阅读说明：本技术 玉米收获喂入量自适应控制系统与控制方法 (Corn harvesting feeding amount self-adaptive control system and control method ) 是由 迟瑞娟 朱晓龙 杜岳峰 张真 张维通 熊泽鑫 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种玉米收获喂入量自适应控制系统与控制方法。控制系统包括CAN总线、测量变送装置、扶手箱总成、显示器、主控制器和液压执行机构。本发明采用CAN总线集成技术,基于CAN总线,集成玉米收获质量参数在线检测与传感信息处理、故障诊断系统,保证了控制系统信息传输的实时性和可靠性。根据籽粒破碎率、夹带损失率和摘穗损失率多个反馈信息实时计算得到最优的目标喂入量,通过扭矩值计算当前喂入量,并通过调节作业速度,实现玉米收获机在收获过程中喂入量自适应调节,达到提高工作效率和收获质量的目的。多传感器融合调节,保证了喂入量自适应调节的可靠性和科学性,使收获过程中的车速控制更加合理准确。(The invention relates to a self-adaptive control system and a self-adaptive control method for corn harvesting feeding amount. The control system comprises a CAN bus, a measuring and transmitting device, a handrail box assembly, a display, a main controller and a hydraulic actuating mechanism. The invention adopts CAN bus integration technology, integrates corn harvest quality parameter on-line detection and sensing information processing and fault diagnosis systems based on the CAN bus, and ensures the real-time performance and reliability of information transmission of a control system. The optimal target feeding amount is obtained through real-time calculation according to a plurality of feedback information of the kernel breakage rate, the entrainment loss rate and the snapping loss rate, the current feeding amount is calculated through the torque value, the feeding amount of the corn harvester is self-adaptively adjusted in the harvesting process through adjusting the operation speed, and the purposes of improving the working efficiency and the harvesting quality are achieved. The multi-sensor fusion adjustment ensures the reliability and scientificity of the self-adaptive adjustment of the feeding amount, and makes the vehicle speed control more reasonable and accurate in the harvesting process.)

玉米收获喂入量自适应控制系统与控制方法

技术领域

本发明属于农业自动化领域，具体地，涉及一种基于CAN总线的玉米收获喂入量自适应控制系统与控制方法。

背景技术

玉米收获机作为玉米收获的主要机械，其工作性能直接影响了作业效率和收获质量。发达国家已将先进的智能控制技术运用到玉米收获机上，并朝着大型化、自动化、现代化和精准方向发展。国内只有少数高校和科研院所对玉米收获机智能控制进行研究。影响玉米收获效率的因素有很多，其中喂入量对收获效率有着最直接的影响，喂入量过低会导致收获效率低下；而喂入量过大则会导致摘穗损失大、夹带损失率高、籽粒破碎率大等不良后果，严重的还会导致脱粒滚筒阻塞，对玉米收获机的机械结构造成损伤。因此，在收获过程中通过对收获过程的检测与识别，自适应调整喂入量保持在最优值对于提高收获效率和收获质量有着深刻的实际意义。目前国内对玉米收获喂入量的控制主要以驾驶员的主观经验为主，没有综合考虑籽粒破碎率、摘穗损失率以及夹带损失率等的影响，对喂入量的调节存在较大的主观性和不确定性。导致玉米收获机在收获过程中不能达到最大的收获效率和收获质量。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于CAN总线的玉米收获喂入量自适应控制系统与控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种玉米收获喂入量自适应控制系统，包括CAN总线、测量变送装置10、扶手箱总成16、显示器8、主控制器11和液压执行机构12。

所述液压执行机构12包括依次连接的作业速度控制电液比例阀13、作业速度控制变量泵14和作业速度控制液压马达15；作业速度控制液压马达15与玉米收获机的变速箱18连接；所述作业速度控制电液比例阀13与主控制器11的脉冲信号输出端口连接；作业速度控制电液比例阀13根据主控制器11发送的电流信号改变作业速度控制变量泵14的流量，从而改变作业速度控制液压马达15的转速。

