Система контроля высева семян
SEED SOWING CONTROL SYSTEM

Область техники
Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к устройствам для контроля и информирования о ходе выполнения технологического процесса высева семян.
Уровень техники
Известна система контроля высева семян, раскрытая в патенте РФ на полезную модель № 66 145 (опубл. 10.09.2007). В известной системе датчики высева семян, датчик пути, монитор с дисплеем и блоком обработки данных соединены кабельной разводкой и закреплены при помощи кронштейнов на сеялке и тракторе. Блок обработки данных снабжен быстродействующим микропроцессором и операционной программой, а дисплей представляет собой светодиодный матричный модуль.
Недостатком известного аналога является уязвимость датчиков высева семян к механическим повреждениям при деформации щек сошника вследствие давления, оказываемого почвой на высевающие аппараты в ходе эксплуатации.
Известная система контроля посевных комплексов, раскрытая в патенте РФ на полезную модель № 98 320 (опубл. 20.10.2010). Известная система содержит соединенные блок индикации, датчики расхода семян, датчик вращения вала, датчики наличия посевного материала в бункерах, при этом все датчики содержат микропроцессоры для обработки сигналов и организации обмена данными с блоком индикации.
Недостатком известной системы является низкая информативность вследствие того, что блок индикации не содержит программируемых элементов, которые могли бы реализовать более сложные алгоритмы обработки данных. В известной системе блок индикации только собирает, обрабатывает и выводит полученную информацию на дисплей в виде пиктограмм. При этом такого отображения информации недостаточно, чтобы обеспечить оператору полную картину о ходе процесса высева семян.
Известна система автоматизированного контроля посевных комплексов, раскрытая в патенте РФ на полезную модель № 112 807 (опубл. 27.01.2012). Известная система содержит центральный пульт и датчики расхода семян, при этом каждый датчик и пульт снабжены радиомодулями для обмена данными, каждый датчик имеет автономное электропитание.
Недостатком известной системы является сложность в эксплуатации, поскольку автономное электропитание датчиков требует постоянного контроля их работоспособности, а обмен данными с использованием радиосвязи может привести к возникновению искажения данных вследствие вызванных помехами возможных ошибок в беспроводном канале связи. Помимо этого, использование беспроводного канала для большого количества датчиков может снизить скорость передачи данных от каждого датчика и тем самым исказить реальную картину о процессе высева семян, что негативно отражается на информативности системы.
Известна система контроля высева семян, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2 681 570 (опубл. 13.02.2017) - прототип. В известной системе датчики высева и распорные втулки смонтированы между щек сошника, который установлен в каждом высевающем аппарате сеялки. На консоли сеялки установлен индуктивный датчик пути, а на ее раме - блок сбора и обработки информации с входными и выходными разъемами. В кабине трактора размещен контроллер. Контроллер содержит быстродействующий микропроцессор, операционную программу и монитор со светодиодными матричными модулями. на передней панели которого однорядно установлены разноцветные светодиодные матричные модули и кнопки управления. Элементы системы соединены кабельной разводкой. Распорные втулки, смонтированные в полости сошников предотвращают повреждение датчиков высева в случае механической деформации щек сошника.
Недостатком прототипа является его низкая надежность в ходе эксплуатации. Недостаток обусловлен тем, что блок сбора и обработки информации установлен на раме сеялки, т.е. на открытом воздухе, подвержен солнечному излучению, осадкам и вибрации, что отрицательным образом влияет на работоспособность электроники. Помимо этого, упомянутый недостаток также обусловлен тем, что используемый в прототипе монитор обладает недостаточной информативностью, поскольку значения параметров высева отображены в один ряд, что сложно для визуального контроля процесса высева и может приводить к некачественному засеву поля с пропусками и двойниками. Помимо этого, известная система не содержит датчики уровня для контроля текущего количества семян и удобрений в оборудовании сеялки. Это также отрицательно сказывается на надежности и информативности системы контроля высева.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в обеспечении контроля за ходом процесса высева семян на поле, при испытании сеялок на стендах завода изготовителя и на испытательных станциях.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в улучшении информативности системы контроля высева семян в ходе ее эксплуатации.
