图1智能装盘播种机的结构Fig.1Structure of intelligent plate planter1.漂盘护栏2.压辊3.下料斗4.点种斗5.淋水斗6.覆料斗7.后加长架8.电机链条护罩9.控制面板10.电控盒11.保险座%12.装基电机13.前加长架DOI:中国农机化学报Journal of Chinese Agricultural Mechanization 第35卷第6期2014年11月Vol .35No .6Nov.2014智能装盘播种机精密播种监测系统的设计*吉武俊，陈海燕摘要：国内现行的烟草播种机多采用纯机械推板式播种器，其播种量无法控制，且漏种量高，控制性能差难以满足播种的要求。
YZPB ―200B 型智能装盘播种机采用步进电机驱动排种器，播种过程中采用霍尔转速传感器采集苗盘传送速度信号，并由单片机对采集数据进行分析和计算，动态调节步进电机转速，使排种器转速与苗盘传送速度保持一定的关系，从而达到自动控制排种器的目的；此外安装了监控系统对播种机的播种质量进行实时监控，提高了播种的质量。
关键词：播种器；单片机；传感器；播种精度中图分类号：S223.2文献标识码：A文章编号：2095-5553(2014)06-0017-04吉武俊,陈海燕.智能装盘播种机精密播种监测系统的设计[J].中国农机化学报,2014,35(6):17~20Ji Wujun,Chen Haiyan.Design of the monitoring system for precision seeding in tobacco intelligent plate planter [J].Journal of Chinese Agricul -tural Mechanization,2014,35(6):17~20(河南省职业技术学院，郑州市，450046)收稿日期：2013年9月16日修回日期：2013年10月29日*基金项目：河南省烟草公司科技公关项目(200831)第一作者：吉武俊，男，1979年生，河北张家口人，硕士，讲师；研究方向为汽车应用技术教育。
E-mail:mazhai920@0引言播种器是播种机的核心部件，对播种质量起决定性作用。
目前我国烟草装盘播种多数地区仍采用手工或半机械化作业。
传统播种机的播种器是依靠地轮驱动，当地轮阻力大时容易打滑，要想让播种器和地轮的前行速度保持一定的关系，达到精准播种，对其机械部分的设计要求很高，如果出现皮带松动等原因时，漏播率非常高。
同时播种机工作时具有全封闭的特点，当播种机发生故障时由于没有及时发现，会造成断行性漏播，导致农业减产。
YZPB ―200B 型智能装盘播种机将播种过程用三种传感器进行测点，单片机综合控制，让排种器转速与播种机作业速度一致，大大提高了播种精度；为了防止断行性漏播，安装了监控系统对播种质量进行实时监控，提高了播种质量。
1智能装盘播种机的结构烟草精量装盘播种机由机架、装基装置、压穴装置、播种装置、淋水装置、覆基装置构成，如图1所示。
其中机架是本产品的基础，主要完成传递动力及输送育苗盘的任务；装基装置主要作用是能够容纳一定的基质量，并向育苗盘的种穴内填充基质；压穴装置利用传动V 带的摩擦力，使育苗盘在运行的状态下推动压穴装置，使压穴装置被动上下运动，实现同步给育苗盘压窝；播种装置包括种子箱、排种器驱动步进电机、精量排种器，它的主要作用是通过两组传感器检测，给控制系统提供信号，单片机进行数字化控制，实现精确播种。
10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2014.06.0052系统整体设计播种器是整个播种机的核心，本系统采用一台步进电机代替地轮作为执行机构带动播种器转动，减小了传送带打滑对播种均匀性的影响。
苗盘输送带则是由单相交流异步电动机驱动。
播种机电控部分由传感器系统、单片机控制单元、显示单元和报警单元组成。
单片机控制单元由主从两个单片机构成。
播种过程中，首先由转速检测传感器采集播种机苗盘传输速度信号，速度信号经放大整形后输入到主单片机，主单片机接收转速检测传感器和播种检测传感器的测量数据，对采集数据进行加工和处理，将结果输出到控制单元，步进电机接收到由控制单元发出的脉冲信号后，执行机构改变转角，由步进电机驱动播种器主轴，实现精确播种。
工作时由霍尔测速传感器采集苗盘输送速度信号，并由光电传感器检测播种管播种情况，单片机分析计算数据，发出控制信号来控制步进电机的转角，从而达到自动控制播种器的目的。
从单片机的主要工作任务是连接报警器、显示器和实时时钟，并接受主单片机分析数据信号，对播种情况进行实时监控，如果出现漏播或播种机出现故障时启动声光控报警器。
系统整体设计思路如图2所示。
3播种机硬件系统设计3.1传感器系统电路的设计系统要实现精密播种，首先要让苗盘输送速度与投苗盘转速保持一定的关系，并且能实时检测落种情况，这就需要检测苗盘输送的速度及输种管的落种情况。
下面简单介绍一下传感器的选型。
首先苗盘输送速度的检测是通过在输送部分的1台单相交流异步电动机驱动主轴上安装霍耳转速传感器来实现的。
霍尔传感器本系统选用A44E 芯片，选择这个芯片的优点在于其工作电压在4.5~18V ，输出电平为TTL 标准，可直接与单片机I/O 口连接。
转速测量系统由霍尔转速传感器、永久磁铁及电子线路组成，测速系统的采样周期有永久磁铁的个数决定，安装的永久磁铁越多，采样频率高，速度信号越准确。
但是采样频率过高，占用控制器时间越长，使得控制难以实现。
在本系统中，我们通过大量的实验，确定小磁铁的个数为12个。
控制硬件电路如图3所示。
其次是输种管落种情况的检测，本系统采用了光电传感器采集落种信号。
光电传感器的发光元件选择穿透力比较强的红外发光二极管，受光元件采用红外光敏二极管，其频率特性好且响应速度比较快。
