專利名稱：一種聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法與喂入量監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種農(nóng)作物收獲的作業(yè)機(jī) 具，特別是涉及一種聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法與喂入量監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
喂入量是谷物收獲機(jī)械的重要設(shè)計(jì)參數(shù)和性能參數(shù)。在收獲季節(jié)，一方面由于超 喂入量工作會(huì)使聯(lián)合收割機(jī)的作業(yè)質(zhì)量降低，甚至造成工作部件頻繁堵塞；另一方面由于 達(dá)不到額定喂入量或最佳喂入量致使聯(lián)合收割機(jī)的性能下降，工作效率低。近年來，國(guó)內(nèi)外 在聯(lián)合收割機(jī)喂入量的量化試驗(yàn)方面做了不少的工作，如美國(guó)的一些農(nóng)機(jī)專家為了研究聯(lián) 合收割機(jī)喂入量測(cè)試儀，曾對(duì)輸送扭矩傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、割臺(tái)攪龍扭矩傳感器、 谷粒螺旋推運(yùn)器扭矩傳感器、空氣壓力傳感器和谷物流量計(jì)等多種喂入量測(cè)試傳感器進(jìn)行 田間試驗(yàn)，取得了一定的成果，國(guó)內(nèi)也有人提出通過測(cè)量谷物通過傾斜輸送器時(shí)對(duì)底板的 壓力測(cè)量喂入量，但由于多種因素的影響，基本上仍屬于試驗(yàn)研究階段?？柭鼮V波是一種最優(yōu)估計(jì)技術(shù)。工程中，為了 了解工程對(duì)象(濾波中稱為系統(tǒng)) 的各個(gè)物理量(濾波中稱為狀態(tài))的確切數(shù)值，或?yàn)榱诉_(dá)到對(duì)工程對(duì)象進(jìn)行控制的目的，必 須利用測(cè)量手段對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。但是，量測(cè)值可能僅是系統(tǒng)的部分狀態(tài)或是 部分狀態(tài)的線性組合，且量測(cè)值中有隨機(jī)誤差(常稱為量測(cè)噪聲)。最優(yōu)估計(jì)就是針對(duì)上述 問題的一種解決方法。它能將僅與部分狀態(tài)有關(guān)的測(cè)量進(jìn)行處理，得出從某種統(tǒng)計(jì)意義上 講誤差最小的更多狀態(tài)的估值?？柭鼮V波已在航天技術(shù)、通信工程、工業(yè)控制等領(lǐng)域中得 到比較廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法與喂入量 監(jiān)測(cè)裝置，用于實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)收割機(jī)的喂入量，并根據(jù)喂入量做出相應(yīng)的提示或報(bào)警。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其特征在于， 包括籽粒重量值測(cè)量步驟，實(shí)時(shí)獲取籽粒下落沖擊第一傳感器產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)， 對(duì)所述第一電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；秸稈重量值測(cè)量步驟，實(shí)時(shí)獲取秸稈下落沖擊第二傳感器產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)， 對(duì)所述第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；喂入量獲取步驟，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的 籽粒重量值，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第二電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的秸稈重量值， 并根據(jù)所述籽粒重量值、所述秸稈重量值得到聯(lián)合收割機(jī)的喂入量。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其中，所述喂入量獲取步驟中，進(jìn)一步包括 對(duì)所述轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k時(shí)刻，τ積分時(shí)間段內(nèi)的所述籽 粒重量值
Gw(k) = C,[QG(k,t)dt式中，Gw (k)，籽粒重量值；Qe (k，t)，第一電荷信號(hào)；C1,常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其中，所述喂入量獲取步驟中，進(jìn)一步包括 對(duì)所述轉(zhuǎn)換后的所述第二電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k_d時(shí)刻，τ積分時(shí)間段內(nèi)的所述
