一种基于激光对射式阵列传感器的谷物流量测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于激光对射式阵列传感器的谷物流量测量装置，包括传感器单元和与之相连的单片机；传感器单元包括8对激光对射式阵列传感器、转速传感器和倾角传感器；通过单片机定时器计算谷物遮挡8对传感器发射光线的时间，结合刮板转速计算出作业过程的谷物体积；同时利用倾角传感器测量升运器刮板的倾角，补偿因地面不平造成的测量误差；由键盘电路输入谷物密度，结合已计算出的谷物体积计算出谷物单位时间的质量流量；所述单片机根据传感器模块测量的信息计算出谷物流量信息并保存在存储模块，通过显示器实时显示。本实用新型专利技术能适应不同环境下的谷物测量，实现对刮板式升运器刮板中谷物流量的非接触精确测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农业机械测量
，特别涉及一种联合收获机谷物流量测量装置。
技术介绍
随着精准农业的发展，通过对农田土壤状况与生产效益的研究，提高土壤生产力，调节农田作物的投入，实现以最少的成本达到同等或更高的收益。谷物流量监测装置为精准农业提供管理资料和决策依据。联合收获机在作业过程中谷物的流量测量受作业温度高，振动噪声大，水田地表不平整和秸秆杂余干扰因素多，传感器探头容易吸附灰尘等影响测量精度,因此开发出能精确、稳定测量谷物流量的装置具有重要意义。国内外学者针对光电式谷物流量传感器的测量装置进行了许多尝试，其原理为通过测量谷物对光电式传感器发射光线的遮挡时间测量，通过计算遮挡时间推算出作业时间下流过的谷物体积，通过在设定的时间间隔内(或机器对应行程间距内)计算谷物流量。其测量方式为非接触测量，不受作业温度、谷物水分影响，适应农田复杂的作业环境。为了提高测量精度，控制器预先输入谷物密度ρ参数，根据谷物的分布确定标定参数，对流量数据进行修正。德国CLAAS公司研制的RDSCeresIISystem，使用光电式测产原理，其装置测量谷物在输粮叶片带动下遮挡发射器光线时，测量光束被遮挡的中断时间计算谷物体积，通过测量单位时间内螺旋输送器通过的谷物体积，在作业前手动测量谷物密度，并输入到主控制中，计算出谷物实时质量流量。《基于光电原理的容积式谷物流量传感器试验研究》中李民赞等设计开发了基于光电式的联合收获机谷物产量监测系统，采用89C2051单片机作为主控制器，在谷物输粮装置内安装升运器刮板，刮板两侧安装对射式光电传感器测量谷物体积，光电信息通过555芯片构成的施密特触发信号给单片机外部中断计时，单片机将时间信息由标定数据转化为流量信息；其装置在实验室内利用旋转码盘模拟谷物流量，对传感器测量精度进行了分析。联合收获机的谷物流量测量装置及测产方法(CN101248721)公开了一种利用脉冲计量轮的测量谷物的流量的测量装置，通过测量单位时间内装满谷粒的刮板轮的个数计算谷物流量，并测量了空气湿度对谷物含水率的影响。基于光电编码器的谷物流量传感器(CN101368835)公开了一种光电编码器式谷物流量传感器，采用连轴套环装置，将光电编码器与受力轴承相连，利用套环的偏转角位移测量流量信号。调研了国内外的光电式流量传感器，国外的光电式流量测量装置因技术保护并未对国内公开，其产品不能适应国内的联合收获机械和复杂的作业环境；国内的光电式流量测量装置测量精度低没有考虑农田复杂的环境；已公开的研究多采用单一可见光或红外发射器，其探头容易积灰影响测量精度。