БЛОКИ УПРАВЛЕНИЯ, УЗЛЫ, СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ОБМЕНА ДАННЫМИ
CONTROL UNITS, NODES, SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING AND EXCHANGING DATA

Перекрестная ссылка на родственные заявки
В настоящей заявке испрашивается приоритет на основании раздела 119 части 35 Свода законов США по предварительной заявке на патент США №62/415,909, поданной 1 ноября 2016 г., и по предварительной заявке на патент США №62/461,275, поданной 21 февраля 2017 г., полное содержание которых включено сюда путем ссылки и для всех целей.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение включает способы, системы и устройства для получения, хранения, приема, обмена и конфигурирования информации, относящейся к сельскохозяйственному орудию и выполнению команд, операций и других выходных данных на их основе.
Уровень техники
Сельскохозяйственные орудия выполняют разнообразные сельскохозяйственные операции. Например, сельскохозяйственная сеялка для пропашных культур - это машина, предназначенная для точного распределения семян в почве. Сеялка для пропашных культур обычно содержит горизонтальный брус для навешивания рабочих органов, прикрепленный к узлу сцепки для буксировки за трактором или другим орудием. На брусе для навешивания рабочих органов установлены высевающие секции. В разных конфигурациях семена могут храниться в отдельных бункерах на каждой высевающей секции или могут содержаться в центральном бункере и доставляться в высевающие секции по мере необходимости. Высевающие секции содержат землеобрабатывающие инструменты для нарезания и заделывания семенной борозды, и систему дозирования семян для распределения семян в семенной борозде.
В своей основной форме дозатор семян содержит корпус, высевающий диск и семяпровод. Корпус выполнен таким образом, что он создает резервуар для хранения запаса семян. Высевающий диск находится внутри корпуса и вращается вокруг, как правило, горизонтальной центральной оси. Когда высевающий диск вращается, он проходит через запас семян, где он подхватывает отдельные семена. Затем семена подаются в семяпровод, откуда они попадают в семенную борозду. Дозаторы семян расположены вдоль бруса для навешивания рабочих органов сеялки, и это местоположение определяет по меньшей мере некоторые функциональные возможности дозатора.
Другие области сеялки включают использование исполнительных механизмов (гидравлических, пневматических, электрических или комбинацию), систем освещения, систем вентиляторов, устройств создания разрежения, датчиков, систем определения местоположения и других систем, которые способны управлять работой сеялки.
Поскольку компоненты орудий, таких как сеялки, становятся более электронными, управление компонентами и их настройка становятся более сложными. Отчасти это связано с вариабельностью расположения и функциональных возможностей компонентов. Проблемы могут включать технические требования к проводной сети (дополнительные расходы, неэстетичный внешний вид, аппаратные ограничения и т.д.), начальные и текущие настройки, диагностику и проблемы, связанные с заменой одного или более компонентов. Кроме того, растущее число электронных устройств требует повышенных требований к скорости и пропускной способности для передачи команд компонентам и от них, а также любых данных, которые получают в качестве части функциональных возможностей и/или работы сеялки.
Следовательно, в данной области техники существует потребность в улучшенных способах, системах и устройствах на сельскохозяйственном орудии или при его использовании, которые позволят обеспечить работу орудия, выполненного с электронным и другими интеллектуальными средствами управления.
Сущность изобретения
Следовательно, основной целью, особенностью и/или преимуществом изобретения является преодоление и/или улучшение проблем в данной области техники.
Другой целью, особенностью и/или преимуществом изобретения является создание высокоскоростной системы с высокой пропускной способностью для передачи информации сельскохозяйственному орудию, от него и внутри него.
Еще одной целью, особенностью и/или преимуществом сельскохозяйственного орудия является содержание встроенного в него блока обработки для содержания информации, относящейся к орудию.
Еще одной целью, особенностью и/или преимуществом является обеспечение интеллектуальных узлов орудия для обеспечения управления и обмена данными для датчиков, двигателей, камер, средства освещения, исполнительных механизмов, вентиляторов и любого другого устройства, подключенного к сети орудия.