秸稈重量值Sw(k-d) = C2[Qs(k-d,t)dt式中，Sw(k-d)，k前一個(gè)時(shí)刻d的秸稈重量值；Qs(k_d，t)，第二電荷信號(hào)；C2,常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其中，所述喂入量獲取步驟中，進(jìn)一步包括 對(duì)所述籽粒重量值、所述秸稈重量值進(jìn)行基于卡爾曼濾波器的信息融合算法得到所述喂入 量的步驟，具體為X (k) = A*X(k-l)+ff(k)Z (k) = H*X (k)+V (k)
「Gw(k) X(k)= w；‘式中，W(k)，系統(tǒng)狀態(tài)噪聲；V (k)，測(cè)量噪聲；A、H，系統(tǒng)參數(shù)；X (k)，狀態(tài)變量；Z (k)，喂入量。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其中，所述喂入量獲取步驟中，進(jìn)一步包括 根據(jù)所述喂入量的變化情況改變所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度的步驟，具體為當(dāng)所述喂入 量過大時(shí)，降低所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度；或當(dāng)所述喂入量過小時(shí)，提高所述聯(lián)合收割機(jī) 的行進(jìn)速度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在 于，包括籽粒重量值測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)獲取籽粒下落沖擊第一傳感器產(chǎn)生的第一電荷信 號(hào)，對(duì)所述第一電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；秸稈重量值測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)獲取秸稈下落沖擊第二傳感器產(chǎn)生的第二電荷信 號(hào)，對(duì)所述第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；控制器報(bào)警示意裝置，連接所述籽粒重量值測(cè)量裝置、所述秸稈重量值測(cè)量裝置， 用于對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的籽粒重量值，對(duì)轉(zhuǎn)換后 的所述第二電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的秸稈重量值，根據(jù)所述籽粒重量值、 所述秸稈重量值得到聯(lián)合收割機(jī)的喂入量，并根據(jù)所述喂入量的變化情況控制所述聯(lián)合收 割機(jī)的行進(jìn)速度。
所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述籽粒重量值測(cè)量裝置包括所述第一壓電傳感器，安裝在所述聯(lián)合收割機(jī)的滾筒與凹板下方，用于實(shí)時(shí)獲取 所述第一電荷信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器，連接所述第一壓電傳感器，用于對(duì)所述第一電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述秸稈重量值測(cè)量裝置包括所述第二壓電傳感器，安裝在所述聯(lián)合收割機(jī)的清選篩尾部，用于實(shí)時(shí)獲取所述 第二電荷信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器，連接所述第二壓電傳感器，用于對(duì)所述第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述控制器報(bào)警示意裝置包括單片機(jī)控制器，用于對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi) 的籽粒重量值，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第二電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的秸稈重量 值，并根據(jù)所述籽粒重量值、所述秸稈重量值得到所述喂入量；聲光報(bào)警單元，連接所述單片機(jī)控制器，用于根據(jù)所述單片機(jī)控制器的控制做出 報(bào)警或空閑示意，以降低或提高所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述單片機(jī)控制器當(dāng)所述喂入量過大 時(shí)，控制所述聲光報(bào)警單元做出報(bào)警，以降低所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度；或當(dāng)所述喂入量 過小時(shí)，控制所述聲光報(bào)警單元做出空閑示意，以提高所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中，還包括串口通訊單元，連接所述單片機(jī)控制器，用于將所述單片機(jī)控制器的有用信息發(fā) 送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存；和/或顯示單元，連接所述單片機(jī)控制器，用于顯示所述喂入量。