所述扶手箱总成16包括按键板6和操作手柄7。

所述操作手柄7、按键板6和显示器8均通过CAN总线与主控制器11的CAN通讯端口连接通讯。

所述测量变送装置10包括夹带损失传感器1、车速传感器2、扭矩传感器3、籽粒破碎传感器4和摘穗损失传感器5；其中，所述夹带损失传感器1安装在玉米收获机尾筛后部的苞叶排出口23处；所述车速传感器2设置在变速箱18上；所述扭矩传感器3安装在滚筒21与无级变速轮22的连接处；所述籽粒破碎率传感器4安装于粮仓内的输粮搅龙20末端；所述摘穗损失传感器5安装在割台19上方；其中，所述夹带损失传感器1、车速传感器2和扭矩传感器3均直接与主控制器11的脉冲输入端口连接通讯；所述籽粒破碎传感器4和摘穗传感器5均通过CAN总线与主控制器11的CAN通讯端口连接通讯。

所述主控制器11的CAN通讯端口进一步通过CAN总线与发动机9连接。

所述系统包括7个CAN节点，分别为：主控制器11、显示器8、操作手柄7、按键板6、摘穗损失传感器5、籽粒破碎传感器4和发动机9。

所述主控制器11通过CAN总线获取发动机9的转速信息，判断当前发动机转速是否满足玉米收获作业条件；主控制器11通过CAN总线获取按键板6和操作手柄7的操作指令，进行模式选择、目标喂入量设置以及作业速度控制；主控制器11通过CAN总线获取摘穗损失传感器5采集的割台摘穗损失率信息和籽粒破碎传感器4采集的籽粒破碎率信息；主控制器11通过脉冲输入端口获取夹带损失传感器1采集的夹带损失率信息、车速传感器2采集的车速信息和扭矩传感器3采集的滚筒21扭矩值信息；主控制器11将获取的信息发送至显示器8显示。

所述主控制器11安装在驾驶室的副驾驶座下。

所述扶手箱总成16和显示器8安装在驾驶室右侧。

一种利用所述的系统的玉米收获机喂入量自适应控制方法，包括如下步骤：

S1、夹带损失传感器1实时采集玉米收获机当前夹带损失率信息，车速传感器2实时采集车速信息，扭矩传感器3实时采集滚筒21的扭矩值信息，并将夹带损失率信息、车速信息和扭矩值信息发送至主控制器11；籽粒破碎率传感器4通过图像采集籽粒破碎信息，获取粮仓内籽粒破碎率，摘穗损失传感器5通过图像采集断穗信息，获取收获过程中的割台摘穗损失率，并通过CAN总线将籽粒破碎率和割台摘穗损失率传递给主控制器11；

S2、主控制器11根据夹带损失率信息、籽粒破碎率和割台摘穗损失率，综合计算出最优的目标喂入量；主控制11根据扭矩值信息计算出当前的喂入量信息；将当前的喂入量信息与上述计算得到的最优喂入量信息做对比，并作出决策，向作业速度控制电液比例阀13发出控制信号；

S3、作业速度控制电液比例阀13根据主控制器11发送的电流信号改变作业速度控制变量泵14的流量，从而改变作业速度控制液压马达15的转速，实现车速的控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本控制系统具有手动收获和自动收获功能，能够根据用户的需求随时调整作业模式，操作方便灵活，工作可靠。

(2)本控制系统采用CAN总线集成技术，基于CAN总线，集成玉米收获质量参数在线检测与传感信息处理、故障诊断系统，保证了控制系统信息传输的实时性和可靠性。

(3)玉米收获机车速可通过电液比例阀无级调节，减轻了驾驶员的工作强度，提高了玉米收获机的操作性。

(4)可根据籽粒破碎率、夹带损失率和摘穗损失率多个反馈信息实时计算得到最优的目标喂入量，通过扭矩值计算当前喂入量，并通过调节作业速度，实现玉米收获机在收获过程中喂入量自适应调节，达到提高工作效率和收获质量的目的。

