阅读说明：本技术 基于行程感知的行走与排种速度匹配的控制系统及其方法 (Travel sensing-based walking and seed metering speed matching control system and method thereof ) 是由 官洪民 张文举 王东伟 万雨波 刘开欣 鞠杰 李永超 于 2019-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于行程感知的行走与排种速度匹配的控制系统及其方法,针对单署均匀排种系统,基于行程感知利用旋转编码器检测行走轮的行进速度判断地形的复杂情况,来控制电机排种,达到均匀播种的目的；利用电机和行走轮的有机配合来实现均匀排种的作业效果。本方案通过触摸屏的参数设置,以单片机为控制核心,实时调节直流电机转速,以带动排种轴按需播种,通过无级变速调速技术和PID控制技术相融合,使高转速输出的拖拉机尾部动力与慢速排种的播种转轴之间实现无障碍的对接,从而保证在不同工况下机具变速前行状况下马铃薯种株距的恒定。(The invention discloses a travel sensing-based walking and seed discharging speed matching control system and a method thereof, aiming at a single-arrangement uniform seed discharging system, a rotary encoder is used for detecting the advancing speed of a walking wheel on the basis of travel sensing to judge the complex situation of the terrain, so as to control the seed discharging of a motor and achieve the purpose of uniform seed discharging; the operation effect of uniform seeding is realized by the organic cooperation of the motor and the travelling wheels. The scheme is that the direct current motor rotating speed is adjusted in real time by setting parameters of the touch screen and using the single chip microcomputer as a control core so as to drive the seed discharging shaft to sow as required, and the tractor tail power with high rotating speed output and the seeding rotating shaft with slow seed discharging are enabled to realize barrier-free butt joint by combining the stepless speed change and speed regulation technology and the PID control technology, so that the constant of the potato seed spacing under the condition that machines and tools move forward at variable speed under different working conditions is ensured.)

基于行程感知的行走与排种速度匹配的控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及农业播种技术领域，具体涉及一种基于行程感知的行走与排种速度匹配的单薯均匀排种系统及其控制方法。

背景技术

目前，现有播种方法及播种机在农业生产中虽然有了较大的提高，但针对我国农业的复杂情况来说，还存在着较多的问题，主要包括以下几个方面：(1)对地形的适应能力较弱：我国农村耕地地形复杂，地貌较差区域多，地形不平整耕地数量也多，这对播种机的株距变速器就提出了更高的要求；(2)作业效果达不到预期要求：由于技术研发时间较短，关键部件工作的可靠性有待于在长期的工作中改进和优化，以提高工作质量；(3)工作效率较低：人力成本高，同时由于变速器的传动比固定，其效果并不稳定。因此能够适应不同品种不同地形的精密播种设备亟待开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种行程感知的行走与排种速度匹配的控制系统及其方法，针对单署均匀排种控制，实现均匀性排种，株距可控，以提高播种过程中的均匀性和精密性。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于行程感知的行走与排种速度匹配的控制系统，包括微控制器，直流电机、旋转编码器、转速测量模块、PWM驱动模块和触摸屏，旋转编码器、转速测量模块、PWM驱动模块和触摸屏均与微控制器相连；

所述旋转编码器设置在拖拉机行走轮和播种轴上，分别用以检测拖拉机速度和播种速度，与微控制器构成闭环调速系统；触摸屏作为系统的人机交互界面，用于启停、数据显示和参数设置，微控制器通过通讯串口与触摸屏连接；

所述转速测量模块用以检测直流电机的转速信息，并传输给微控制器进行分析处理，所述PWM驱动模块实现对直流电机的调速控制，调速过程中采用PWM调节方法和A\D模拟量来改变直流电机电压；

所述直流电机通过电压转换电路与微控制器相连，并基于模拟量电压控制程序实现直流电机的稳定运行，通过电压的调节实现速度的自动匹配。

进一步的，所述微控制器包括开启程序模块、编码器检测程序模块、滤波震荡程序模块、模拟量电压控制程序模块和PID调速控制模块。

进一步的，所述旋转编码器采用光电式旋转编码器或欧姆龙旋转编码器。

本发明另外还提出一种基于行程感知的行走与排种速度匹配的控制方法，包括以下步骤：

(1)播种前，播种人员根据生产要求输入不同的株距值，在触摸屏上点击开始工作按钮，输入株距为字符型变量，通过串口通信转送给单片机；

(2)播种时，触摸屏上实时显示播种的数量及播种的面积，播种人员可根据工作的情况来判断实时情况并做出判断，播种完成时点击触摸屏停止按钮即可系统停止；

在播种时，如果检测到播种机实际转速等于设置转速，则按照正常程序播种；

如果播种机实际转速小于设置转速，则通过PWM驱动模块增大模拟量输出电压，控制直流电机转速，实现排种速度的自动匹配；

如果播种机实际转速大于设置转速，则通过PWM驱动模块减小模拟量输出电压，控制直流电机转速，实现排种速度的自动匹配。

进一步的，所述步骤(2)中，显示的数量及播种面积为浮点数值，通过旋转编码器采集到的脉冲数通过公式换算成转速值，进而得出行走距离，再通过行走距离计算播种的数量；播种面积则基于行距与行走距离进行计算得出。。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案通过触摸屏的参数设置，以单片机为控制核心，实时调节直流电机转速，以带动排种轴按需播种，通过无级变速调速技术和PID控制技术相融合，使高转速输出的拖拉机尾部动力与慢速排种的播种转轴之间实现无障碍的对接，从而保证在不同工况下机具变速前行状况下马铃薯种株距的恒定。