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述控制器報(bào)警示意裝置對(duì)所述轉(zhuǎn)換 后的所述第一電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k時(shí)刻，τ積分時(shí)間段內(nèi)的所述籽粒重量值Gw(k) = C1|QG(k,t)dt式中，Gw (k)，籽粒重量值；Qg (k，t)，第一電荷信號(hào)；C1，常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述控制器報(bào)警示意裝置對(duì)所述轉(zhuǎn)換 后的所述第二電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k_d時(shí)刻，τ積分時(shí)間段內(nèi)的所述秸稈重量 值Sw(k-d) = C2[Qs(k-d,t)dt式中，Sw (k-d)，k前一個(gè)時(shí)刻d的秸稈重量值；Qs (k-d, t)，第二 電荷信號(hào)；C2，常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述控制器報(bào)警示意裝置對(duì)所述籽粒 重量值、所述秸稈重量值通過如下公式進(jìn)行基于卡爾曼濾波器的信息融合算法得到所述喂 入量X(k) = A*X(k-l)+ff(k)
Z (k) = H*X (k) +V (k)X(k)- °w(k)
LSw(k-d)_式中，W(k)，系統(tǒng)狀態(tài)噪聲；V (k)，測(cè)量噪聲；A、H，系統(tǒng)參數(shù)；X (k)，狀態(tài)變量；Z (k)，喂入量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于本發(fā)明針對(duì)聯(lián)合收割機(jī)的喂入量，提出了一種喂入量測(cè)量方法以及喂入量監(jiān)測(cè)裝 置，保證了聯(lián)合收割機(jī)在田間作業(yè)過程中能工作在穩(wěn)定的狀態(tài)，并根據(jù)籽粒重量值和秸稈 重量值，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)收割機(jī)的喂入量，并根據(jù)喂入量做出相應(yīng)的提示或報(bào)警，從而提高 作業(yè)效率和減少駕駛員負(fù)擔(dān)。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的喂入量智能監(jiān)控儀結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法流程圖；圖4為本發(fā)明的單片機(jī)控制器處理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步更詳細(xì)的描述。如圖1所示，為本發(fā)明的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖，圖2為本發(fā)明的喂 入量智能監(jiān)控儀結(jié)構(gòu)框圖。在圖1中，該喂入量監(jiān)測(cè)裝置100包括滾筒10、凹板20、壓電傳感器31、壓電傳 感器32、喂入量智能監(jiān)控系統(tǒng)40、清選篩50。還進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)60 (上位計(jì)算機(jī))。壓電傳感器31，安裝在滾筒10與凹板20的斜下方，用于實(shí)時(shí)獲取滾筒10脫粒后 的籽粒下落沖擊壓電傳感器31所產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)，并將該第一電荷信號(hào)傳送至喂入 量智能監(jiān)控系統(tǒng)40 ；壓電傳感器32，安裝在清選篩50的尾部，用于實(shí)時(shí)獲取作物脫粒后的秸稈下落沖 擊壓電傳感器32所產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)，并將該第二電荷信號(hào)傳送至喂入量智能監(jiān)控系 統(tǒng)40。在圖2中，喂入量智能監(jiān)控系統(tǒng)40包括A/D轉(zhuǎn)換器41、單片機(jī)控制器42、串口通 訊單元43、顯示單元44、聲光報(bào)警單元45以及存儲(chǔ)器46。A/D轉(zhuǎn)換器41，用于對(duì)壓電傳感器31所產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)、壓電傳感器32所產(chǎn) 生的第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)控制器42進(jìn)行處理。單片機(jī)控制器42，用于對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器41進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體地，