针对国内联合收获机输粮机构的特点，考虑到收获机复杂的作业环境，流量测量传感器激光探头为穿透力强的激光发射器，减少秸秆杂余造成的影响；针对联合收获机车身倾斜谷物分布不均安装与谷物分布相适应的传感器，并采用激光阵列式传感器对谷物分布不均造成的误差给出补偿修正误差，通过研究输粮装置升运器转速与刮板谷物过程成像分析；对阵列式传感器各路信息进行参数设置，提高测量精度。设计容易安装，结构简单，测量性能稳定的谷物流量测量装置。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种基于激光对射式阵列传感器的谷物流量测量装置，采用的技术方案如下：一种基于激光对射式阵列传感器的谷物流量测量装置，包括传感器单元和单片机；所述传感器单元包括若干个激光对射式阵列传感器、倾角传感器以及转速传感器；所述激光对射式阵列传感器、倾角传感器以及转速传感器均与所述单片机相连；所述若干个激光对射式阵列传感器位于X-Y平面内、并且分别沿X轴方向和Y轴方向布置，包括发射装置和接收装置；所述X-Y平面与刮板平面平行，X轴为沿刮板左下角到右上角的对角线方向，Y轴为沿刮板右下角到左上角对角线方向；所述发射装置为激光发射器，通过连接支架安装在升运器内壁上；所述接收装置为光敏二极管，通过连接支架安装在升运器内壁上，所述光敏二极管在没有光信号输入时输出高电平；所述倾角传感器用于测量升运器倾斜角，所述转速传感器用于测量升运器驱动轮的转速；所述单片机通过定时器记录光敏二极管输出高电平的时间，根据升运器刮板的移动速度计算出沿X轴、Y轴方向每一路激光对射式阵列传感器对应测量区域的谷物高度；所述单片机还根据每路激光对射式阵列传感器测量的区域大小，获得X、Y方向每一路激光对射式阵列传感器对应区域谷物的体积；所述单片机通过对各路测量区域谷物体积求和实现对谷物流量的测量。进一步，所述倾角传感器安装在所述连接支架上；所述转速传感器采用霍尔转速传感器，安装在升运器驱动轮上。进一步，X轴方向布置的传感器均匀分布，个数为4个；Y轴方向布置的传感器均匀分布，个数为4个；所述X轴方向的传感器和所述Y轴方向的传感器能够将升运器刮板等分为32份。进一步，所述光敏二极管的输出经过信号处理电路处理之后送至所述单片机；所述信号处理电路包括依次相连的：由运算放大器A组成的电流I/电压U转化电路、运算放大器B组成的低频滤波电路、由可调电阻R8和运算放大器C组成的放大电路。进一步，还包括键盘电路，所述键盘电路与所述单片机相连，通过键盘电路输入谷物密度，单片机根据谷物密度和体积流量信息计算出谷物的质量流量。进一步，还包括液晶显示器，所述液晶显示器与所述单片机相连，用于实时显示收获机作业信息及测量的谷物流量信息。本专利技术的有益效果：1、本专利技术能够使联合收获机在复杂的作业环境下获取精确的谷物流量信息，为农田作业产量图绘制提供技术支持。流量测量装置能够在实验室和田间环境下进行精准度实时校正，通过按键模块修改流量测量参数，减小谷物密度、地面不平、秸秆杂余造成的误差；缩短谷物流量测产装置的研发周期，提高装置的精准度和稳定性。2、激光阵列式传感器中出射光发射探头容易积灰影响测量精度，采用穿透力强的激光发射器，减少秸秆杂余造成的影响。针对收获机械车身倾斜谷物分布不均安装与谷物分布相适应的传感器，并采用激光阵列式传感器对谷物分布不均造成的误差给出补偿修正误差，通过测量输粮装置升运器刮板转速进行参数设定。同时利用谷物过程成像分析技术进行升运器刮板谷物分析，将过程中升运器刮板上谷物分布区域面积求和，计算瞬时谷物流量，减小测量误差。3、激光阵列式流量传感器为非接触测量，装置结构简单，不受作业温度、谷物水分影响，适应农田复杂的作业环境。阵列传感器从X和Y方向上激光阵列式传感器均匀分布，可获取X、Y方向上谷物分布信息，为过程成像分析谷物分布提供依据。