(5)多传感器融合调节，保证了喂入量自适应调节的可靠性和科学性，使收获过程中的车速控制更加合理准确。

附图说明

图1为本发明的玉米收获喂入量自适应控制系统的网络拓扑图；

图2为本发明的玉米收获喂入量自适应控制系统的组成示意图；

图3为本发明的玉米收获喂入量自适应控制系统安装位置示意图；

图4为本发明的扶手箱总成16的结构示意图；

图5为本发明的喂入量自适应控制流程图。

其中的附图标记为：

1 夹带损失传感器 2 车速传感器

3 扭矩传感器 4 籽粒破碎传感器

5 摘穗损失传感器 6按键板

7 操作手柄 8 显示器

9 发动机 10 测量变送装置

11 主控制器 12 液压执行机构

13 作业速度控制电液比例阀 14 作业速度控制变量泵

15 作业速度控制液压马达 16 扶手箱总成

18 变速箱 19 割台

20 输粮搅龙 21 滚筒

22 无级变速轮 23 苞叶排出口

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

玉米收获机包括驾驶室、粮仓、发动机9、变速箱18、割台19和滚筒21。

如图2和图3所示，一种玉米收获喂入量自适应控制系统，包括CAN总线、测量变送装置10、扶手箱总成16、显示器8、主控制器11和液压执行机构12。

所述液压执行机构12包括依次连接的作业速度控制电液比例阀13、作业速度控制变量泵14和作业速度控制液压马达15；作业速度控制液压马达15与玉米收获机的变速箱18连接，用于控制变速箱18的输出转速。所述作业速度控制电液比例阀13与主控制器11的脉冲信号输出端口连接；作业速度控制电液比例阀13根据主控制器11发送的电流信号改变作业速度控制变量泵14的流量，从而改变作业速度控制液压马达15的转速，实现对车速的控制。

所述主控制器11安装在驾驶室的副驾驶座下。

所述扶手箱总成16和显示器8安装在驾驶室右侧，方便驾驶员操作。如图4所示，所述扶手箱总成16包括按键板6和操作手柄7。

所述操作手柄7、按键板6和显示器8均通过CAN总线与主控制器11的CAN通讯端口连接通讯。

所述测量变送装置10包括夹带损失传感器1、车速传感器2、扭矩传感器3、籽粒破碎传感器4和摘穗损失传感器5；其中，所述夹带损失传感器1安装在玉米收获机尾筛后部的苞叶排出口23处，用于采集玉米收获机当前夹带损失率信息；所述车速传感器2设置在变速箱18上，用于采集车速信息；所述扭矩传感器3安装在滚筒21与无级变速轮22的连接处，用于采集滚筒21扭矩值信息；所述籽粒破碎率传感器4安装于粮仓内的输粮搅龙20末端，用于通过图像采集籽粒破碎信息，获取粮仓内籽粒破碎率；所述摘穗损失传感器5安装在割台19上方，用于通过图像采集断穗信息，获取收获过程中的割台摘穗损失率。其中，所述夹带损失传感器1、车速传感器2和扭矩传感器3均直接与主控制器11的脉冲输入端口连接通讯；所述籽粒破碎传感器4和摘穗传感器5均通过CAN总线与主控制器11的CAN通讯端口连接通讯。

所述主控制器11的CAN通讯端口进一步通过CAN总线与发动机9连接。

如图1所示，所述玉米收获喂入量自适应控制系统包括7个CAN节点，分别为：主控制器11、显示器8、操作手柄7、按键板6、摘穗损失传感器5、籽粒破碎传感器4和发动机9。

