阅读说明：本技术 用于打捆机的计捆设备以及计捆方法 (Bundling device and method for bundling machine ) 是由 韩飞 曲宏伟 刘晓宇 夏阳 于 2019-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及农用机械设备领域,提供了用于打捆机的计捆设备以及计捆方法。用于打捆机的计捆设备包括：数据采集模块,配置成采集所述打捆机在操作过程中的状态参数、操作参数和环境参数；以及数据处理模块,配置成接收并处理所述状态参数、所述操作参数和所述环境参数且输出打捆计数数据。本发明提供的用于打捆机的计捆设备以及计捆方法至少能够实现系统结构的简化以及操作的便利化。(The invention relates to the field of agricultural mechanical equipment, and provides a bundling device and a bundling method for a bundling machine. A counting device for a baler comprises: a data acquisition module configured to acquire state parameters, operating parameters and environmental parameters of the baler during operation; and a data processing module configured to receive and process the status parameters, the operational parameters, and the environmental parameters and output bundling count data. The invention provides a bundling device and a bundling method for a bundling machine, which can at least realize simplification of system structure and convenience of operation.)

用于打捆机的计捆设备以及计捆方法

技术领域

本发明涉及农用机械设备领域，特别是涉及用于打捆机的计捆设备以及计捆方法。

背景技术

近年来，随着环境保护等法律法规的要求以及生物质发电等需求日趋强烈，田间的秸秆打捆回收已成为农业生产必要的一个环节，从而使得第三方计捆结算变得尤为重要。目前，传统打捆机在牵引其的拖拉机处放置有计捆表头，该表头仅供打捆机机手使用，但对于打捆机租借方的计捆结算极其不便。随着物联网技术的发展，打捆机租借方大多会在打捆机的机身上安装计捆采集设备，通过诸如多个接近开关传感器检测打捆机的各个打捆动作或者直接接收打捆机输出的计捆信号，然后通过移动通讯网络将计捆数据远程发送给租借方，从而达到租借方的计捆结算目的。

但是现有技术中通常会存在一些问题。首先，需要将用于计捆的各种部件分别安装在打捆机上并进行调试，导致安装调试成本较高。并且，需要对打捆机的本身结构进行改造，不利于打捆机租借方的多机种运营及拓展。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供用于打捆机的计捆设备以及计捆方法，以至少实现系统结构简化以及操作便利化。

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种用于打捆机的计捆设备，包括：数据采集模块，配置成采集所述打捆机在操作过程中的状态参数、操作参数和环境参数；以及数据处理模块，配置成接收并处理所述状态参数、所述操作参数和所述环境参数且输出打捆计数数据。

根据本发明的实施例，所述数据采集模块包括：定位模块，配置成接收定位信号以实时解析所述打捆机当前的位置、速度和时间参数；惯性测量模块，配置成实时检测所述打捆机在打捆过程中的各方向角速度、加速度参数；以及声音采集模块，配置成采集所述打捆机的周边声音参数。

根据本发明的实施例，还包括：通讯模块，配置成与所述数据处理模块信号连接，以接收所述数据处理模块输出的打捆计数数据。

根据本发明的实施例，所述通讯模块电连接有通讯天线，所述通讯天线配置成将所述打捆计数数据上传至后台服务器。

根据本发明的实施例，所述定位模块电连接有配置成接收定位信号的定位天线。

根据本发明的实施例，还包括：太阳能电池，配置成与所述定位模块、所述惯性测量模块、所述声音采集模块、所述通讯模块和所述数据处理模块电连接以进行供电。

根据本发明的实施例，所述计捆设备包括壳体并且所述壳体中设置有安装部，其中，所述太阳能电池位于所述壳体的顶部，所述定位模块、所述惯性测量模块、所述声音采集模块和所述数据处理模块设置在所述安装部上，所述壳体的底部设置有磁性部件，并且所述壳体的侧壁形成有透音孔。