Еще одной целью, особенностью и/или преимуществом является наличие интеллектуального устройства позиционирования орудия и/или систем для получения и сохранения информации, связанной с позиционированием орудия и/или его части.
Еще одной целью, особенностью и/или преимуществом изобретения является обеспечение возможности автоматического распознавания, обнаружения, считывания, программирования или другого взаимодействия с изменением, внесенным в орудие.
Также одной целью, особенностью и/или преимуществом является обеспечение связи между множеством орудий и/или тягачей.
Еще одной целью, особенностью и/или преимуществом является получение, хранение, передача, обмен и/или использование данных, связанных с одной или несколькими операциями, выполняемыми сельскохозяйственным орудием.
Еще одной целью, особенностью и/или преимуществом изобретения является обеспечение надежных компонентов с возможностью подключения ввода/вывода (I/O) для передачи данных, связанных с промышленной, сельскохозяйственной, коммерческой и/или личной деятельностью.
Эти и/или другие цели, особенности и преимущества изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники. Изобретение не должно быть ограничено этими целями, особенностями и преимуществами. Ни один отдельный вариант осуществления не должен обеспечивать каждую без исключения цель, особенность или преимущество.
Согласно аспектам изобретения предложен способ соединения электронного компонента с сельскохозяйственным орудием, выполненным с возможностью осуществления сельскохозяйственной операции, который включает обеспечение электронного компонента, имеющего идентификатор типа компонента; обеспечение сеялки, имеющей множество гнезд для высевающих секций и ведущий модуль, и электронную линию связи, выполненную с возможностью соединения электронного компонента с сельскохозяйственным орудием; автоматическое обнаружение электронного соединения от электронного компонента посредством электронной линии связи; передачу идентификатора типа компонента в ведущий модуль для идентификации подключенного электронного компонента; и обеспечение рабочих команд электронному компоненту по меньшей мере частично на основе идентификатора типа компонента.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ включает содержание подключенным электронным компонентом одного из узла дозаторов семян и узла высевающих секций.
Согласно дополнительным вариантам осуществления в способ включен подключенный электронный компонент, представляющий собой узел высевающих секций, и способ дополнительно включает этапы: определения одного из множества гнезд для высевающих секций, связанных с узлом высевающих секций; конфигурацию узла высевающих секций для выполнения части сельскохозяйственной операции, связанной с одним из множества гнезд для высевающих секций.
Согласно другим вариантам осуществления в способ включена электронная линия связи, содержащая одно из проводного соединения или беспроводного соединения.
Согласно другим вариантам осуществления в способ включен ведущий модуль, связанный с электронным пользовательским интерфейсом.
Согласно дополнительным вариантам осуществления в способ включен идентификатор типа компонента, хранящийся в виде данных на электронном компоненте.
Согласно другим вариантам осуществления способ дополнительно включает этап определения рабочих команд для узла высевающих секций по меньшей мере частично на основе предварительно установленной карты.
Согласно дополнительным аспектам изобретения обеспечена система для соединения электронного компонента с сельскохозяйственным орудием, которая содержит электронную линию связи, выполненную с возможностью электронного соединения электронного компонента и сельскохозяйственного орудия; идентификатор типа компонента, хранящийся в виде данных, связанных с электронным компонентом; и ведущий модуль, выполненный с возможностью: (a) обнаружения наличия электронного компонента, соединенного с сельскохозяйственным орудием; (b) идентификации одной или более характеристик электронного компонента по меньшей мере частично на основе идентификатора типа компонента; (c) определения рабочих команд, связанных с электронным компонентом, по меньшей мере частично на основе одной или более характеристик электронного компонента; и (d) подачи рабочих команд электронному компоненту посредством электронной линии связи.
Согласно некоторым вариантам осуществления система содержит одну или более характеристик, включающих тип электронного компонента или местоположение электронного компонента на сельскохозяйственном орудии.
