撒肥机的颗粒肥料余量检测装置制造方法及图纸

一种撒肥机的颗粒肥料余量检测装置，由参考电容、测量电容、等电位环、信号采集板卡和支架组成。参考电容和测量电容是各由4～10片等量的偶数极板构成的电容器，极板等间隔隔离、奇偶序号分别接入振荡信号正负引脚。等电位环环绕在每片参考电容和测量电容的极板外圈。信号采集板卡产生振荡信号，通过阻容式电桥电路，参考电容和测量电容之间产生的信号差异，通过信号放大电路、有效值转换电路之后获得直流模拟信号，PIC18F25K80完成A/D的转换，并能通过USART或CAN电路把数据发送出去。撒肥机作业时，参考电容内充满颗粒肥料，而测量电容内的颗粒肥料反映了料箱内实时余量——既可在驾驶室显示，也可通过无线数传模块传送到远程的服务器中，构成精准农业的基础数据。

Detection Device for Granular Fertilizer Residual of Fertilizer Spreader

The detection device for granular fertilizer allowance of fertilizer spreader is composed of reference capacitance, measuring capacitance, equipotential ring, signal acquisition board and bracket. Reference capacitance and measurement capacitance are capacitors consisting of 4 to 10 even plates, which are separated at equal intervals and connected to positive and negative pins of oscillating signals by odd and even serial numbers. The equipotential ring surrounds the outer ring of the plate of each reference capacitor and the measuring capacitor. Signal acquisition board generates oscillation signal. Through resistance-capacitance bridge circuit, referring to the difference between capacitance and measurement capacitance, DC analog signal is obtained after signal amplification circuit and RMS conversion circuit. PIC18F25K80 completes A/D conversion and can send data through USART or CAN circuit. When the fertilizer spreader works, the reference capacitor is filled with granular fertilizer, and the granular fertilizer measured in the capacitance reflects the real-time surplus in the bin, which can be displayed in the cab or transmitted to the remote server through the wireless data transmission module, thus constituting the basic data of precision agriculture.