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种利用如上所述计捆设备执行的计捆方法，该方法包括以下步骤：通过数据采集模块采集打捆机在操作过程中的状态参数、操作参数和环境参数；以及通过数据处理模块接收并处理所述状态参数、所述操作参数和所述环境参数且输出打捆计数数据。

根据本发明的实施例，采集所述状态参数、所述操作参数和所述环境参数进一步包括：通过定位模块接收定位信号以实时解析所述打捆机当前的位置、速度和时间参数；通过惯性测量模块实时检测所述打捆机在打捆过程中的各方向角速度、加速度参数；以及通过声音采集模块采集所述打捆机的周边声音参数。

根据本发明的实施例，还包括：在通过数据采集模块采集打捆机在操作过程中的状态参数、操作参数和环境参数之前，将所述计捆设备可拆卸地安装在所述打捆机上。

本发明的有益效果在于：

在本发明提供的用于打捆机的计捆设备以及计捆方法中，数据采集模块和数据处理模块被模块化集成到计捆设备中，从而可以直接进行各种参数的采集和处理，这样无须额外售后人员安装传感器和计捆采集设备。另外，由于数据采集模块和数据处理模块被模块化集成，因此也无须详尽了解打捆机的电路结构，更无须在打捆机的机身上破线或者开孔。由此使得本发明的计捆设备系统结构更加简化并且操作更加便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一个实施例的计捆设备的系统框图；

图2是根据本发明一个实施例的计捆设备的立体截面图；

图3是图2所示实施例的立体图；

图4是根据本发明一个实施例的计捆方法的流程图。

附图标记：

100：计捆设备；102：数据处理模块；104：定位模块；106：惯性测量模块；108：声音采集模块；110：通讯模块；112：通讯天线；114：定位天线；116：太阳能电池；200：壳体；202：安装部；204：磁性部件；206：透音孔；400：计捆方法；402、404：步骤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

现参见图1至图4，对本发明的用于打捆机的计捆设备以及相关的计捆方法进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施例，并不对本发明构成任何特别限定。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种用于打捆机的计捆设备100。该计捆设备100总的来说可以包括数据采集模块和数据处理模块102。具体地，数据采集模块可以配置成采集打捆机在操作过程中的状态参数、操作参数和环境参数，而数据处理模块102可以配置成接收并处理如上所述的状态参数、操作参数和环境参数且输出打捆计数数据。

在本发明提供的以上实施例中，数据采集模块和数据处理模块102被模块化集成到计捆设备100中，从而可以直接进行各种参数的采集和处理，这样无须额外售后人员安装传感器和计捆采集设备。另外，由于数据采集模块和数据处理模块102被模块化集成，因此也无须详尽了解打捆机的电路结构，更无须在打捆机的机身上破线或者开孔。由此，使得本发明的计捆设备的系统结构更加简化并且操作更加便利。

进一步参见图1，在本发明的一个实施例中，数据采集模块可以包括定位模块104、惯性测量模块106、以及声音采集模块108。具体地，定位模块104可以配置成接收定位信号以实时解析打捆机当前的位置、速度和时间参数，惯性测量模块106可以配置成实时检测打捆机在打捆过程中的各方向角速度、加速度参数，而声音采集模块108可以配置成采集打捆机的周边声音参数。在该实施例中，定位模块104所采集的位置、速度和时间参数作为状态参数使用，惯性测量模块106所采集的角速度、加速度参数作为操作参数使用，声音采集模块108所采集的周边声音参数作为环境参数使用。这些数据被采集之后，会传输到数据处理模块102进行处理然后最终输出打捆计数数据。该过程将在以下进行更详细地描述。

继续参见图1，在本发明的一个实施例中，计捆设备100还可以包括通讯模块110。具体地，通讯模块110可以配置成与数据处理模块102信号连接，以接收数据处理模块102输出的打捆计数数据。通过使用通讯模块110，可以将打捆计数数据传输至远程的服务器进行存储，以供用户随时调取查看。

在具体实施过程中，如图1所示，通讯模块110可以电连接有通讯天线112，该通讯天线112可以配置成将打捆计数数据上传至后台服务器。与其类似地，在一个实施例中，定位模块104可以类似地电连接有配置成接收定位信号的定位天线114。