Согласно некоторым дополнительным вариантам осуществления система содержит электронный компонент, представляющий собой узел высевающих секций на посевном орудии.
Согласно некоторым другим вариантам осуществления система содержит посевное орудие, содержащее множество высевающих секций, каждая из которых имеет уникальные параметры посева; причем узел высевающих секций функционально соединен с одной из множества высевающих секций; причем ведущий модуль при обнаружении узла высевающих секций автоматически конфигурирует узел высевающих секций для выполнения уникальных параметров посева, связанных с одной из множества высевающих секций.
Согласно некоторым вариантам осуществления система содержит рабочие команды, содержащие данные о размещении семян, связанные с рекомендуемой картой посева.
Согласно некоторым вариантам осуществления система содержит электронную линию связи, содержащую одно из проводного соединения и беспроводного соединения.
Согласно некоторым вариантам осуществления система дополнительно содержит: измерительные датчики, связанные с сеялкой и каждой из множества высевающих секций; причем измерительные датчики выполнены с возможностью синхронизации времени и местоположения друг с другом.
Согласно другим дополнительным аспектам изобретения обеспечена сельскохозяйственная сеялка с множеством электронных компонентов, которая содержит элемент маршрутизации, содержащий память, содержащую данные, связанные с сельскохозяйственной сеялкой, и множество разъемов; множество узлов, электрически соединенных с элементом маршрутизации, причем каждый из множества узлов связан по меньшей мере с одним из электронных компонентов сельскохозяйственной сеялки; причем множество узлов осуществляет электронную связь с элементом маршрутизации для связи в реальном времени электронного компонента с сельскохозяйственной сеялкой для выполнения функции по меньшей мере частично на основании данных, связанных с сельскохозяйственной сеялкой и хранящихся в элементе элемента маршрутизации.
Согласно некоторым вариантам осуществления сеялка содержит элемент маршрутизации, соединенный с множеством узлов проводами.
Согласно некоторым вариантам осуществления сеялка содержит элемент маршрутизации и множество узлов, соединенных беспроводным способом.
Согласно некоторым вариантам осуществления сеялка дополнительно содержит по меньшей мере один дисплей, соединенный электронным образом с элементом маршрутизации, причем указанный дисплей выполнен с возможностью отображения информации, связанной с множеством узлов и связанных электронных компонентов.
Согласно некоторым вариантам осуществления сеялка дополнительно содержит по меньшей мере один датчик положения, соединенный электронным образом по меньшей мере с одним из множества узлов, причем указанный по меньшей мере один датчик положения предоставляет данные о положении, связанные с сельскохозяйственной сеялкой.
Согласно некоторым вариантам осуществления сеялка содержит по меньшей мере один датчик положения, содержащий процессор и 9-осевой инерциальный измерительный датчик.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен вид в перспективе сельскохозяйственной сеялки.
На фиг.2 представлена схема системы, связанной с работой сельскохозяйственного орудия.
На фиг.3 представлена другая схема, показывающая систему управления сельскохозяйственным орудием.
На фиг.4 представлена схема, показывающая компоненты системы управления сельскохозяйственным орудием согласно аспектам изобретения.
На фиг.5 представлен вид в перспективе интеллектуального маршрутизатора орудия (IIR) согласно аспектам изобретения.
На фиг.6 представлен вид спереди IIR фиг.5.
На фиг.7 представлен разобранный вид IIR фиг.5.
На фиг.8 представлен вид в перспективе интеллектуального узла орудия (IIN).
На фиг.9 представлен вид спереди IIN.
На фиг.10 представлен разобранный вид IIN.
На фиг.11 представлен вид в перспективе интеллектуального элемента позиционирования орудия (IIP) согласно аспектам изобретения.
На фиг.12 представлен вид спереди IIP.
На фиг.13 представлена блок-схема, показывающая архитектуру IIR согласно аспектам изобретения.
