳感器的發(fā)射裝置和接收裝置一一對應(yīng)安裝且發(fā)射光線與刮板水平平行；谷物籽粒在升運器刮板內(nèi)勻速的被輸送到糧倉，當(dāng)谷物沿升運器移動方向經(jīng)過激光對射式陣列傳感器時，谷物會遮擋發(fā)射裝置發(fā)射出的激光光線：X方向發(fā)射的光線被沿X正方向分布的谷物遮擋，X方向傳感器接收裝置沒有光信號輸入則輸出高電平，高電平信息經(jīng)信號處理電路處理后送給單片機定時器記錄谷物遮擋時間，沿X方向的激光對射式陣列傳感器均勻分布在X方向，不同體積分布的谷物會使沿對應(yīng)方向安裝的接收裝置輸出高低電平時間發(fā)生變化，由單片機定時器記錄高電平時間，以此分別測量沿X方向的谷物流；Y方向發(fā)射的光線被沿Y方向分布的谷物遮擋，Y方向傳感器接收裝置沒有光信號輸入則輸出高電平，高電平信息經(jīng)信號處理電路處理后送給單片機定時器記錄谷物遮擋時間，沿Y方向的激光對射式陣列傳感器均勻分布在Y方向，不同體積分布的谷物會使沿對應(yīng)方向安裝的激光接收器輸出高低電平時間發(fā)生變化，以此分別測量沿Y方向的谷物流；S2、通過單片機定時器記錄兩組接收裝置的光束信號的遮擋時間，根據(jù)升運器刮板的移動速度可以計算出測量沿X、Y方向每一路激光對射式陣列傳感器對應(yīng)測量區(qū)域的谷物高度；再根據(jù)每路激光對射式陣列傳感器測量的區(qū)域大小，可以獲得X、Y方向每一路激光對射式陣列傳感器對應(yīng)區(qū)域谷物的體積，通過對各路測量區(qū)域谷物體積求和實現(xiàn)對谷物流量的測量；進(jìn)一步，所述X方向上的傳感器和所述Y方向上的傳感器分別設(shè)置為4路。進(jìn)一步，步驟S2還包括：S2.1、由X和Y方向上的傾角傳感器測量記錄作業(yè)區(qū)域的升運器傾斜角，根據(jù)升運器傾斜角計算單位時間內(nèi)谷物體積等效遮擋時間q(t)：q(t)＝(θxX)A(θyY)；其中：X＝(x1(t)x2(t)x3(t)x4(t))Y＝(y1(t)y2(t)y3(t)y4(t))TA=abcdbabccbabdcba]]>θx為X方向上的傾斜角，θy為Y方向上的傾斜角；矩陣X為X方向的4個不同安裝位置的接收裝置高電平輸出時間值xi(t)，i＝1,2,3,4；矩陣Y為Y方向的4個不同安裝位置的接收裝置高電平輸出時間值yi(t)，i＝1,2,3,4；系數(shù)矩陣A中的a、b、c、d參數(shù)為沿X方向、Y方向上相鄰的激光對射式陣列傳感器之間的間隔；S2.2、根據(jù)安裝在升運器驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)速傳感器測得的轉(zhuǎn)速信息，計算出谷物體積流量Q(t)：Q(t)＝2πn*R*q(t)；其中，n為輸糧升運器驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速；R為升運器驅(qū)動輪半徑。進(jìn)一步，還包括測量過程中的谷物成像的方法：利用均勻安裝在不同位置的激光對射式陣列傳感器記錄刮板上不同區(qū)域的籽粒分布，通過對接收裝置輸出高電平的時間與測量位置的計算，可對谷物進(jìn)行過程分析成像技術(shù)處理，重建谷物在刮板上的分布；具體處理方法如下：按X方向、Y方向激光對射式陣列傳感器發(fā)射光線的分布將谷物升運器刮板等分為16個中心子區(qū)域和16個邊緣子區(qū)域，每個中心子區(qū)域中是否有谷物由對應(yīng)測量方向的激光傳感器xi和yi共同確定，當(dāng)單片機定時器記錄的傳感器xi和傳感器yi的接收裝置輸出同時為高電平時，則該區(qū)域(xi,yi)的發(fā)射光線被谷物完全遮擋，說明區(qū)域(xi,yi)有谷物覆蓋；對應(yīng)的16個邊緣子區(qū)域，所述邊緣子區(qū)域以其相鄰區(qū)域左右兩側(cè)的邊緣子區(qū)域信號的有無來確定該邊緣子區(qū)域是否有谷物覆蓋。