Технический результат достигается заявленной системой контроля высева семян, которая содержит связанные между собой датчики высева семян, установленные в сошниках высевающих аппаратов сеялки, датчик пути, установленный на раме или на консоли опорно-приводного колеса и датчики уровня, установленные в бункерах сеялки, контрольный блок, установленный в кабине трактора, который связан с упомянутыми датчиками, отличающаяся тем, что контрольный блок содержит программируемый микропроцессор, плату сбора информации от датчиков и монитор визуального контроля за ходом процесса высева поля, при этом упомянутый монитор выполнен с возможностью вывода в несколько рядов информации о параметрах процесса высева и параметрах движения трактора, в текстовой, графической и/или визуальной форме.
В частности, датчики пути и уровня представлены цифровыми и/или аналоговыми датчиками.
В частности, между щек каждого сошника закреплена металлическая пластина.
В частности, датчики связаны между собой кабельной разводкой из двухжильных и/или трехжильных проводов.
В частности, датчики высева снабжена микроконтроллерами для передачи информации на плату сбора информации в цифровом виде.
В частности, программируемый микропроцессор выполнен с возможностями обрабатывать в соответствии с запрограммированными алгоритмами и сохранять информацию о параметрах процесса высева и параметрах движения.
В частности, параметры процесса высева представлены количеством высеянных семян штук на метр в момент высева по каждому ряду, количеством высеянных семян по каждому ряду, интервал семян по каждому ряду, уровнем семян и удобрений, значением напряжения бортовой сети, временем, датой и качеством работы оператора.
В частности, параметры движения представлены скоростью движения, пройденным путем, производительности, движение опорно-приводного колеса сеялки.
В частности, программируемый микропроцессор выполнен с возможностью подключения внешнего накопителя информации и записи на него.
Настоящее изобретение проиллюстрировано одной фигурой, которая иллюстрирует блок-схему системы контроля высева семян.
Осуществление изобретения
В соответствии с ФИГ., система контроля высева семян содержит соединенные между собой кабельной разводкой датчики высева семян 1, датчик пути 2, датчики уровня семян и удобрений 3 и контрольный блок 4.
Датчики высева семян 1 установлены в сошниках высевающих аппаратов сеялки, преимущественно по одному датчику 1 в каждом сошнике. Каждый датчик высева 1 снабжен микроконтроллером для обеспечения цифровой передачи данных на контрольный блок 4. Между щек сошника каждого высевающего аппарата, с установленными в них датчиками 1, закреплены металлические пластины. Пластины  выполнены из стали и установлены в передней части внутри сошника, предпочтительно под углом в 45 градусов к поверхности земли при высеве. Пластины препятствуют деформации щек сошника от нагрузок, возникающих во время движения сеялки, гасят кинетическую энергию семян при падении и тем самым уменьшают хаотичный разброс семян в сошнике при сбросе высевающим аппаратом, способствуют плавному скатыванию семян и равномерной раскладке в борозде. Установка такой пластины в полости каждого сошника предотвращает повреждение датчика высева 1 вследствие деформации щек сошника.
Датчик пути 2 установлен на раме 5 сеялки и получает импульс от зубьев звездочки, установленной на вал привода высевающих аппаратов или на консоли опорно-приводного колеса, так, чтобы иметь возможность получать импульсы от болтов крепления. Датчики уровня 3, представленные датчиками уровня семян и уровня удобрений, установлены в емкостях 6 и 7, в которые загружают семена и удобрения - бункерах, бачках, туках сеялки, трактора. Упомянутые датчики 3 могут быть представлены как цифровыми, так и аналоговыми. Все датчики высева 1 в предельном количестве 24 штук, датчик пути и датчики уровня могут быть объединены в единую кабельную сеть посредством кабельной разводки, состоящей из двухжильных проводов или трехжильного кабеля. При выполнении разводки из двухжильных проводов каждый датчик связывают посредством линии кабеля с контрольным блоком 4, т.е. в кабину трактора 8 заводят пучок из проводов, количество которых соответствует количество датчиков. При выполнении разводки из трехжильного кабеля все упомянутые датчики в предельном количестве 27 штук связывают посредством одной кабельной линии типа «гирлянда» без необходимости подключения каждого датчика к блоку 4 индивидуально отдельным кабелем.