На фиг.14 представлена блок-схема, показывающая архитектуру IIN согласно аспектам изобретения.
На фиг.15 представлена блок-схема, показывающая архитектуру IIP согласно аспектам изобретения.
Различные варианты осуществления изобретения будут подробно описаны со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции представляют одинаковые части на нескольких видах. Ссылка на различные варианты осуществления не ограничивает объем изобретения. Фигуры, представленные в настоящем документе, не являются ограничениями для различных вариантов осуществления в соответствии с изобретением и представлены для иллюстрации примеров изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На Фиг.1 представлен вид в перспективе сеялки 10. Хотя на фигуре показана сеялка 10, следует понимать, что настоящее изобретение может быть использовано с различными сельскохозяйственными орудиями. Кроме того, следует понимать, что аспекты настоящего изобретения могут быть использованы на или с другими продуктами за пределами сельскохозяйственной сферы. Например, изобретение будет включать аспекты, которые обычно могут быть использованы во многих различных отраслях промышленности, включая, но без ограничения, применение гидравлических исполнительных механизмов, средства управления тяжелым оборудованием, промышленную автоматизацию, искусственное охлаждение, удаленный контроль и управление, индустрию развлечений, сварочные работы, общую робототехнику, управление альтернативными источниками энергии, муниципальное управление, управление светофорами и камерами, автомобильное управление и, как правило, любую другую отрасль промышленности, аналогичную или отличающуюся от тех, что были раскрыты. Как следует понимать, аспекты изобретения будут обеспечивать возможность поддержки Интернета вещей (IoT) и других сред, в которых информация, данные и тому подобное передаются эффективно с более высокой скоростью и более высокой пропускной способностью.
Возвращаясь к Фиг.1, сеялка 10, используемая в качестве примера, является сельскохозяйственным орудием, используемым для посева и удобрения семян контролируемым образом. Сеялка, подобная показанной на Фиг.10, может быть аналогична той, которая раскрыта в патенте США №9,282,691 и/или в заявке №14/478,222, полное содержание обеих из которых включено сюда путем ссылки. Например, сеялка 10 изобретения, которая показана на Фиг.1, содержит дышло 12, которым может быть телескопическое дышло. Дышло 12 содержит первый конец 14 со сцепкой 16 для прикрепления к тягачу, такому как трактор 44. Противоположный конец дышла 12 прикреплен к раме или брусу 18 для навешивания рабочих органов. Продольные тяги 20 соединены между брусом 18 для навешивания рабочих органов и дышлом 12 и используются в сочетании со складывающими исполнительными механизмами 23 для складывания бруса 18 для навешивания рабочих органов вперед. Следовательно, дышло 12 может быть телескопическим дышлом в том смысле, что оно может выдвигаться или быть направлено для обеспечения возможности складывания бруса 18 для навешивания рабочих органов вперед. Брус 18 для навешивания рабочих органов содержит главный или центральный брус 22 для навешивания рабочих органов, и первое и второе крылья 30, 34, проходящие от него. Главный брус 22 для навешивания рабочих органов содержит центральные бункеры 24, которые содержат семена или другие гранулы, используемые при посадке. Множество транспортных колес 28 также соединены с главным брусом 22 для навешивания рабочих органов. Первое и второе крылья 30, 34 обычно являются просто копиями друг друга. Крылья содержат первый и второй брусья 32, 35 для навешивания рабочих органов. Множество высевающих секций 40 прикреплены вдоль главного бруса 22 для навешивания рабочих органов, также как вдоль первого и второго брусьев 32, 35 для навешивания рабочих органов. Высевающие секции содержат дозаторы 42 семян и/или другие компоненты, используемые для посева и удобрения семян контролируемым образом. С первым и вторым крыльями 30, 34 также соединены первый и второй лапы 33, 36 маркеров. Лапы маркеров содержат исполнительные механизмы 37, которые используют для подъема и опускания лап маркеров. Лапы маркеров можно опустить, чтобы обеспечить направление края сеялки для использования при посадке. Когда это не требуется, маркеры можно поднять в положение, которое показано на Фиг.1, чтобы убрать маркеры с пути.