本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明能夠使聯(lián)合收獲機在復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境下獲取精確的谷物流量信息，為農(nóng)田作業(yè)產(chǎn)量圖繪制提供技術(shù)支持。流量測量裝置能夠在實驗室和田間環(huán)境下進(jìn)行精準(zhǔn)度實時校正，通過按鍵模塊修改流量測量參數(shù)，減小谷物密度、地面不平、秸稈雜余造成的誤差；縮短谷物流量測產(chǎn)裝置的研發(fā)周期，提高裝置的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性。2、激光陣列式傳感器中出射光發(fā)射探頭容易積灰影響測量精度，采用穿透力強的激光發(fā)射器，減少秸稈雜余造成的影響。針對收獲機械車身傾斜谷物分布不均安裝與谷物分布相適應(yīng)的傳感器，并采用激光陣列式傳感器對谷物分布不均造成的誤差給出補償修正誤差，通過測量輸糧裝置升運器刮板轉(zhuǎn)速進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。同時利用谷物過程成像分析技術(shù)進(jìn)行升運器刮板谷物分析，將過程中升運器刮板上谷物分布區(qū)域面積求和，計算瞬時谷物流量，減小測量誤差。3、激光陣列式流量傳感器為非接觸測量，裝置結(jié)構(gòu)簡單，不受作業(yè)溫度、谷物水分影響，適應(yīng)農(nóng)田復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。陣列傳感器從X和Y方向上激光陣列式傳感器均勻分布，可獲取X、Y方向上谷物分布信息，為過程成像分析谷物分布提供依據(jù)。陀螺儀傳感器測量升運器在地面不平整時引起的X、Y方向上的傾斜角，作為體積流量誤差計算補償參數(shù)，且測量的傾斜角可作為地面不平整信息。附圖說明圖1是激光陣列式谷物流量測量原理圖；圖2是本發(fā)明原理框圖；圖3是激光對射式陣列傳感器裝置示意圖；圖4是傳感器輸出信號處理電路圖；圖5是谷物過程分析成像技術(shù)處理示意圖；圖6是谷物流量測量程序流程圖；圖7是谷物流量測量顯示界面。圖中標(biāo)記：1--X方向傳感器發(fā)射裝置，1-1--X方向傳感器接收裝置，2--X方向傾角傳感器，3--Y方向傳感器發(fā)射裝置，3-1--Y方向傳感器接收裝置，4--Y方向傾角傳感器，5--升運器刮板，6--籽粒堆，7--谷物輸糧升運器，8--升運器傳送帶，9--升運器驅(qū)動輪，10—霍爾轉(zhuǎn)速傳感器。具體實施方式本發(fā)明提出一種激光陣列式谷物流量測量裝置及方法，克服了傳統(tǒng)光電式傳感器對于刮板籽粒分布不均、探頭積灰測量誤差大的問題，測量的谷物流量精確，可以在線作業(yè)過程中對刮板谷物分布進(jìn)行重現(xiàn)。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。激光陣列式谷物流量測量裝置如圖1、圖2所示，本發(fā)明的谷物流量測量裝置包括X-Y平面內(nèi)的X方向傳感器發(fā)射裝置1和Y方向傳感器發(fā)射裝置3發(fā)射激光到升運器刮板5的兩組激光對射式陣列傳感器、升運器刮板轉(zhuǎn)速傳感器10、升運器X方向傾角傳感器2、Y方向傾角傳感器4以及單片機、按鍵模塊和LCD液晶顯示器。