8對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的第一電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的籽粒重量值，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后 的第二電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的秸稈重量值，再對(duì)籽粒重量值和秸稈重量 值進(jìn)行基于卡爾曼濾波器的信息融合算法，從而得到聯(lián)合收割機(jī)當(dāng)前的喂入量值，并通過 顯示單元44顯示喂入量值。當(dāng)喂入量值過大時(shí)，容易造成滾筒10堵塞，單片機(jī)控制器42立即做出報(bào)警示意， 聲光報(bào)警單元45發(fā)出聲光報(bào)警，指示駕駛員及時(shí)調(diào)整收割機(jī)行駛速度；當(dāng)喂入量比較小 時(shí)，則表示機(jī)組沒有發(fā)揮最大工作效率，單片機(jī)控制器42做出示意，聲光報(bào)警單元45通過 數(shù)碼管及LED燈進(jìn)行空閑示意，提醒駕駛員可以提高收割機(jī)行駛速度。單片機(jī)控制器42對(duì)轉(zhuǎn)換后的第一電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k時(shí)刻，τ積分 時(shí)間段內(nèi)的籽粒重量值Gw(k) = C1[QG(k,t)dt式中，Gw (k)，表示籽粒重量值；Qg(k, t)，籽粒下落沖擊壓電傳感器31產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)；C1，常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。單片機(jī)控制器42對(duì)轉(zhuǎn)換后的第二電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k_d時(shí)刻，τ積 分時(shí)間段內(nèi)的所述秸稈重量值Sw(k-d) = C2[Qs(k-d,t)dt式中，Sw (k-d)，表示k前一個(gè)時(shí)刻d的秸稈重量值；Qs (k-d, t)，表示秸稈下落沖擊壓電傳感器32產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)；C2，常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。單片機(jī)控制器42對(duì)籽粒重量值、秸稈重量值通過如下公式進(jìn)行基于卡爾曼濾波 器的信息融合算法得到所述喂入量X (k) = A*X (k-1) +W (k)Z (k) = H*X (k) +V (k)
「GJk) X(k)= wV
Lsw (k-d)式中，W(k)表示喂入量監(jiān)測(cè)裝置100的系統(tǒng)狀態(tài)噪聲；V(k)表示測(cè)量噪聲，他們可 被假設(shè)成高斯白噪聲，A、H是系統(tǒng)參數(shù)，可通過試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。其中，A/D轉(zhuǎn)換器41與壓電傳感器31共同組成了籽粒重量值測(cè)量裝置；A/D轉(zhuǎn)換 器41與壓電傳感器32共同組成了秸稈重量值測(cè)量裝置。其中，單片機(jī)控制器42、聲光報(bào)警單元45共同構(gòu)成了控制器報(bào)警示意裝置；聲光 報(bào)警單元45通過數(shù)碼管及LED燈進(jìn)行空閑示意，聲光報(bào)警單元45通過蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。籽粒重量值測(cè)量裝置、秸稈重量值測(cè)量裝置通過A/D轉(zhuǎn)換器41與單片機(jī)控制器42 進(jìn)行連接。同時(shí)，單片機(jī)控制器42還將信息保存在存儲(chǔ)器46中，并通過串口通訊單元43 將信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)60保存。計(jì)算機(jī)60保存這些信息留待以后研究以及進(jìn)一步控制聯(lián)合 收割機(jī)的運(yùn)作。聯(lián)合收割機(jī)在田間作業(yè)過程中，壓電傳感器31作為一路傳感器，測(cè)量滾筒10脫粒 后的籽粒下落沖擊壓電傳感器31產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)，壓電傳感器32作為另一路傳感器，測(cè)量作物脫粒后的秸稈下落沖擊壓電傳感器32產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器41 分別對(duì)第一電荷信號(hào)、第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)絾?片機(jī)控制器42，單片機(jī)控制器42通過積分將單位時(shí)間段的值換算成該時(shí)間段內(nèi)的籽粒重 量值、秸稈重量值，最后通過卡爾曼濾波器將籽粒重量值與前一刻的秸稈重量值進(jìn)行信息 融合，實(shí)時(shí)判斷出聯(lián)合收割機(jī)的喂入量大小。單片機(jī)控制器42將籽粒重量值與秸稈重量值相加即可知收割機(jī)當(dāng)前的喂入量大 小，并能根據(jù)聯(lián)合收割機(jī)喂入量的變化，做出相應(yīng)的報(bào)警示意，用以保證聯(lián)合收割機(jī)在田間 作業(yè)過程中根據(jù)喂入量的情況，調(diào)節(jié)行進(jìn)速度，防止?jié)L筒堵塞，提高作業(yè)效率，同時(shí)能將所 有信息通過串口通訊單元43發(fā)送給計(jì)算機(jī)60。