在另一个实施例中，如图1所示，本发明的计捆设备100还可以包括用于供电的太阳能电池116。具体地，太阳能电池116可以配置成与定位模块104、惯性测量模块106、声音采集模块108、通讯模块110和数据处理模块102电连接，从而对上述各个模块分别进行供电。

继续参照图2和图3，在一个实施例中，对于本发明的计捆设备100的具体结构而言，计捆设备100可以包括壳体200。具体地，壳体200中可以设置有安装部202。太阳能电池116可以位于壳体200的顶部，定位模块104、惯性测量模块106、声音采集模块108和数据处理模块102可以设置在安装部202上。此外，在壳体200的底部可以设置有磁性部件204，并且壳体200的侧壁可以形成有透音孔206。

另一方面，如图4所示，本发明还提供了一种利用如上所述的计捆设备100执行的计捆方法。在一个实施例中，参见图4，该计捆方法400可以包括以下步骤：

在步骤402处，通过数据采集模块采集打捆机在操作过程中的状态参数、操作参数和环境参数。并且在步骤404处，通过数据处理模块接收并处理状态参数、操作参数和环境参数且输出打捆计数数据。

由于该计捆方法采用了如上所述的计捆设备，并执行了相应的计捆方法，从而使得该计捆方法同样具备如上及如下所述的各种优势和有益效果。

在一个具体的实施例中，采集状态参数、操作参数和环境参数的步骤可以进一步包括：通过定位模块接收定位信号以实时解析打捆机当前的位置、速度和时间参数；通过惯性测量模块实时检测打捆机在打捆过程中的各方向角速度、加速度参数；以及通过声音采集模块采集打捆机的周边声音参数。

此外，在一个可选的实施例中，该计捆方法还可以包括：在通过数据采集模块采集打捆机在操作过程中的状态参数、操作参数和环境参数之前，将计捆设备可拆卸地安装在打捆机上。换句话说，本发明提供的计捆设备是与打捆机独立分离设置的，在使用时只需将计捆设备通过磁性部件吸附在打捆机上即可使用，从而使得操作更加简便且模块集成化程度更高。

以下将结合附图对本发明在使用过程中的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示例性实施例，并不对本发明构成任何特殊限定。

首先应当理解的是，打捆机(例如圆捆打捆机)在打捆过程中，其位置、速度、声音、姿态等各个维度层面相较于非打捆状态具有较为明显的特征。具体来说，在打捆机一个完整的打捆过程中，打捆机的位置和速度将会随打捆机的静止→起步→行进(搂草)→停止(打捆)→放捆这一系列完整的动作而产生相应的变化。另外，打捆机在打完捆释放草捆的过程中，其后仓门的开闭、捆的滚落过程会导致自身的姿态产生相应的变化。并且，同时其后仓门的打开和关闭也会发出特殊频率的声音。

基于此，根据打捆机打捆过程的上述所有特征，本发明提供了用于打捆机的计捆设备100。在一个实施例中，以微处理器MCU(Micro controller Unit)作为数据处理模块102、以GPS/北斗接收模块作为定位模块104、以麦克风MIC模块作为声音采集模块108、以微机电惯性测量组合MEMS IMU模块作为惯性测量模块106为实施例，对本发明进行描述。但是上述仅是本发明的实例，并不对本发明构成任何限定。

具体地，GPS/北斗接收模块用于接收GPS/北斗卫星信号，用于实时解析打捆机当前的位置、速度和时间信息。微机电惯性测量组合MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)IMU(惯性测量单元，Inertial Measurement Unit)模块内部由三轴陀螺仪和三轴加速度计构成，其用于实时检测打捆机打捆过程中各方向角速度、加速度信息。此外，麦克风MIC模块用于采集打捆机周边声音。而通讯模块可以将打捆机计捆的结果连同打捆机当前位置一同上传给打捆机租借方的后台服务器。

