智能播种设备系统研究
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【摘要】本文介绍了一种用于玉米种子精密播种的智能播种装置的设计与研发，该装置的特点是采用电机驱动排种，播种装置可以按照农艺要求任意调整株距。电机的转速的获取是在测速轮前进的速度基础上实现的，通过测速轮获取的速度信号，传递给单片机进行处理，经过公式分析，最终得到目标电机转速。试验采用的排种器为指夹式排种器，排种效果好，排种均匀，为单粒精播提供可靠保障。
【关键词】智能；可变量；播种装置
1研制背景及意义
播种是农业生产中的重要环节，提高播种机的工作性能、工作质量和工作效率已成为人们在播种过程中的追求目标。现有播种机排种一般都是采用齿轮、链轮等机械传动，依靠地轮驱动排种器排种，改变播种株距需要通过改变传动比来实现。改变传动比需更换链轮、齿轮，不能实现在作业中进行改變株距，而作业过程中拖拉机速度波动和地轮打滑会造成株距的变化，影响了播种均匀性。为此，针对现如今农村播种出现的问题，研制出可变量智能播种装置。
该可变量智能播种装置以单片机为主控芯片，采用步进电机驱动排种轴转动，实现播种人员调整播种株距简单，播种株距的连续调节。通过步进电机驱动排种器完成种子的排种，避免了地轮打滑对播种株距造成的影响，提高了播种株距的准确性，实现作业过程技术参数的实时显示，系统工作可靠性强。
2可变量智能播种装置结构及组成
该装置主要由指夹式排种器步进电机、行走轮（测速轮）、机架几部分组成。步进电机用来为排种器转动提供动力。测速轮用来测速，同时还起镇压和支撑作用。另外，单体中所示的测速轮替代了拖拉机前轮用于测速，测速轮被装在播种机单体的前部位置，承重较大，且试验室地况良好，所以测速轮打滑率很低。
3可变量智能播种装置总体方案
3.1控制系统硬件设计总体方案
控制系统硬件部分的设计是整个控制系统设计中的关键部分，硬件部分的主要作用是采集信号信息、分析和处理信号信息，完成信息传递、输出控制信号等。另外，为了简化装置，提高系统的稳定性和抗干扰性，设计中采用单片机进行控制，通过无线传输模块实现信息的传输交流。单片机单元主要负责机具前进速度的采集、排种控制的功能。
（1）信息采集部分：设计中将霍尔传感器测速模块安装在拖拉机前轮上采集拖拉机前行速度，主单片机对所获得的速度信息进行处理，并通过无线传输将信息发送给从单片机，从单片机依据建立好的拖拉机速度、播种株距、排种器转速三者之间的数学模型，分析计算出需要发送给步进电机的脉冲数。
（2）步进电机驱动排种部分：设计中对排种器的驱动装置进行了改进，舍弃了传统的地轮驱动模式，改换成步进电机驱动的排种器电动系统，该驱动方式能够避免地轮打滑的干扰，改善播种机的播种性能。主单片机将机具实时速度和预设株距经无线传输发送给从机，经从机计算处理后，发送脉冲给电机驱动器控制步进电机转动，从而控制排种器按需排种。
3.2 控制系统软件设计总体方案
软件部分的设计是整个控制系统设计中的核心部分，它对控制系统的准确性、抗干扰性和稳定性都有重要影响。该课题的软件设计采用 C 语言作为编程工具，整个程序运用模块化编程方法，将一个大的系统依据要实现的不同功能分解成多个小模块，先对小模块独立的进行编程，然后测试程序的实现效果，最后将各个模块进行整合，测试整个程序的控制效果。 控制系统的软件部分主要完成信息采集、信号的运算处理、电机驱动、故障判断及报警、信息输出等工作。对应需要完成的工作，软件部分的程序设计包括主程序、信息采集子程序、故障判断子程序、报警子程序、显示子程序、电机驱动子程序等的设计。
4可变量智能播种装置的的硬件设计及选择
（1）对 AT89C2051 单片机以及各控制芯片进行初始化，保证控制系统做好工作准备；
（2）调用信息采集及数据处理、运算子程序，依据霍尔传感器和激光传感器发送回来的信号，通过分析、计算，判断有无故障发生和得出步进电机转速；
（3）调用显示子程序，实时对播种参数进行显示，当发生漏播故障时，显示屏会自动跳转到故障页面显示相关故障信息；
（4）调用报警子程序，在播种机工作过程中，当发生漏播情况时，报警系统能够及时报警；
5总结
（1）采用步进电机驱动排种器排种的驱动系统，有效地解决了地轮打滑影响播种株距的问题，提高了精密播种机播种株距的准确性。
（2）通过单片机依据拖拉机前轮速度控制步进电机转动来调节播种株距，实现了播种株距的无级调节，避免了停机手动调节的繁琐，提高了播种机的工作效率，播种均匀性也明显提高。
（3）经过对该控制系统的试验测试可以看出：在播种过程中，系统能够依据机组速度调节播种株距，且报警机制可靠率高。该系统的设计不仅改善了精密播种机的工作质量，提高了玉米产量，而且降低了劳动强度，提高了劳动生产率。
参考文献
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[2]孟鹏祥.玉米精密播种机智能监控系统的研究[D].山东理工大学，2016.
[3]彭强吉，孙宜田，荐世春，等. 智能玉米精密播种施肥机的研制[J]. 中国农机化学报，2016，（03）：15-19.
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