【技术实现步骤摘要】
撒肥机的颗粒肥料余量检测装置
本专利技术属于农业机械领域，具体涉及撒肥机械的参数检测技术。
技术介绍
传统的化肥施用采用人工手抛，存在劳动效率较低、抛洒不均匀、影响作业人员健康的问题，近年来，撒肥机在我国获得了大量的推广，农民只需要开着拖拉机，撒肥机就均匀地抛撒化肥，劳动效率大幅提高了，工作的舒适性也显著改善了。形式上存在单盘撒肥机、双盘撒肥机，以禹城禹明机械有限公司生产的双盘撒肥机为例，其料箱容量为1000升，抛撒的半径达到15米。当今农业污染也逐渐受到公众的重视，国家已经制定政策，要求从2018年起，我国的农田化肥总用量必须逐年减少，因此现有的简单的机械式抛撒化肥技术必须进行改进，使得管理部门能掌握实际的化肥使用量。作业撒肥作业的拖拉机驾驶员，需要时刻扭头关注身后撒肥机内的肥料余量和抛撒的效果，这增加了作业的不舒适性，迫切需要某种电测技术增加他对机具状态的实时了解。已经有学者对料位检测的传感器技术进行了研究，例如李文联(一种双电容式料位传感器[J]，传感器技术，2003，Vol.22(8)：60-62)设计了一种双电容式料位传感器，采用两对平行极板构成两只背靠背的电容，其中一只电容充满待检测物料，另一只电容实时检测用。这样有效减少由于因温度和湿度造成的测量误差。曹英荣(虚拟电容式传感器检测系统的设计与应用[J]，传感器技术，2005，Vol.24(11)：53-55)设计的电容式传感器采用了等电位环结构，提高测量的精确性。美国堪萨斯州立大学研制的(席新明，基于频率响应特性的生物燃油混合比检测[J]，西北农林科技大学学报，2010，Vol.38(7):216-220)生物燃油混合比检测传感器在紧凑的容器内采用平行的多片极板提高总电容量，实验表明了非常准确的混合比预测结果。可见，采用电容式传感器是可以测量容器内颗粒类物质的容量的。为了克服现有的撒肥机的不足，本专利技术提供了一种检测颗粒肥料余量的装置，该装置不仅能以电信号表示实时的料位，而且具备发送信息给云端服务器的功能，为精准农业提供准确的数字化信息。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在撒肥机的倒圆锥形状料箱的出料口正上方、靠近出料口的侧壁上，通过螺栓联结把一套颗粒肥料传感器固定安装。信号采集板卡固定在料箱外侧箱架横梁上，颗粒肥料传感器与信号采集板卡之间电连接。当颗粒肥料从上方进料口倒入撒肥机，颗粒肥料会自然地填入颗粒肥料传感器的极板之间的间隙，随着撒肥机消耗掉颗粒肥料，极板之间的颗粒肥料的容量下降，相当于极板之间的介电常数发送了变化。颗粒肥料传感器由参考电容、测量电容、等电位环、侧面绝缘块、中部绝缘块、接线端子、碰珠卡扣、翻板、合页和支架组成。支架下部的短纵梁固定于料箱的侧面上，支架的立柱穿过两块中部绝缘块的方孔并通过螺栓联结与中部绝缘块固定。参考电容和测量电容是各由4～10片等量的偶数极板构成的电容器，极板被中部绝缘块和侧面绝缘块等间隔隔离，等电位环环绕在每片参考电容和测量电容的极板外圈，等电位环两侧均被中部绝缘块和侧面绝缘块支撑。参考电容的两个侧面紧贴绝缘板材并使得颗粒肥料不外漏。参考电容正下方紧贴一块翻板，翻板上表面固定一层绝缘层使之与等电位环不导通，翻板右侧与合页相连，合页另一端焊接于支架的立柱上，翻板左侧面固定碰珠卡扣的碰珠端，并将碰珠卡扣的卡扣端固定在参考电容侧的侧面绝缘块上。两侧等电位环和极板上均配置接线端子。在田间撒肥作业之前，使碰珠卡扣两端相碰合，参考电容由此构成只有上端开口的一个容器，倒入颗粒肥料使参考电容的内部被充满；而测量电容内的颗粒肥料反映了当前料箱内颗粒肥料的实时余量；在结束撒肥作业时，使碰珠卡扣两端脱开，翻板以合页为轴向下翻转，将参考电容内的颗粒肥料滚落到撒肥机料箱内从而避免颗粒肥料在参考电容内残留、板结，同时这些颗粒肥料也由转盘抛撒到田野中去了。参考电容和测量电容内部的电容极板采用了电连接的方法，从左边起编号，奇数序号的极板全部电连接到振荡信号的正极，偶数序号的极板全部电连接到负极。N片极板结构，实质使电容量扩大到一对极板构成的电容量的(N-1)倍，大的电容量提高了传感器信噪比。信号采集板卡由振荡信号发生电路、电桥电路、信号放大电路、有效值转换电路、PIC18F25K80、RS232通讯电路和CAN通讯电路组成。振荡信号发生电路通过555定时器与电阻R1、电位器PR1和电容C1的电连接，从OUT引脚产生方波，再通过电阻R2、电容C2的充放电回路和三极管Q1的射极跟随电路产生低输出阻抗的正弦波信号，“SIN+”端与电桥电路的电阻公共端电连接，“SIN-”端与电桥电路的电容公共端电连接，R4和Cr、R5和Cx各组成电桥电路的桥臂，其中Cr是参考电容，Cx是测量电容，“Cr+”引脚与参考电容的“+”脚电连接，“Cx+”引脚与测量电容的“+”脚电连接，两个电容传感器的“-”脚直接电连接后再与振荡信号发生电路的“SIN-”端电连接，“Cx+”引脚和“Cr+”引脚分别与信号放大电路的运算放大器的“+”、“-”引脚电连接，信号放大电路的输出引脚与有效值转换电路的“Vin”引脚电连接，有效值转换电路的AD736芯片完成交流信号到直流信号的转换，其“Vo”引脚与PIC18F25K80的“RA0”引脚电连接。PIC18F25K80的“TX”“RX”引脚与MAX232芯片电连接，构成RS232异步串行通讯的外部接口，PIC18F25K80的“CANTX”“CANRX”引脚与MCP2551芯片电连接，构成CAN异步串行通讯的外部接口。信号采集板卡的RS232接口与无线数据传输DTU的RS232接口电连接，无线数据传输DTU又分别与卫星定位天线和无线传输天线电连接；信号采集板卡的CAN接口与显示屏的CAN接口电连接。这套系统上电工作后，在驾驶室中的显示屏上不仅可以实时显示当前的颗粒肥料余量，而且无线数据传输DTU可以实时地把作业中的撒肥机的肥料余量传输给远端的云服务器，构成经度、纬度、肥料用量的3D图，成为精准农业的重要数据来源，也为我们国家掌控化肥的总用量提供严谨的数据支撑。在信号采集板卡软件流程中，PIC18F25K80首先对I/O口、USART通讯、A/D转换和CAN通讯依次进行寄存器的初始化，开启USART和CAN异步串行通讯的中断功能。程序按照循环扫描的方式运行，当PIC18F25K80的“RX”引脚收到数据、且为无线数据传输DTU的采集指令时，则启动A/D转换，读出转换后的数据，并把数据转换为肥料的余量，然后通过“TX”引脚把数据发送给无线数据传输DTU，可由无线数据传输DTU进一步传输到远程的云服务器；颗粒肥料的余量数据再通过“CANTX”引脚把数据发送出去，由显示屏显示数据；当PIC18F25K80的“CANRX”引脚收到数据、且为单次采集指令时，则启动A/D转换，读出转换后的数据，然后通过“CANTX”引脚把此数据发送出去，由显示屏显示数据。单次采集的目的是建立A/D转换结果与肥料余量之间函数关系，实验的方法是：先把颗粒肥料倒入撒肥机，并达到充满的状态，记录总的投入重量，发出一条单独采集指令，保存A/D转换后的数据；适当放出颗粒肥料，称量放出来的颗粒肥料的重量，换算为撒肥机内剩余颗粒肥料的重量，再次发出一条单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种撒肥机的颗粒肥料余量检测装置，由参考电容、测量电容、等电位环、信号采集板卡和支架组成，其特征在于：参考电容和测量电容是各由4～10片等量的偶数极板构成的电容器，极板被中部绝缘块和侧面绝缘块等间隔隔离，等电位环环绕在每片参考电容和测量电容的极板外圈；参考电容的两个侧面紧贴绝缘板材并使得颗粒肥料不外漏，参考电容正下方紧贴一块翻板，翻板上表面固定一层绝缘层使之与等电位环不导通，翻板右侧与合页相连，合页另一端焊接于支架的立柱上，翻板左侧面固定碰珠卡扣的碰珠端，并将碰珠卡扣的卡扣端固定在参考电容侧的侧面绝缘块上。