陀螺仪传感器测量升运器在地面不平整时引起的X、Y方向上的倾斜角，作为体积流量误差计算补偿参数，且测量的倾斜角可作为地面不平整信息。附图说明图1是激光阵列式谷物流量测量原理图；图2是本专利技术原理框图；图3是激光对射式阵列传感器装置示意图；图4是传感器输出信号处理电路图；图5是谷物过程分析成像技术处理示意图；图6是谷物流量测量程序流程图；图7是谷物流量测量显示界面。图中标记：1--X方向传感器发射装置，1-1--X方向传感器接收装置，2--X方向倾角传感器，3--Y方向传感器发射装置，3-1--Y方向传感器接收装置，4--Y方向倾角传感器，5--升运器刮板，6--籽粒堆，7--谷物输粮升运器，8--升运器传送带，9--升运器驱动轮，10—霍尔转速传感器。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光对射式阵列传感器的谷物流量测量装置，其特征在于，包括传感器单元和单片机；所述传感器单元包括若干个激光对射式阵列传感器、倾角传感器以及转速传感器；所述激光对射式阵列传感器、倾角传感器以及转速传感器均与所述单片机相连；所述若干个激光对射式阵列传感器位于X‑Y平面内、并且分别沿X轴方向和Y轴方向布置，包括发射装置和接收装置；所述X‑Y平面与刮板平面平行，X轴为沿刮板左下角到右上角的对角线方向，Y轴为沿刮板右下角到左上角对角线方向；所述发射装置为激光发射器，通过连接支架安装在升运器内壁上；所述接收装置为光敏二极管，通过连接支架安装在升运器内壁上，所述光敏二极管在有谷物遮挡时输出高电平；所述倾角传感器用于测量升运器倾斜角，所述转速传感器用于测量升运器驱动轮的转速；所述单片机通过定时器记录光敏二极管输出高电平的时间，根据升运器刮板的移动速度计算出沿X轴、Y轴方向每一路激光对射式阵列传感器对应测量区域的谷物高度；所述单片机还根据每路激光对射式阵列传感器测量的区域大小，获得X、Y方向每一路激光对射式阵列传感器对应区域谷物的体积；所述单片机通过对各路测量区域谷物体积求和实现对谷物流量的测量。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光对射式阵列传感器的谷物流量测量装置，其特征在于，包括传感器单元和单片机；所述传感器单元包括若干个激光对射式阵列传感器、倾角传感器以及转速传感器；所述激光对射式阵列传感器、倾角传感器以及转速传感器均与所述单片机相连；所述若干个激光对射式阵列传感器位于X-Y平面内、并且分别沿X轴方向和Y轴方向布置，包括发射装置和接收装置；所述X-Y平面与刮板平面平行，X轴为沿刮板左下角到右上角的对角线方向，Y轴为沿刮板右下角到左上角对角线方向；所述发射装置为激光发射器，通过连接支架安装在升运器内壁上；所述接收装置为光敏二极管，通过连接支架安装在升运器内壁上，所述光敏二极管在有谷物遮挡时输出高电平；所述倾角传感器用于测量升运器倾斜角，所述转速传感器用于测量升运器驱动轮的转速；所述单片机通过定时器记录光敏二极管输出高电平的时间，根据升运器刮板的移动速度计算出沿X轴、Y轴方向每一路激光对射式阵列传感器对应测量区域的谷物高度；所述单片机还根据每路激光对射式阵列传感器测量的区域大小，获得X、Y方向每一路激光对射式阵列传感器对应区域谷物的体积；所述单片机通过对各路测量区域谷物体积求和实现对谷物流量的测量。2.根据权利要求1所述的一种基于激光对射式阵列传感器的谷物流量测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈进，王坤，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32