所述激光對射式陣列傳感器通過信號處理電路與所述單片機相連，所述升運器刮板轉(zhuǎn)速傳感器10、X方向傾角傳感器2、Y方向傾角傳感器4、所述鍵盤電路以及所述LCD液晶顯示器均與所述單片機相連。通過在聯(lián)合收獲機谷物輸糧升運器7的升運器傳送帶8上安裝升運器刮板5，將Z方向豎直升運器傳送刮板內(nèi)的籽粒堆6輸送到糧箱里。其中，X-Y平面與刮板平面平行，Z軸正方向為升運器刮板運動方向，X軸為沿刮板左下角到右上角的對角線方向，Y軸為沿刮板右下角到左上角對角線方向。如圖3所示，在X方向和Y方向兩側(cè)分別安裝4組激光對射式陣列傳感器，所述傳感器包括發(fā)射裝置和接收裝置，發(fā)射裝置(包括X方向傳感器發(fā)射裝置1和Y方向傳感器發(fā)射裝置3)通過連接支架安裝在升運器內(nèi)壁，接收裝置(包括X方向傳感器接收裝置1-1和Y方向傳感器接收裝置3-1)通過連接支架安裝在升運器內(nèi)壁上。其中X方向和Y方向的激光傳感器均勻分布安裝，將刮板截面分割成等份面積便于積分求和運算，獲取對應(yīng)刮板區(qū)域的谷物分布信息。激光對射式陣列傳感器的發(fā)射裝置與接收裝置在水平方向與升運刮板平行，保證激光入射光線覆蓋刮板兩側(cè)的籽粒，入射光與谷物運動方向垂直。當(dāng)刮板輸送谷物經(jīng)過激光對射式陣列傳感器時，連續(xù)的籽粒流會遮擋激光對射式陣列傳感器的發(fā)射裝置的光束信號，激光對射式陣列傳感器的接收裝置沒有光線信號入射，輸出電壓發(fā)生高低電平變化，根據(jù)定時器記錄輸出電壓高低電平變化時間。通過測量單位時間內(nèi)傳感器接收裝置輸出電壓高低電平變化的時間，計算出谷物體積流量，整個裝置安裝在集糧口，易安裝不會造成谷物堵塞，可實現(xiàn)非接觸測量。利用所述激光陣列式谷物流量傳感器裝置測量谷物流量的方法和過程包括如下：兩組激光對射式陣列傳感器分別安裝在升運器刮板的左右兩側(cè)(水平面的X方向和Y方向，X方向和Y方向垂直)，激光對射式陣列傳感器的發(fā)射裝置和接收裝置一一對應(yīng)安裝且發(fā)射光線與刮板水平平行，谷物籽粒在升運器刮板內(nèi)勻速的被輸送到糧倉，當(dāng)谷物沿升運器移動方向，即Z軸方向(Z軸方向與X、Y所在平面垂直)運動經(jīng)過激光對射式陣列傳感器時，谷物會遮擋吸收激光發(fā)射的光線。X方向發(fā)射的光線被沿X正方向分布的谷物遮擋，X方向傳感器接收裝置沒有光信號輸入則輸出高電平，沿X方向沒有谷物遮擋時，X方向接收裝置有光信號輸入時輸出低電平；高電平信息經(jīng)放大處理電路處理給單片機定時器記錄谷物遮擋時間，沿X方向的x1,x2,x3,x4的4路激光對射式陣列傳感器均勻分布在X方向，不同體積分布的谷物會使沿對應(yīng)方向安裝的接收裝置輸出高低電平時間發(fā)生變化，由單片機定時器記錄高電平時間，以此分別測量沿X方向的谷物流。Y方向發(fā)射的光線被沿Y方向分布的谷物遮擋，Y方向傳感器接收裝置沒有光信號輸入則輸出高電平，沿Y方向沒有谷物遮擋時，Y方向接收裝置有光信號輸入則輸出低電平；高電平信息經(jīng)放大處理電路處理給單片機定時器記錄谷物遮擋時間，沿Y方向的y1,y2,y3,y4的4路激光對射式陣列傳感器均勻分布在Y方向，不同體積分布的谷物會使沿對應(yīng)方向安裝的激光接收器輸出高低電平時間發(fā)生變化，以此分別測量沿Y方向的谷物流。通過單片機定時器記錄的兩組接收裝置的光束信號的遮擋時間，根據(jù)升運器刮板的移動速度可以計算出測量沿X、Y方向每一路激光對射式陣列傳感器對應(yīng)測量區(qū)域的谷物高度；又已知每路激光對射式陣列傳感器測量的區(qū)域?qū)挾龋梢垣@得X、Y方向每一路激光對射式陣列傳感器對應(yīng)區(qū)域谷物的體積，通過對各路測量區(qū)域谷物體積求和實現(xiàn)對谷物流量的測量。