【技术特征摘要】
1.一种撒肥机的颗粒肥料余量检测装置，由参考电容、测量电容、等电位环、信号采集板卡和支架组成，其特征在于：参考电容和测量电容是各由4～10片等量的偶数极板构成的电容器，极板被中部绝缘块和侧面绝缘块等间隔隔离，等电位环环绕在每片参考电容和测量电容的极板外圈；参考电容的两个侧面紧贴绝缘板材并使得颗粒肥料不外漏，参考电容正下方紧贴一块翻板，翻板上表面固定一层绝缘层使之与等电位环不导通，翻板右侧与合页相连，合页另一端焊接于支架的立柱上，翻板左侧面固定碰珠卡扣的碰珠端，并将碰珠卡扣的卡扣端固定在参考电容侧的侧面绝缘块上。2.按照权利要求1所述的撒肥机的颗粒肥料余量检测装置，其特征是：信号采集板卡产生的振荡信号的正端与电桥电路的电阻公共端电连接，负端与电桥电路的电容公共端电连接，电桥电路的电阻和电容传感器组成桥臂，电桥的差分信号接入运算放大器的“+”、“-”引脚，运算放大器的的输出引脚与有效值转换电路的“Vin”引脚电连接，有效值转换电路的AD736芯片完成交流信号到直流信号的转换，其“Vo”引脚与PIC18F25K80的“RA0”引脚电连接；PIC18F25K80的“TX”“RX”引脚与MAX232芯片电连接，构成R...

【专利技术属性】
技术研发人员：张方明，杨林淼，李佳明，
申请(专利权)人：浙江大学宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33