具體地當(dāng)喂入量過大時(shí)，容易造成滾筒10堵塞，單片機(jī)控制器42立即做出報(bào)警示意，及 時(shí)調(diào)整收割機(jī)行駛速度；當(dāng)喂入量比較小時(shí)，則表示機(jī)組沒有發(fā)揮最大工作效率，單片機(jī)控 制器42做出示意，提醒駕駛員提高收割機(jī)行駛速度。作為一種智能化的聯(lián)合收割機(jī)喂入量 監(jiān)測(cè)裝置，達(dá)到高效率作業(yè)以及減少駕駛員負(fù)擔(dān)的要求。如圖3所示，為本發(fā)明的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法流程圖。結(jié)合圖1、圖2，該測(cè) 量方法流程具體包括如下步驟步驟310，裝備在滾筒10與凹板20斜下方的壓電傳感器31實(shí)時(shí)的獲取滾筒10脫 粒后的籽粒下落沖擊壓電傳感器31產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)；步驟312，將獲取的第一電荷信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器41轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)控制器 42 ；步驟314，單片機(jī)控制器42對(duì)轉(zhuǎn)換后的第一電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間 內(nèi)的籽粒重量值，轉(zhuǎn)入步驟316 ；步驟311，裝備在清選篩50尾部的壓電傳感器32實(shí)時(shí)的獲取秸稈下落沖擊壓電傳 感器32產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)；步驟313，將獲取的第二電荷信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器41轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)控制器 42 ；步驟315，單片機(jī)控制器42對(duì)轉(zhuǎn)換后的第二電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間 內(nèi)的秸稈重量值，轉(zhuǎn)入步驟316;步驟316，單片機(jī)控制器42對(duì)輸入的籽粒重量值和秸稈重量值信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理，即進(jìn)行基于卡爾曼濾波器的信息融合算法，從而得到當(dāng)前的喂入量值。進(jìn)一步地，步驟316中，利用卡爾曼濾波器對(duì)籽粒重量值、秸稈重量值等信息進(jìn)行 融合。籽粒重量值與秸稈重量值之和既是聯(lián)合收割機(jī)的喂入量，聯(lián)合收割機(jī)的機(jī)械構(gòu)造使 得同時(shí)刻秸稈的重量測(cè)量值比籽粒的重量測(cè)量值有一定時(shí)間d的滯后，因此需要將籽粒的 重量測(cè)量值與前一個(gè)時(shí)間d的秸稈重量測(cè)量值進(jìn)行基于卡爾曼濾波器的預(yù)測(cè)，從而獲得喂 入量值，并且能同時(shí)獲得糧食重量、秸稈重量以及谷草比等有效信息?？柭鼮V波器狀態(tài)方程為X(k) = A*X(k_l)+W(k)輸出方程為Z (k) = H*X (k)+V (k)式中，W(k)表示喂入量監(jiān)測(cè)裝置100的系統(tǒng)狀態(tài)噪聲；V(k)表示測(cè)量噪聲，他們可被假設(shè)成高斯白噪聲，A、H是系統(tǒng)參數(shù)，可通過試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。輸出值Z(k)表示喂入量，狀態(tài)變量X (k)為2*1的列陣 式中，Gw(k)表示籽粒重量值，Sw(k-d)表示k前一個(gè)時(shí)刻d的秸稈重量值。籽粒重量值和秸稈重量值是通過將A/D轉(zhuǎn)換后的第一電荷信號(hào)、第二電荷信號(hào)在 k時(shí)刻，τ時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行積分獲得，方程如下 式中，C1和C2是兩個(gè)常數(shù)，可通過試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定；Qe(k，t)和Qs(k_d，t)分別 是籽粒下落沖擊壓電傳感器31產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)、秸稈下落沖擊壓電傳感器32產(chǎn)生的 第二電荷信號(hào)，τ是指積分時(shí)間段。下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖4所示，為本發(fā)明的單片機(jī)控制器處理流程圖。