На Фиг.1 также показано множество вентиляторов 26, а также множество колес 38. Крылья также могут содержать исполнительные механизмы 31 для подъема и опускания или иным способом обеспечения силы, направленной вниз на крылья. Следовательно, как показано на Фиг.1, существует множество компонентов посевного орудия 10. Компоненты могут содержать движущиеся части, такие как исполнительные механизмы, используемые для перемещения крыльев, маркеров, высевающих секций и т.д., при этом также обеспечивая дополнительные функции. Например, вентиляторы 26 используют для обеспечения давления в дозаторах 42 семян, чтобы способствовать прилипанию семян к высевающему диску, движущемуся по ним. Дозаторы семян можно приводить в действие электрическим приводом, так что двигатель, такой как шаговый двигатель, может быть использован для вращения дозаторов семян, чтобы способствовать прилипанию семян в них и обеспечивать дозирование семян контролируемым образом для идеального расстояния, распределения и/или размещения. Другими особенностями могут быть исполнительные механизмы или другие механизмы для обеспечения прижимной силы для высевающих секций 40. В качестве части сеялки также могут иметься средства освещения. Наконец, между центральными бункерами 24 и любым множеством дозаторов 42 семян на высевающих секциях 40 может быть предусмотрена пневматическая система подачи семян, так как пневматическая система подачи семян обеспечивает непрерывный поток семян в высевающие секции по мере необходимости для того, чтобы обеспечить непрерывную посадку семян с помощью дозаторов семян на высевающих секциях. Таким образом, различные средства управления сеялкой могут потребоваться или иным образом быть затребованы для использования системой управления. Система управления может помочь в управлении каждой из функций орудия или сеялки 10 таким образом, чтобы обеспечить бесперебойную или почти бесперебойную работу орудия, а также обеспечивает обмен и/или передачу данных, состояния и другой информации между компонентами.
Объем информации, передаваемой между трактором и компонентами сеялки, постоянно растет и содержит высокий трафик. В настоящее время любая передача информации осуществляется с низкой пропускной способностью, плохо определяется протоколом, а также включает проблемы совместимости между различными компонентами трактора и/или орудиями. Таким образом, возникали проблемы, и был разработан новый тип для системы, содержащей высокий смешанный трафик, низкое время ожидания, высокую безопасность, высокую надежность, высокую пропускную способность, общую цепь поставок и высоконадежную систему, чтобы позволить работу орудия и помочь в управлении различными компонентами на орудии или связанных с ним. Поэтому, как следует понимать, настоящее изобретение обеспечивает решения, удовлетворяющие указанным возникающим требованиям, которые могут содержать повышенную надежность и/или средства ввода/вывода (I/O). Решение было разработано с использованием стандартных протоколов и компонентов с учетом ближайших возможностей. Результатом становится интеллектуальное решение на основе Интернета вещей, поддерживающее уникальный набор функций и характеристик ввода/вывода.
