一种自动调节播量的水稻排种器及其播量智能控制系统

技术领域

本发明涉及智能农业播种机械的技术领域，尤其涉及一种自动调节播量的水稻排种器及其播量智能控制系统。

背景技术

水稻是我国三大主粮之一，具有重大战略价值。水稻种植方式分为移栽和直播两种，精量穴直播技术是最主要的水稻轻简栽培技术，其关键核心部件是排种器。

我国水稻品种多、形态各异，且因品种、地区、天气、播期等不同而播量差异较大，在各大粮食作物中实现精密播种难度最大。此外，排种器的工作转速、稻种三轴尺寸、千粒重等物理特征参数，以及含水率、催芽长度等种子处理状态是影响排种器播种精度和播种量的重要因素。目前市场上的排种器的智能化水平低，当以上因素变化时，无法实现对播量的精准控制。目前现有技术的传统机械式排种器受转速、稻种物理参数和种子处理状态等因素的影响导致播种精度不高的问题，同时解决传统机械式排种器播量无法自动调节和播量控制精度不高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的播量无法自动调节和播量控制精度不高，提供了一种自动调节播量的水稻排种器及其播量智能控制系统。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种自动调节播量的水稻排种器，包括外壳、步进电机、凸齿轮、播量调节机构和排种轴，所述播量调节机构包括排种轮、弹簧和容积调节圆筒，所述排种轮安装于外壳的内腔，所述排种轮与排种轴连接，所述排种轮穿过弹簧与容积调节圆筒连接，所述容积调节圆筒远离排种轮的一面与凸齿轮连接，所述凸齿轮通过电机齿轮与步进电机连接。

更优的选择，所述排种轮包括充种轮和导向柱，所述导向柱安装于外壳，所述充种轮安装于导向柱，所述充种轮设有多个充种槽，所述充种槽与容积调节圆筒形成充种室，所述导向柱的动力端与排种轴连接，所述导向柱的导向端依次穿过弹簧、容积调节圆筒与凸齿轮连接。

更优的选择，还包括第一手动调节齿轮，所述第一手动调节齿轮安装于导向柱并与充种轮连接，所述第一手动调节齿轮与凸齿轮相匹配。

更优的选择，所述凸齿轮包括第二手动调节齿轮和传动齿轮，所述第二手动调节齿轮和传动齿轮均安装于排种轮，所述第二手动调节齿轮与传动齿轮连接，所述第二手动调节齿轮远离传动齿轮的一面与容积调节圆筒连接，所述第二手动调节齿轮与排种轮相匹配，所述传动齿轮与电机齿轮连接。

更优的选择，所述容积调节圆筒包括多根容积调节柱和受力板，所述受力板设有安装环，所述安装环安装于排种轮，多根所述容积调节柱与受力板连接，多根所述容积调节柱与排种轮的充种槽形成多个充种室。

更优的选择，还包括清种刷，所述清种刷通过螺栓安装于外壳，所述清种刷与排种轮连接。

更优的选择，还包括N个定位扣，N个所述定位扣对称地安装于外壳，所述N为正偶数。

更优的选择，还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器安装于排种轴。

更优的选择，还包括工业相机，所述工业相机安装于外壳的尺寸标定板。

一种水稻排种的播量智能控制系统，包括排种器、种箱、薄梁称重传感器、微波反射水分传感器、霍尔传感器、工业相机和控制器，所述种箱安装于排种器，所述霍尔传感器和工业相机均安装于排种器，所述微波反射水分传感器和薄梁称重传感器均安装于种箱，所述排种器、薄梁称重传感器、微波反射水分传感器、霍尔传感器和工业相机均与控制器连接，所述排种器为一种自动调节播量的水稻排种器。

本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：

1、本发明通过外壳、步进电机、凸齿轮、播量调节机构和排种轴，实现自动调节播种量，播种量控制精度高。

2、本发明通过排种器、种箱、薄梁称重传感器、微波反射水分传感器、霍尔传感器、工业相机和控制器，各个传感器实时监测播种情况，并实时控制步进电机对水稻排种器的播量调节，从而实现水稻排种器的播量进行精准调节。