當(dāng)聯(lián)合收割機(jī)在田間作業(yè)過 程中，一路壓電傳感器31不斷采集作物經(jīng)滾筒10脫粒后籽粒下落沖擊壓電傳感器31產(chǎn) 生的第一電荷信號(hào)，另一路壓電傳感器32采集清選篩50尾部秸稈下落沖擊壓電傳感器32 產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器41分別對(duì)兩路壓電傳感器產(chǎn)生的電荷信號(hào)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，然后傳輸給單片機(jī)控制器42，單片機(jī)控制器42對(duì)單位時(shí)間內(nèi)的值進(jìn)行積分轉(zhuǎn)換成相 應(yīng)的籽粒重量值、秸稈重量值，最后根據(jù)卡爾曼濾波器算法，將籽粒重量值、秸稈重量值等 信息進(jìn)行信息融合，判斷出此時(shí)的聯(lián)合收割機(jī)喂入量是否適當(dāng)，如喂入量過大，則有脫粒滾 筒10堵塞的可能，單片機(jī)控制器42立即接通蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，提醒駕駛員降低機(jī)組行進(jìn)速 度；如喂入量偏小，并用數(shù)碼管及LED燈做出空閑示意，表示可以稍微提高機(jī)組行進(jìn)速度， 最終以達(dá)到提高工作效率的目的，同時(shí)，單片機(jī)控制器42將有用信息通過串口通訊單元43 發(fā)送給計(jì)算機(jī)。結(jié)合圖4，其中，單片機(jī)控制器42的處理流程具體包括如下步驟步驟401，單片機(jī)控制器42進(jìn)行初始化；步驟402，A/D通道選擇；該步驟中，因?yàn)橛袃陕穳弘妭鞲衅?1、32，而只有一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器41，但是AD傳感 器可以是多通道的，所以要進(jìn)行通道選擇，選擇與哪路壓電傳感器連接，每次只能進(jìn)行一路 轉(zhuǎn)換。步驟403，單片機(jī)控制器42初始化A/D轉(zhuǎn)換器41，進(jìn)入步驟405 ；步驟405，從A/D轉(zhuǎn)換器41采集籽粒下落沖擊壓電傳感器31產(chǎn)生的第一電荷信 號(hào)，進(jìn)入步驟407 ；步驟407，判斷A/D轉(zhuǎn)換器41對(duì)第一電荷信是否結(jié)束A/D轉(zhuǎn)換？如結(jié)束，進(jìn)入步驟 409，否則繼續(xù)本步驟；步驟409，單片機(jī)控制器42單位時(shí)間內(nèi)的值進(jìn)行積分轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的籽粒重量值， 轉(zhuǎn)入步驟411 ；步驟404，初始化A/D轉(zhuǎn)換器41，進(jìn)入步驟406 ；步驟406，采集A/D轉(zhuǎn)換器41秸稈下落沖擊壓電傳感器32產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)，進(jìn)入步驟408 ；步驟408，判斷A/D轉(zhuǎn)換器41對(duì)第二電荷信是否結(jié)束A/D轉(zhuǎn)換？如結(jié)束，進(jìn)入步驟 410，否則繼續(xù)本步驟；步驟410，單片機(jī)控制器42單位時(shí)間內(nèi)的值進(jìn)行積分轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的秸稈重量值， 轉(zhuǎn)入步驟411 ；步驟411，根據(jù)卡爾曼濾波器算法，將籽粒重量值、秸稈重量值等信息進(jìn)行信息融 合，得到此時(shí)的聯(lián)合收割機(jī)喂入量；步驟412，單片機(jī)控制器42通過顯示單元44顯示此時(shí)的聯(lián)合收割機(jī)喂入量；步驟413，單片機(jī)控制器42判斷此時(shí)的聯(lián)合收割機(jī)喂入量是否過高？若過高，則 進(jìn)入步驟414，否則進(jìn)入步驟415 ；步驟414，單片機(jī)控制器42立即接通蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警；步驟415，單片機(jī)控制器42并將有用信息通過串口通訊單元43傳送至上位計(jì)算機(jī) 60進(jìn)行顯示。本發(fā)明是在常用谷物聯(lián)合收割機(jī)基礎(chǔ)上安裝了一種籽粒重量測(cè)量裝置、秸稈重量 測(cè)量裝置、串口通訊單元以及單片機(jī)控制器報(bào)警示意裝置，從而構(gòu)成聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)。其保證了聯(lián)合收割機(jī)在田間作業(yè)過程中能工作在穩(wěn)定的狀態(tài)，并根據(jù)籽粒重量值 和秸稈重量值，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)收割機(jī)的喂入量，并根據(jù)喂入量做出相應(yīng)的提示或報(bào)警，以 實(shí)現(xiàn)提高作業(yè)效率和減少駕駛員負(fù)擔(dān)的目的。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
1權(quán)利要求
一種聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其特征在于，包括籽粒重量值測(cè)量步驟，實(shí)時(shí)獲取籽粒下落沖擊第一傳感器產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)，對(duì)所述第一電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；秸稈重量值測(cè)量步驟，實(shí)時(shí)獲取秸稈下落沖擊第二傳感器產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)，對(duì)所述第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；喂入量獲取步驟，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的籽粒重量值，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第二電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的秸稈重量值，并根據(jù)所述籽粒重量值、所述秸稈重量值得到聯(lián)合收割機(jī)的喂入量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其特征在于，所述喂入量獲取 