同時由X方向傾角傳感器2和Y方向傾角傳感器4測量記錄作業(yè)區(qū)域的升運器傾斜角，補償因農(nóng)田土地不平整造成的誤差，單位時間內(nèi)谷物體積等效遮擋時間q(t)的計算如下：X＝(x1(t)x2(t)x3(t)x4(t))(1)Y＝(y1(t)y2(t)y3(t)y4(t))T(2)A=abcdbabccbabdcba---(3)]]>q(t)＝(θxX)A(θyY)(4)式中：θx為X方向上的傾斜角，θy為Y方向上的傾斜角；矩陣X為X方向的4個不同安裝位置的接收裝置高電平輸出的時間值xi(分別為x1,x2,x3,x4)，矩陣Y為Y方向的4個不同安裝位置的接收裝置高電平輸出的時間值yi(分別為y1,y2,y3,y4)，系數(shù)矩陣A中的a、b、c、d參數(shù)為沿X、Y方向上相鄰的激光對射式陣列傳感器之間的間隔，q(t)為刮板上谷物遮擋的等效時間；通過X和Y方向傾角傳感器測量的θx、θy作為升運器傾斜誤差的補償系數(shù)，通過單位時間內(nèi)X方向谷物高度值(由矩陣X與刮板移動速度得到)和Y方向谷物高度值(由矩陣Y與刮板移動速度得到)與測量區(qū)域?qū)挾?系數(shù)矩陣A)的乘積求和計算出陣列傳感器單位時間內(nèi)被谷物遮擋的谷物體積的等效時間。激光對射式陣列傳感器的發(fā)射裝置為激光發(fā)射器，選用波長650nm，功率3mW的帶激光器驅(qū)動電路及自動功率控制電路(APC)的半導(dǎo)體激光器，其工作環(huán)境溫度范圍寬，性能穩(wěn)定；激光對射式陣列傳感器的接收裝置為光敏二極管2CU2D，光電流可識別不小于80uA的信號輸入，針對單片機I/O口輸入的光電信號弱，設(shè)計了信號處理電路，如圖4所示，信號經(jīng)由運算放大器A組成的電流I/電壓U轉(zhuǎn)化電路后放大，經(jīng)過運算放大器B組成的低頻濾波電路去除秸稈雜余造成的誤差，由可調(diào)電阻R8和運算放大器C設(shè)置放大倍數(shù)調(diào)節(jié)輸出閾值，將輸出信號傳遞給STM32單片機定時器。采用的X和Y方向上的8對陣列傳感器信號輸出，每一路傳感器輸出經(jīng)圖4所示的信號處理電路處理后給單片機定時器，實現(xiàn)谷物遮擋激光信號時接收端輸出高電平變化的時間計時；通過換算為單位時間下的體積流計算出谷物體積流量；由式(5)計算出谷物體積流量Q(t)：Q(t)＝2πn*R*q(t)(5)式中：n為輸糧升運器驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速(單位r/s)；R為升運器驅(qū)動輪半徑。谷物單位時間的傳送速度可由測量升運器刮板轉(zhuǎn)速獲得。升運器刮板轉(zhuǎn)速是谷物流量測量的一個重要參數(shù)，對應(yīng)不同的升運器刮板轉(zhuǎn)速，谷物流量的大小也有很大的差別。實際收獲時升運器刮板轉(zhuǎn)速是基本不變的，但微小轉(zhuǎn)速的改變會直接影響谷物流量傳感器的精度。因此采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器10測量升運器刮板5轉(zhuǎn)速，所述霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝在升運器驅(qū)動輪9上。將升運器刮板轉(zhuǎn)速與單位時間內(nèi)谷物體積等效遮擋時間q(t)相乘可得出單位時間內(nèi)的籽粒體積流量Q(t)。谷物測量過程分析谷物成像的方法：利用均勻安裝在不同位置的對射式激光傳感器記錄刮板上不同區(qū)域的籽粒分布，通過對接收裝置的時間與測量位置的計算，可對谷物進(jìn)行過程分析成像技術(shù)處理，重建谷物在刮板上的分布。