附图说明

图1是本发明一种自动调节播量的水稻排种器的结构示意图；

图2是本发明一种自动调节播量的水稻排种器的播量调节机构的结构示意图；

图3是本发明一种自动调节播量的水稻排种器的播量调节机构的结构示意图；

图4是本发明一种自动调节播量的水稻排种器的播量调节机构的爆炸图；

图5是本发明一种水稻排种的播量智能控制系统的流程示意图；

附图中各部件的标记：1、霍尔传感器；2、排种轴；3、外壳；4、排种轮；41、导向柱；42、充种轮；43、充种槽；44、第一手动调节齿轮；5、步进电机；6、凸齿轮；61、第二手动调节齿轮；62、传动齿轮；7、清种刷；8、工业相机；9、容积调节圆筒；91、受力板；92、容积调节柱；10、弹簧；11、电机齿轮；12、定位扣。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

一种自动调节播量的水稻排种器，包括外壳3、步进电机5、凸齿轮6、播量调节机构、排种轴2、定位扣12和清种刷7，播量调节机构包括排种轮4、弹簧10和容积调节圆筒9，排种轮4安装在外壳3的内腔，排种轮4的动力端与排种轴2连接，排种轮4的导向端穿过弹簧10与容积调节圆筒9连接，容积调节圆筒9通过凸齿轮6与电机齿轮11连接，电机齿轮11安装在步进电机5上，步进电机5安装在外壳3的外侧，2个定位扣12对称地安装在外壳3的顶部，另外2个定位扣12对称地安装在外壳3的侧方。清种刷7通过螺栓安装在外壳的内腔，清种刷7的刷头与排种轮4相互接触。

外壳3起到支撑作用，用于安装各个零部件；步进电机5为调节排种轮4的充种室的长度提供动力；凸齿轮6通过步进电机5的旋转从而在导向柱41中前进或者后退，用于推动容积调节圆筒9；排种轮4将水稻种子播到田地中；容积调节圆筒9用于调节充种室的大小。排种轴2用于连接排种轮4，并带动排种轮4旋转。弹簧10通过自身压缩控制排种轮4和容积调节圆筒9的相对距离。清种刷7在水稻排种器工作时，清理超出充种室的水稻种子。定位扣12一共有4个，2个位于排种器的顶部，用于固定种箱；另外2个定位扣12位于排种器的一侧，用于固定水稻排种器。

排种轮4包括第一手动调节齿轮44、充种轮42和导向柱41，导向柱41安装于外壳3的内腔，充种轮42和第一手动调节齿轮44均安装在导向柱41上，充种轮42和第一手动调节齿轮44连接，导向柱41的动力端与排种轴2连接，导向柱41的导向端依次穿过弹簧10、容积调节圆筒9和凸齿轮6，弹簧10位于充种轮42与容积调节圆筒9之间，充种轮42上设有多个充种槽43。

第一手动调节齿轮44用于手动调整充种室的容积，从而达到对播种量进行调节；充种轮42设有多个充种槽43，充种槽43用于存放水稻种子，通过自身转动来达到播种的目的；导向柱41上设有螺纹，凸齿轮6可以在螺纹的作用下前进或者后退，另外导向柱41对容积调节圆筒9进行轴向导向，让容积调节圆筒9能准确地嵌入充种轮42的充种槽43内。

凸齿轮6包括第二手动调节齿轮61和传动齿轮62，传动齿轮62安装在排种轮的导向柱41，传动齿轮62与步进电机5齿轮11连接，第二手动调节齿轮61的一面通过连接块与传动齿轮62连接，第二手动调节齿轮61与传动齿轮62之间形成间距，有利于增加凸齿轮6的前后移动距离；第二手动调节齿轮61的另一面与容积调节圆筒连接，传动齿轮62的厚度大于步进电机5齿轮11的厚度，从而达到凸齿轮6在前后移动过程中不脱齿满足动力传输的效果。第二手动调节齿轮61与排种轮的第一手动调节齿轮44配合使用，用于手动调节充种室的容积大小；传动齿轮62通过电机齿轮11带动传动齿轮62旋转，达到凸齿轮6在导向柱41上前后移动。