步驟中，進(jìn)一步包括對(duì)所述轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k時(shí)刻，τ積 分時(shí)間段內(nèi)的所述籽粒重量值Gw(k) = C,[QG(k,t)dt式中，Gw(k)，籽粒重量值； Qg (k，t)，第一電荷信號(hào)； C1,常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其特征在于，所述喂入量獲 取步驟中，進(jìn)一步包括對(duì)所述轉(zhuǎn)換后的所述第二電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k-d時(shí)刻， τ積分時(shí)間段內(nèi)的所述秸稈重量值Sw(k-d) = C2[Qs(k-d,t)dt式中，Sw(k-d)，k前一個(gè)時(shí)刻d的秸稈重量值； Qs (k-d, t)，第二電荷信號(hào)； C2,常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其特征在于，所述喂入量獲取 步驟中，進(jìn)一步包括對(duì)所述籽粒重量值、所述秸稈重量值進(jìn)行基于卡爾曼濾波器的信息融 合算法得到所述喂入量的步驟，具體為X(k) = A*X(k-l)+W(k) Z (k) = H*X (k) +V (k)x(k)=rGJk) 1-LSw (k-d)式中，W(k)，系統(tǒng)狀態(tài)噪聲； V (k)，測(cè)量噪聲； A、H，系統(tǒng)參數(shù)； X (k)，狀態(tài)變量； Z (k)，喂入量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法，其特征在于，所述喂入量 獲取步驟中，進(jìn)一步包括根據(jù)所述喂入量的變化情況改變所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度的 步驟，具體為當(dāng)所述喂入量過大時(shí)，降低所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度；或當(dāng)所述喂入量過2小時(shí)，提高所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度。
6.一種聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括籽粒重量值測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)獲取籽粒下落沖擊第一傳感器產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)， 對(duì)所述第一電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；秸稈重量值測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)獲取秸稈下落沖擊第二傳感器產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)， 對(duì)所述第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；控制器報(bào)警示意裝置，連接所述籽粒重量值測(cè)量裝置、所述秸稈重量值測(cè)量裝置，用于 對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的籽粒重量值，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所 述第二電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的秸稈重量值，根據(jù)所述籽粒重量值、所述 秸稈重量值得到聯(lián)合收割機(jī)的喂入量，并根據(jù)所述喂入量的變化情況控制所述聯(lián)合收割機(jī) 的行進(jìn)速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述籽粒重量值 測(cè)量裝置包括所述第一壓電傳感器，安裝在所述聯(lián)合收割機(jī)的滾筒與凹板下方，用于實(shí)時(shí)獲取所述 第一電荷信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器，連接所述第一壓電傳感器，用于對(duì)所述第一電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述秸稈重量值 測(cè)量裝置包括所述第二壓電傳感器，安裝在所述聯(lián)合收割機(jī)的清選篩尾部，用于實(shí)時(shí)獲取所述第二 電荷信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器，連接所述第二壓電傳感器，用于對(duì)所述第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述控制器 