附图说明

图1为本发明实施例所述控制系统的原理框图；

图2为本发明实施例PWM控制电路示意图；

图3为本发明实施例PWM调速原理示意图；

图4为本发明实施例控制方法流程图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1，一种基于行程感知的行走与排种速度匹配的控制系统，本方案所述控制系统主要功能采用C语言进行开发，主要功能包括运行、参数设定、状态检测以及模拟量电压的控制。对应的程序模块包括：开启程序模块、编码器检测程序模块、滤波震荡程序模块、模拟量电压控制程序模块和PID调速控制模块等。

其原理框图如图1所述，包括微控制器，直流电机、旋转编码器、转速测量模块、PWM驱动模块和触摸屏，旋转编码器、转速测量模块、PWM驱动模块和触摸屏均与微控制器相连，所述旋转编码器设置在拖拉机行走轮和播种轴上，分别用以检测拖拉机速度和播种速度，与微控制器构成闭环调速系统；触摸屏作为系统的人机交互界面，用于启停、数据显示和参数设置，微控制器通过通讯串口与触摸屏连接，通过对触摸屏软件的设计，可在触摸屏上对株距及比例等参数进行设定；

所述转速测量模块用以检测直流电机的转速信息，并传输给微控制器进行分析处理，所述PWM驱动模块实现对直流电机的调速控制，调速过程中采用PWM调节方法和A\D模拟量来改变电枢电压的控制电路，主要方法通过调节脉冲占空比的方式调节电压，从而让实现调速的目的，这种调速的方法调节直流电机转速，电机动态响应好，调速范围宽，具体调节原理如图2-3所示。

所述直流电机通过电压转换电路与微控制器相连，并基于模拟量电压控制程序实现直流电机的稳定运行，通过电压的调节实现速度的自动匹配，具体的控制过程如下：

首先，旋转编码器采集拖拉机轮速度信息发送到单片机(微控制器)主机，主机经过解码、运算、编码处理后经与设在排种处的编码器采集的播种轴实时转速信息相比较(即转速测量模块采集直流电机转速，所述直流电机控制播种轴动作)，通过编码器采集到的每分钟脉冲数转换成的转速同经过程序运算输出的脉冲数转换成的转速进行比较，如果采集到的脉冲数大于输出脉冲数则通过PID减小其输出脉冲数，同理，小于其脉冲数则增加其脉冲数，控制调速器的动作，来实现闭环控制。

其中，采用旋转编码器采集到的脉冲数，按照旋转编码器1圈采集600个脉冲来计算，旋转编码器一分钟采集到的脉冲数除600就得到一分钟的转速，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲并以数字量形式输出，本实施例中精密播种调速装置采用的是欧姆龙旋转编码器(600P/R)，在机具前轮和播种轴上各置1个。

为了达到精播要求，将无级变速调速技术引入该系统，采用PID控制方式，实时跟踪机具的前进速度，调节传动比，从而调整排种轴的转速，达到株距恒定的效果。

总之，本方案通过触摸屏的参数设置，以单片机为控制核心，实时调节直流电机转速，以带动排种轴按需播种，通过无级变速调速技术和PID控制技术相融合，使高转速输出的拖拉机尾部动力与慢速排种的播种转轴之间实现无障碍的对接，从而保证在不同工况下机具变速前行状况下马铃薯种株距的恒定。

实施例2，基于实施例1提出的基于行程感知的行走与排种速度匹配的控制系统，本实施例提出一种基于行程感知的行走与排种速度匹配的控制方法，如图4所示，具体包括以下步骤：

(1)播种前，播种人员根据生产要求来输入不同的株距值，在触摸屏上点击开始工作按钮，输入株距为字符型变量，通过串口通信转送给单片机；

(2)播种时，触摸屏上实时显示播种的数量及播种的面积，播种人员可根据工作的情况来判断实时情况并做出判断，播种完成时点击触摸屏停止按钮即可系统停止；

其中，显示的数量及播种面积为浮点数值，通过旋转编码器采集到的脉冲数通过公式换算成转速值，进而得出行走距离，再通过行走距离计算播种的数量；播种面积则基于行距与行走距离进行计算得出。

在播种时，如果检测到播种机实际转速等于设置转速，则按照正常程序播种；

如果播种机实际转速小于设置转速，则通过PWM驱动模块增大模拟量输出电压，控制直流电机转速，实现排种速度的自动匹配；

如果播种机实际转速大于设置转速，则通过PWM驱动模块减小模拟量输出电压，控制直流电机转速，实现排种速度的自动匹配；

工作中，播种人员根据农作要求来设定不同品种的株距参数和比例参数，当拖拉机行进时，开始进行播种工作，播种时根据地形及实际状况自行调节播种机，以保证株距的精准度。

本方案以单片机为控制核心，实时调节直流电机转速，以带动排种轴按需播种，通过无级变速调速技术和PID控制技术相融合，通过旋转编码器采集到的字符型变量，经过PID增量算法输出合适的PWM占空比控制驱动对电机进行调速，期间当系统产生偏差则通过PID控制则使用比例调节的方法来改善系统的不稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。