Контрольный блок 4 установлен в кабине трактора 8, связан посредством кабельной разводки с датчиками 1, 2 и 3.  Контрольный блок 4 включает в себя все критически важные электронные компоненты для контроля процесса высева семян. Их компоновка в едином блоке и установка в кабине трактора 8 исключают вероятность выхода из строя блока или его отдельных частей из-за солнечного излучения, осадков и вибрации в случаях, когда блок или его части размещены на открытом воздухе, например, на раме сеялки. Блок 4 содержит программируемый микропроцессор, плату сбора информации от датчиков 1, 2, 3 и монитор визуального контроля за ходом процесса высева поля.
Микропроцессор выполнен с возможностью обрабатывать в соответствии с запрограммированными алгоритмами и сохранять информацию о параметрах процесса высева и параметрах движения. Микропроцессор может быть выполнен с возможностью подключения внешнего источника данных, например, flash-накопителя. Запись результатов работы за смену и сохранение показателей качества работы на flash-накопитель делает возможным использование системы разными операторами на одном и том же тракторе.
Плата сбора информации от датчиков связана с микропроцессором посредством цифрового интерфейса и имеет разъемы для коммутации с разводкой от датчиков 1, 2, 3.
Монитор визуального контроля за ходом процесса высева поля может быть представлен цветным дисплеем, предпочтительно с возможностью сенсорного ввода и переключения между активными окнами экраны разного вида: экран включения, главный, графический, настройки (меню), экран отключения/включения датчиков высева, экран проверки, экран статистики.
Параметры процесса высева,  оператор получает непосредственно при движении сеялки в момент высева, посредством монитора. При эксплуатации системы, представлены количеством высеянных семян штук на метр, количеством высеянных семян по каждому ряду, уровнем семян, значением напряжения бортовой сети, временем, датой и качеством работы оператора. Параметры движения характеризуют движение трактора и сеялки и представлены скоростью движения, пройденным путем, производительностью, движением опорно-приводного колеса сеялки.
Информирование оператора о ходе процесса засева поля происходит следующим образом.
При включении питания оператору возвращают на экране монитора название изделия и телефон сервисной службы, затем загружается окно главного экрана.
Главный экран отображает, по каждому ряду (от 1 до 24 рядов) следующую информацию: высев (штук на метр от 0,1 до 99), количество семян по каждому ряду (тысяч штук на гектар 99), общее количество высеянных семян (тысяч штук на гектар, до 999,9), количество оборотов колеса (до 999 об), напряжение сети, скорость движения сеялки (до 99,9 км/ч), пройденный путь сеялкой (до 999 м), общая засеянная площадь (до 999,9 га), засеянная площадь за время (гектар в час, до 99,9), время, число, месяц, год, указатель уровня семян, указатель уровня удобрений. Для каждого значения по уровню семян или удобрений предусмотрена цветовая индикация в виде рамки, которая при нормальном уровне удобрений, семян имеет зеленый цвет, при этом оператору может быть возвращено сообщение о том, что уровень удобрений или семян в норме. При падении уровня семян, удобрений или при достижении их минимального уровня цвет рамки меняется на красный происходит мигание фона и мигание сопровождается прерывистым звуковым сигналом в такт мигания, оператору возвращается сообщение о том, что уровень семян или удобрений низкий. Для конфигурирования экрана также доступны графические средства (в виде пиктограмм) для регулировки громкости, установки времени и даты, символы для входа в графический экран и в настройки.
На графическом экране параметры процесса высева могут быть отражены в виде гистограмм. На гистограмме могут быть изображены средняя линия, соответствующая норме высева, установленной для сеялки (до 9,9), нижняя и верхняя красные линии, указывающие пределы допусков при высеве (до 9,9). Верхняя линия соответствует пределу двойников, а нижняя линия соответствует пределу пропусков. Значения, через которые проходят линии могут быть установлены оператором. В верхней части экрана над верхней красной линии отображена скорость движения сеялки (до 99,9 км/час), пройденный путь сеялкой (до 999 м), общая засеянная площадь (до 999.99 га), засеянная площадь за время (гектар в час, до 99,99), время, дата. Под нижней красной линией отображены номера рядов.
На экране настроек могут быть изменены параметры для различных марок сеялок. Изменяемые параметры разделены на две группы. Первая группа: ширина сеялки, м, обхват колеса, см, норма высева шт/м, порог пропусков, шт/м, предел двойников шт/м, предел скорости, км/ч, время аварии, сек, смена показаний, м. Вторая группа: импульс за 1 оборот колеса, длительность звука, сек. звук порогов (пропуски, двойники) включен/ выключен, звук пределов скорости высева включен/выключен, состояния датчиков уровня семян и удобрений (включен/выключен). Дополнительно в настройках предусмотрена опция при использовании которой оператор попадает на экран отключения рядов и другая опция при использовании, переход на экран проверки датчиков 1.2.3.