此外为了避免检测过程出现“盲区”，本系统在输种管内壁排列了双层红外对管，其中每层安装有1个红外发光二极管和8个红外光敏二极管，扩大了测量的覆盖面积。
3.2主机单片机电路设计主单片机我们选用了美国Cygnal 公司设计的C8051F320型单片机，它的控制器与MCS-51内核及指令集完全兼容，此外C8051F320的指令运行速度比较快，工作效率比较高。
在工作过程中，霍尔传感器检测到的转速信号及光电传感器检测到的落种信号送入主机单片机C8051F320，由单片机对信号进行统计、计算，并根据苗盘输送的距离及落种要求判断步进电机的转角，从而实现精确播种的目的。
此外，主单片机分析计算后的结果通过485通信线传输给从单片机。
主单片机电路设计如图4所示。
3.3从机单片机电路设计从单片机选用专为USB 应用而设计的C8051F340图2系统整体设计图Fig.2Design diagram of the whole structure图3A44E 与CPU 连接电路Fig.3%Circuits between A44E and CPU图4主CPU 硬件电路设计Fig.4Master CPU circuitdesign中国农机化学报2014年18系列单片机。
该产品采用CIP-51微控制器内核，其指令执行速度比较快。
在工作过程中，主单片机分析计算后的结果送入从单片机，其输出接口与报警器及显示器连接。
主要任务是当播种机发生故障，或播种过程中出现漏播现象时可以立即启动报警系统，并通过显示器显示故障位置，播种量及漏播率等信息。
电路设计如图5所示。
3.4485接口电路设计主CPU和从CPU之间采用485通信，通信模块采用MAX3072芯片作为收发器。
安装时将主CPU与播种传感器及转速传感器安装在测量现场，这样能更好的避免多种干扰信号，能够准确的采集现场数据并能判断出播种器是否正常工作。
从CPU安装在驾驶室，能够及时将漏种、堵管等故障进行提醒，而且操作者还可以通过显示器了解漏播率，漏播位置等参数。
两单机之间通过485通信，一方面可以抑制工模干扰，另一方面还防止了干扰信号的窜入，保证了系统的安片全和可靠性。
接口电路设计如图6所示。
3.5显示器电路设计本系统中显示器主要功能是显示播种量、漏播率及漏播位置。
本系统选用TFT480272BS-4.3型号的LCD显示器，显示器电路图如图7所示。
3.6声光报警电路设计为了降低成本，利用三极管T2的开关特性来控制喇叭和发光二级管，实现的声光报警。
声光报警电路设计图如图8所示。
当有漏种或堵塞现象发生时，单片机发出一个高电平，三极管T2导通，喇叭和发光二级管同时报警，反之三极管截止，电路不报警。
4实验数据分析试验苗盘选择河南省烟农常用的10列×20行烟草用塑料漂盘。
播种器转速依次按照表1选取5个水平，进行播种器转速的单因素试验。
播种器转速保持在100r/min 左右，进行重复验证性试验，漏播率平均值为3.57%。
5结论本系统采用一台步进电机代替地轮作为执行机构带动播种器转动，减小了传送带打滑对播种均匀性的影图5从CPU硬件电路设计Fig.5Slave CPU circuit design 图6485接口电路设计Fig.6485-interface circuit design图7显示电路设计Fig.7Display circuitdesign图8报警电路设计Fig.8Alarm circuitdesign表1播种器播种转速单因素试验结果Tab.1Seeder sowing speed single-factor test results播种器转速/(r·min)漏播率y/%重复1重复2重复3重复4重复5平均值120 4.40 4.48 4.27 4.47 4.58 4.440110 4.01 4.20 4.08 4.13 4.06 4.096100 3.63 3.74 3.53 3.50 3.48 3.57690 3.02 2.93 2.80 3.20 3.12 3.01480 2.13 1.94 1.95 2.03 1.96 2.002吉武俊等:智能装盘播种机精密播种监测系统的设计第6期19Design and test of 1G —2500BF straw returning biaxial rotary fertilizer seederTao Deqing,Liu Wei,Zhang Ruihong,Li Xiang,Miao Hong,Ji Yanan(Yangzhou University,Yangzhou,225009,China )Abstract:This machine could complete rotary tillage,straw returning,fertilizing and planting at one time,which improves the operational efficiency.The biaxial rotary tillage was used and made the tillage depth reach more than 22cm.The increase of the tillage depth will lead to better straw returning and deep fertilization.The field experiment showed that all the performance indicators meet the design requirements.Keywords:straw returning;biaxial rotary tillage;duplex operation（上接第3页）所采用的零部件大多为标准件和通用件，减少了制造成本与加工难度，便于维护和保养，具有广泛的应用前景。