所述主控制器11通过CAN总线获取发动机9的转速信息，判断当前发动机转速是否满足玉米收获作业条件。主控制器11通过CAN总线获取按键板6和操作手柄7的操作指令，进行模式选择、目标喂入量设置以及作业速度控制。主控制器11通过CAN总线获取摘穗损失传感器5采集的割台摘穗损失率信息和籽粒破碎传感器4采集的籽粒破碎率信息；主控制器11通过脉冲输入端口获取夹带损失传感器1采集的夹带损失率信息、车速传感器2采集的车速信息和扭矩传感器3采集的滚筒21扭矩值信息；主控制器11将获取的信息发送至显示器8显示。

本发明提供一种玉米收获机喂入量自适应控制方法，包括如下步骤：

S1、夹带损失传感器1实时采集玉米收获机当前夹带损失率信息，车速传感器2实时采集车速信息，扭矩传感器3实时采集滚筒21的扭矩值信息，并将夹带损失率信息、车速信息和扭矩值信息发送至主控制器11；籽粒破碎率传感器4通过图像采集籽粒破碎信息，获取粮仓内籽粒破碎率，摘穗损失传感器5通过图像采集断穗信息，获取收获过程中的割台摘穗损失率，并通过CAN总线将籽粒破碎率和割台摘穗损失率传递给主控制器11；

S2、主控制器11根据夹带损失率信息、籽粒破碎率和割台摘穗损失率，综合计算出最优的目标喂入量；主控制11根据扭矩值信息计算出当前的喂入量信息；将当前的喂入量信息与上述计算得到的最优喂入量信息做对比，并作出决策，向作业速度控制电液比例阀13发出控制信号；

S3、作业速度控制电液比例阀13根据主控制器11发送的电流信号改变作业速度控制变量泵14的流量，从而改变作业速度控制液压马达15的转速，实现车速的控制。

本发明的工作过程如下：

本发明为基于CAN总线的玉米收获喂入量自适应控制系统。本控制系统具有手动调节喂入量和自适应调节喂入量功能，能够实现玉米收获机在收获过程中的喂入量自适应调控。

驾驶员可通过按键板6选择驻车模式、道路模式和作业模式共三种行车模式，以及手动控制和自动控制两种收获模式。

在道路模式和作业模式下，驾驶员可通过扶手箱总成16上的操作手柄7调节车速；在作业模式下，若按下自动收获按键，所述玉米收获机将进行喂入量自适应调节，若在自动控制过程中触碰按键板6或者操作手柄7，控制系统将退出自动控制模式，回到手动控制。

如图5所示，系统开机自检后实时利用扭矩传感器3采集滚筒21扭矩值，若扭矩值超过设定的阈值，说明此时存在机械故障或者滚筒阻塞，主控制器11通过显示器8发出警报信号，并结束系统的运行。若扭矩值不超过设定的阈值，则将采集到的扭矩值实时转化为当前收获机的喂入量，并进入手动控制和自动控制的控制模式的选择。

在自动控制过程中，利用夹带损失传感器1实时采集玉米收获机当前夹带损失率信息；利用车速传感器2实时采集车速信息；籽粒破碎率传感器4实时采集粮仓内籽粒破碎率信息；摘穗损失传感器5实时采集割台摘穗损失率信息；并将夹带损失率信息、车速信息、扭矩值信息通过主控制器11的脉冲输入口实时发送给主控制器11，同时，控制器11通过CAN总线实时接收籽粒破碎率信息和摘穗损失率信息；主控制器11根据所述测量变送装置10所发送的传感器数值，利用籽粒破碎率、夹带损失率、摘穗损失率综合计算出当前收获条件下的最优目标喂入量，并与上述通过扭矩值计算得到的实时喂入量比较判断，做出决策，发出控制信号，控制所述液压执行机构12调节当前车速。显示器8通过CAN总线实时显示当前夹带损失率、籽粒破碎率、摘穗损失率、车速和扭矩信息。此控制系统在收获作业过程中实时调控，实现玉米收获机喂入量自适应控制，提高玉米收获机工作效率和籽粒收获质量。