處理方法如圖5所示，按X、Y方向激光對射式陣列傳感器發(fā)射光線的分布將谷物升運器刮板等分為16個中心子區(qū)域和16個邊緣子區(qū)域，每個子區(qū)域面積為已知，每個中心子區(qū)域中是否有谷物由對應(yīng)測量方向的激光傳感器xi和yi共同確定，以(x1,y1)子區(qū)域為例，當(dāng)單片機定時器對應(yīng)的接收裝置x1,y1輸出同時為高電平時，即(x1)&&(y1)＝＝1，則(x1,y1)區(qū)域為真，谷物分布區(qū)域(x1,y1)有效，該區(qū)域發(fā)射光線被谷物完全遮擋，說明(x1,y1)區(qū)域有谷物覆蓋。對應(yīng)的16個邊緣子區(qū)域，根據(jù)升運器刮板運動的實際模型，即升運器刮板的形狀、面積和運動方向，谷物形狀按谷物堆形相鄰分布，通常是不規(guī)則的圓錐形分布，故邊緣子區(qū)域以其相鄰區(qū)域左右兩側(cè)的邊緣子區(qū)域信號有無確定，以x1區(qū)域為例，當(dāng)單片機定時器對應(yīng)的接收裝置x1,y1,x2輸出同時為高電平時，即[(x1)&&(x2)]&&[(x1)&&(y1)]＝＝1，則x1區(qū)域為真，該區(qū)域及相鄰區(qū)域發(fā)射光線被谷物完全遮擋，說明x1區(qū)域有谷物覆蓋；同樣的y1’區(qū)域，當(dāng)單片機定時器對應(yīng)的接收裝置y1,y2,x4輸出同時為高電平時，即[(y1)&&(y2)]&&[(y1)&&(x4)]＝＝1，則y1’區(qū)域為真，該區(qū)域及相鄰區(qū)域發(fā)射光線被谷物完全遮擋，說明y1’區(qū)域有谷物覆蓋。研究發(fā)現(xiàn)在谷物流較大時，谷物體積達(dá)到最大此時測量誤差??；當(dāng)谷物流量較小時刮板上籽粒分布不均勻造成測量誤差大，因此將刮板上谷物體積測量劃分為32個小區(qū)間，利用谷物過程成像分析技術(shù)進(jìn)行升運器刮板谷物分析，將作業(yè)過程中升運器刮板上谷物分布區(qū)域面積求和，計算瞬時谷物流量，減小測量誤差。各個測量方向測量區(qū)間相互關(guān)聯(lián)，減小誤差，提高測量精度。谷物質(zhì)量流量與谷物密度有關(guān)，通過按鍵模塊(鍵盤電路)輸入作業(yè)的谷物籽粒密度，即可得出單位時間的谷物質(zhì)量流量。M(t)＝Q(t)*ρ(6)式中：M(t)--單位時間谷物質(zhì)量流量，ρ--籽粒密度，通過作業(yè)前手動測量由按鍵輸出到單片機。通過作業(yè)前手動測量籽粒密度ρ，由按鍵模塊輸入籽粒密度初始值；由單片機對谷物質(zhì)量流量作業(yè)信息處理后在LCD液晶顯示器顯示并存儲到存儲模塊中，其算法如圖6；單片機控制器通過8路定時器記錄各路激光陣列傳感器輸出的谷物遮擋時間，結(jié)合驅(qū)動器轉(zhuǎn)速測量子程序測量刮板上谷物的線速度，通過傾角傳感器補償?shù)孛娌黄皆斐傻膬A斜誤差。由按鍵模塊結(jié)合液晶顯示修改輸入谷物密度、含水率參數(shù)，保存作業(yè)數(shù)據(jù)為農(nóng)田作業(yè)產(chǎn)量圖繪制提供依據(jù)。設(shè)計的激光陣列谷物流量測量人機交互裝置的界面效果如圖7，傳感器信號通過導(dǎo)線接入單片機I/O口，通過單片機控制器記錄各路傳感器信息計算出谷物實時流量，由液晶顯示器界面實時顯示收獲機作業(yè)信息及流量信息，由鍵盤電路輸入谷物密度，計算谷物質(zhì)量流量。并通過功能模式對收獲機對農(nóng)田區(qū)域的作業(yè)信息進(jìn)行查詢、修改與保存。上述所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3