容积调节圆筒9包括受力板91和多根容积调节柱92，多根容积调节柱92均分布地与受力板91垂直连接，受力板91的另外一面与凸齿轮6连接，受力板91设有安装环，受力板91通过安装环安装于导向柱41，多根容积调节柱92与充种槽43形成多个充种室44。受力板91受到凸齿轮或者弹簧的力实现在导向柱41中前后移动；容积调节柱92通过在充种槽43内的插入深度来控制充种室的容积。

一种水稻排种的播量智能控制系统，包括水稻排种器、种箱、薄梁称重传感器、微波反射水分传感器、霍尔传感器1、工业相机8和控制器，种箱安装在水稻排种器的顶部，霍尔传感器1安装在水稻排种器的排种轴2，工业相机8安装在水稻排种器的外壳3的尺寸标定板上，微波反射水分传感器安装在种箱的上方，薄梁称重传感器安装在种箱的下部，水稻排种器的步进电机5、薄梁称重传感器、微波反射水分传感器、霍尔传感器1和工业相机8均与控制器连接，控制器上设有触摸显示器。

水稻排种器可以根据输入的播量数值自行调节充种室的大小，并可以将水稻种子播种到田地里；种箱用于储存水稻种子；薄梁称重传感器用于测量实验水稻种子的千粒质；微波反射水分传感器由于微波对水分十分敏感，因此用于测量试验水稻种子的含水率；霍尔传感器1用于监控该水稻排种器的排种轮4的转速，并及时将排种轮4的实时转速值传送给控制器并显示在触屏显示器；工业相机8的作用是检测试验水稻种子的三轴尺寸和催芽长度，同时摄像采集排种轮4的单个充种室的水稻种子的数量，以此确定单个充种室的稻种数量是否符合要求。控制器为PLC控制器，自带触屏显示器，触摸显示器起到显示和输入的作用，在该显示器中输入播量数值，控制器下指令控制步进电机5旋转，从而达到调整充种室大小的效果。

建立充种数学模型和水稻种子物理特性参数实时测量系统获取的水稻种子物理特征参数，建立以播种量为应变量，实时监测水稻种子的三轴尺寸、催芽长度、千粒质、含水率的相关情况，控制器根据各传感器(包括薄梁称重传感器、微波反射水分传感器、霍尔传感器1和工业相机8)返回的数据对水稻排种器做出适当调节，实时自动调节充种室大小和排种轮4的转速，从而形成一个由显示器、控制器、各类传感器、辅助装置以及量精准自调节的水稻排种器组成的闭环系统，实现播量自动调节的机械式水稻排种器。

工作原理：工作时，将稻种放入种箱，在触屏显示器处输入要求播量的相关参数(包括行距：20cm、穴距：14cm和播量：075kg/ha)，控制器把设定的数据经过计算处理后下达指令给排种器的步进电机5,该步进电机5接收到控制器的指令后，开始旋转并带动凸齿轮6进行旋转，从而使凸齿轮6沿着导向柱41前进或者后退。当凸齿轮6前进时，推动容积调节圆筒9前进，进而容积调节圆筒9向排种轮4前进，充种室的容积缩小；当凸齿轮6后退时，弹簧10因自身压缩反弹推动容积调节圆筒9后退，容积调节圆筒9从排种轮4后退，即是排种轮4与容积调节圆筒9的相对距离增大，充种室的容积增大。与此同时，各个传感器检测相关的数据，并将相关数据反馈给控制器并显示在触摸显示屏上。当相关数据与设定数据在误差范围内，步进电机5不工作，充种室44的大小保持不变；当相关数据与设定数据存在一定的偏差时，控制器根据相关数据下达指令给水稻排种器的步进电机5，该步进电机5转动，从而调整充种室的大小，实现实时自动调节播种量的效果。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。