報(bào)警示意裝置包括單片機(jī)控制器，用于對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的籽 粒重量值，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述第二電荷信號(hào)通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)的秸稈重量值，并 根據(jù)所述籽粒重量值、所述秸稈重量值得到所述喂入量；聲光報(bào)警單元，連接所述單片機(jī)控制器，用于根據(jù)所述單片機(jī)控制器的控制做出報(bào)警 或空閑示意，以降低或提高所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn)速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述單片機(jī)控制 器當(dāng)所述喂入量過大時(shí)，控制所述聲光報(bào)警單元做出報(bào)警，以降低所述聯(lián)合收割機(jī)的行進(jìn) 速度；或當(dāng)所述喂入量過小時(shí)，控制所述聲光報(bào)警單元做出空閑示意，以提高所述聯(lián)合收割 機(jī)的行進(jìn)速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，還包括串口通訊單元，連接所述單片機(jī)控制器，用于將所述單片機(jī)控制器的有用信息發(fā)送至 計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存；和/或顯示單元，連接所述單片機(jī)控制器，用于顯示所述喂入量。
12.根據(jù)權(quán)利要求6、7、8、10或11所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所 述控制器報(bào)警示意裝置對(duì)所述轉(zhuǎn)換后的所述第一電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k時(shí)刻，τ 積分時(shí)間段內(nèi)的所述籽粒重量值Gw(k) = C,fQG(k,t)dt式中，Gw(k)，籽粒重量值； Qg (k，t)，第一電荷信號(hào)； C1,常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述控制器報(bào) 警示意裝置對(duì)所述轉(zhuǎn)換后的所述第二電荷信號(hào)通過如下公式獲取在k_d時(shí)刻，τ積分時(shí)間 段內(nèi)的所述秸稈重量值Sw(k-d) = C2jQs(k-d,t)dt式中，Sw(k-d)，k前一個(gè)時(shí)刻d的秸稈重量值； Qs(k-d, t)，第二電荷信號(hào)； C2,常數(shù)，通過試驗(yàn)標(biāo)定得到。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的聯(lián)合收割機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述控制器報(bào) 警示意裝置對(duì)所述籽粒重量值、所述秸稈重量值通過如下公式進(jìn)行基于卡爾曼濾波器的信 息融合算法得到所述喂入量X(k) = A*X(k-l)+W(k) Z (k) = H*X (k) +V (k)Lsw (k-d)式中，W(k)，系統(tǒng)狀態(tài)噪聲； V (k)，測(cè)量噪聲； A、H，系統(tǒng)參數(shù)； X (k)，狀態(tài)變量； Z (k)，喂入量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聯(lián)合收割機(jī)喂入量測(cè)量方法與喂入量監(jiān)測(cè)裝置，其中該方法包括籽粒重量值測(cè)量步驟，實(shí)時(shí)獲取籽粒下落沖擊第一傳感器產(chǎn)生的第一電荷信號(hào)，對(duì)第一電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；秸稈重量值測(cè)量步驟，實(shí)時(shí)獲取秸稈下落沖擊第二傳感器產(chǎn)生的第二電荷信號(hào)，對(duì)第二電荷信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；喂入量獲取步驟，對(duì)轉(zhuǎn)換后的第一電荷信號(hào)、第二電荷信號(hào)分別通過積分計(jì)算得到單位時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的秸稈重量值，并根據(jù)籽粒重量值、秸稈重量值得到聯(lián)合收割機(jī)的喂入量。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)收割機(jī)的喂入量，并根據(jù)喂入量做出相應(yīng)的提示或報(bào)警，從而提高作業(yè)效率和減少駕駛員負(fù)擔(dān)。
文檔編號(hào)A01D41/127GK101904250SQ20091008612
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者劉陽春, 張小超, 胡小安 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院