在一个实施例中，通讯模块包括但不限于2G、3G、4G、5G通讯模式，或者Zigbee、Lora、蓝牙BLE等通讯模式。

进一步地，太阳能电池用于将太阳能转化为电能，给系统各个模块供电。微处理器MCU用于接收GPS/北斗接收模块、微机电惯性测量组合IMU模块和麦克风MIC模块等各个传感器的原始数据，通过对应算法转换、计算、判断，然后将打捆结果发给通讯模块上传。

如图2和图3所示，各模块集成在例如圆柱状的壳体内部。其中，最上侧为太阳能电池、GPS/北斗接收天线和通讯天线；中间为GPS/北斗接收模块、微机电惯性测量组合IMU模块和麦克风MIC模块和微处理器MCU；壳体的侧面为透音孔，底侧设置有诸如磁铁的磁性部件。在使用过程中，计捆设备可通过该内置磁铁吸附在打捆机的顶部或侧面等阳光和GPS/北斗信号接收良好的位置进行使用。

在使用过程中，首先将计捆设备吸附在打捆机的顶部或侧面，让该打捆机进行若干组(例如至少3组，每组约半小时)的连续打捆操作作业，该过程仅用设备内置各传感器进行数据采集，数据包括GPS/北斗接收模块采集到的位置、速度、时间数据；麦克风MIC模块所采集到的声音数据；微机电惯性测量组合MEMS IMU模块所采集到的三个方向的角速度、加速度数据。

然后，将采集到的传感器数据进行解析处理。具体地，将采集到的微机电惯性测量组合MEMS IMU的角速度和加速度数据通过四元数算法解算为打捆机各方向的姿态数据，从而可得到作业时打捆机的姿态变化；麦克风MIC模块的声音数据通过快速傅里叶变换算法解算为频域数据，从而可得到作业时打捆机周边的所有声音频率。

接着，将所有上述各组位置、速度、声音频谱数据、姿态数据通过带有是否打捆标记的KNN算法(也称k近邻分类算法)将各传感器数据进行分类，从而通过该学习过程将表征打捆机完整打捆过程的各类数据阈值计算、训练并确定出来。此处应当理解的是，前期该打捆机打捆产生的各类传感器数据的样本越多，可使数据阈值越精确，将这些数据阈值写入装置的微处理器MCU中。由于涉及到多型打捆机以及本发明设备安装位置的可能变化，上述对传感器数据的解析、机器学习计算、训练等操作均可以通过编写批处理算法软件打包实现。

进一步地，在打捆机实际作业时，将本发明的计捆设备吸附在与采集数据状态相同的打捆机位置。

正常打捆过程中，微处理器MCU也同样要将麦克风MIC模块所采集到的声音数据通过快速傅里叶变换算法实时转换为频域信号。将微机电惯性测量组合MEMS IMU的角速度和加速度数据通过四元数算法实时解算为各方向姿态信号。所有传感器原始数据以及经上述算法转换后的数据须经微处理器MCU中事先写入的对应阈值判断。如都能满足阈值门限，则判断为1次成功的打捆动作，记录为1次打捆操作；如不能满足阈值门限，则继续采集数据等待下次判断。

在完成操作之后，计捆设备会将计捆结果通过通讯模块发送给后台服务器，至此完成计捆操作。

综上所述，本发明提供了一种免于安装维护的用于打捆机的自动计捆方法和计捆设备。相对于其他打捆机计捆装置，本发明所提出的计捆设备和相关方法系统构造简单，无须额外售后人员安装传感器和计捆采集设备，也无须详尽了解打捆机的电路结构，更无须在打捆机的机身上破线或者开孔，只需通过预设批处理算法软件对装置内部多传感器数据融合并通过机器学习获取打捆机的打捆作业特征，即可实现快速匹配该型所有打捆机，从而达到打捆机租借方远程准确计捆结算的目的。在本发明的实施例中，该设备可应用在其它打捆机(如方捆机上)，也可以应用在其它带有类似特征的农用机械上，如播种机、青储机等。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。