На экране отключения рядов изображены в две строки пиктограммы для отображения статусов датчиков высева: первая строка отображает ряды 1-12, вторая - 13-24, каждый ряд пронумерован. Зеленая индикация для статуса означает, что датчик является включенным, красная индикация означает, что датчик выключен. Над каждым статусом размещена кнопка включения/отключения датчика.
На экране проверки работы датчиков высева размещены в две строки пиктограммы для отображения значений импульсов для каждого датчика. Для улучшения визуального восприятия четные и нечетные ряды имеют разную цветовую схему. Внизу отображено текущее значение для импульсов датчика пути.
На экране статистики  отражено имя оператора, время и дата начала и завершения работы. За период работы оператора, отражены значения, высева поля по каждому ряду. По этим значениям определяется качество выполненных работ. Статистику возможно сохранить в памяти для 10 полей по 500 га каждое. Отображены следующие параметры: засеянная площадь (га), номер ряда (п/н), количество зерен (тыс. шт/га), % двойников, % пропусков, суммарный процент отклонений, интервал зерен в ряду (см), средний высев (шт/м), средняя скорость высева(км/ч), расстояние аварии (км), сумма зерен за время работы. На этом же экране можно воспользоваться опциями сброса статистики и/или ее записи на flash-карту.
Активация системы контроля высева семян происходит от движения опорно-приводного колеса сеялки при получении микропроцессором и платой сбора и обработки информации первого импульса от датчика пути 2. Одновременно высевающий аппарат начинает сбрасывать семена, которые проходят через датчик высева 1. Датчик высева 1 включает в себя емкостный чувствительный элемент. Емкость чувствительного элемента обеспечивается двумя металлизированными текстолитовыми пластинами, расположенными параллельно на стенках корпуса датчика 1, выполненного из нержавеющей стали, имеет разную конфигурацию в зависимости от типа сеялки, при этом упомянутые пластины образуют рабочий канал для пролета семян. Семена, пролетая между ними, приводят к изменению емкости чувствительного элемента, импульс обрабатывается в датчике 1, и направляется в виде цифрового сигнала на контролирующий блок 4.
В металлической коробочке корпуса датчика 1 установлена электронная плата датчика высева. Для улучшения механической прочности и герметизации коробочка залита эпоксидным компаундом. Сигнал поступает в контрольный блок 4. Получая импульсы от датчиков 1, 2, 3 и имея заложенные конфигурации в настройках (обхват колеса, пройденный путь в см, количество импульсов датчика пути за 1 оборот колеса, пороги двойников и пропусков, смена показаний в метрах), блок 4 в соответствии с программными алгоритмами позволяет выводить оператору точную информацию о ходе процесса высева.
На мониторе процесс высева отображен для каждого ряда в виде двух разрядов  цифр, которые расположены в прямоугольной рамке с разным по цвету фоном. Нечетные ряды сеялки имеют один цвет фона, цифры расположены в верхней половине рамки. Четные ряды имеют другой цвет фона (в виде пиктограмм), цифры расположены в нижней половине рамки. Пиктограммы размещены в два ряда в середине экрана, первый ряд пиктограмм отображает высев с 1 по 12 ряд сеялки, второй ряд находится ниже первого и отображает высев с 13 по 24 ряд сеялки. Показания высева (шт/м) обновляются после того количества оборотов колеса, которое задано оператором в настройках. Например, при смене показаний через каждые два оборота опорно-приводного колеса, при прохождении сеялкой двух оборотов получается, что всего пройдено пять метров, при условии, что каждый оборот колеса имеет пройденный путь, составляющий 2,5 метра. Датчики высева 1 генерируют N импульсов при пролете через них семян. Программируемый микроконтроллер обрабатывает информацию и выводит на монитор информацию о среднем количестве семян (шт/метр) на этом участке и сохраняет текущее значение до следующего обновления значения. При высеве, достигшем предела по двойникам, (визуальная индикация) фон рамки и значение высева, приобретают красный цвет, мигает и раздается прерывистый звуковой сигнал в такт мигания для лучшего информирования оператора о достижении предельных значений высева.