Вследствие этого, на Фиг.2 представлена система 50 управления орудием согласно аспектам настоящего изобретения. Как показано на фигуре, некоторые компоненты системы 50 управления могут быть включены не в само орудие. Например, система управления, показанная на фигуре, содержит интеллектуальное управление 52, которое может быть компонентом на основе ЦП, таким как дисплей пользователя, который может быть интерактивным и/или графическим дисплеем пользователя. Примерами таких интеллектуальных блоков управления могут быть планшеты, телефоны, мобильные устройства, ноутбуки, дисплеи пользователя или вообще любое другое вычислительное устройство, способное разрешать ввод, предоставлять параметры и отображать вывод электронных функций. Также другие примеры включают микропроцессор, микроконтроллер или другое подходящее программируемое устройство и память. Контроллер также может содержать другие компоненты и может быть реализован частично или полностью на полупроводниковой микросхеме (например, микросхеме программируемой пользователем вентильной матрицы («FPGA»)), такой как микросхема, разработанная с использованием способа разработки на уровне регистровых передач («RTL»). Память в некоторых вариантах осуществления включает в себя область хранения программ и область хранения данных. Область хранения программ и область хранения данных могут включать комбинации различных типов памяти, таких как постоянное запоминающее устройство («ПЗУ»), оперативное запоминающее устройство («ОЗУ») (например, динамическое ОЗУ («DRAM»)), синхронное DRAM («SDRAM») и т.д.), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство («EEPROM»), флэш-память, жесткий диск, SD-карту или другие подходящие магнитные, оптические, физические или электронные устройства памяти. Пример пользовательского интерфейса на основе планшета, который может быть известен как усовершенствованный планшетный компьютер для сеялки, показан и описан в одновременно находящейся на рассмотрении заявке США того же заявителя №62/428,725, которая полностью включена сюда путем ссылки. Интеллектуальное управление 52 может быть соединено с интеллектуальным блоком 54 маршрутизатора или иным образом связано с ним. Интеллектуальный блок 54 маршрутизатора может иметься, но это требуется не во всех случаях. Например, когда интеллектуальное управление 52 представляет собой планшет, оно может не содержать требуемое количество соединений, входных данных и/или возможностей вывода. Следовательно, интеллектуальный маршрутизатор 54 может иметься для соединения с интеллектуальным управлением 52, чтобы обеспечить дополнительные входные данные, выходные данные и/или другие возможности подключения к интеллектуальному управлению 52. Интеллектуальное управление 52 и/или интеллектуальный маршрутизатор 54 может быть удаленным от орудия, такого как сеялка 10. Как показано на Фиг.2, комбинация интеллектуального управления 52 и интеллектуального маршрутизатора 54 показана на тракторе 44 или другом тягаче. Когда блок управления представляет собой планшет, элемент может быть расположен в кабине трактора, чтобы обеспечить отображение данных ввода и вывода на его дисплее таким образом, чтобы оператор мог видеть и взаимодействовать с указанным дисплеем, находясь в тракторе. Однако следует понимать, что обычно блок управления можно использовать в любом месте, удаленном от посевного орудия.
Такой дисплей может содержать дисплей (например, основной дисплей, дополнительный дисплей и т.д.) и устройства ввода (например, сенсорные дисплеи, множество ручек, циферблатов, переключателей, кнопок и т.д.). Более конкретно, дисплей может быть, например, жидкокристаллическим дисплеем («LCD»), светодиодным («LED») дисплеем, органическим LED («OLED») дисплеем, электролюминесцентным дисплеем («ELD»), дисплеем c электронной эмиссией на основе поверхностной проводимости («SED»), дисплеем с автоэлектронной эмиссией («FED»), ЖК-дисплеем на тонкопленочных транзисторах («TFT») или отражающим бистабильным холестерическим дисплеем (т.е., электронной бумагой).
На Фиг.2 также показаны компоненты системы 50 управления орудием, которые могут быть показаны в качестве части сеялки 10 или другого орудия. Например, некоторые компоненты могут содержать интеллектуальный маршрутизатор «IPR» 56 сеялки, который в общем может быть обозначен как интеллектуальный маршрутизатор орудия или просто интеллектуальный элемент 56 маршрутизатора. Интеллектуальный маршрутизатор 56 сеялки также может быть обозначен как персональный модуль сеялки. Интеллектуальный маршрутизатор 56 сеялки, как будет раскрыто в настоящем документе, обеспечивает программируемость сеялки, а также обеспечивает возможность подключения к компонентам и средствам управления для различных аспектов сеялки. Например, интеллектуальный маршрутизатор 56 сеялки может содержать интеллектуальное средство управления или элемент (центральный блок обработки или тому подобное), который может быть запрограммирован для обеспечения информации, связанной с сеялкой 10. Она может содержать количество рядков на сеялке, тип сеялки, тип давления для дозаторов семян, тип дозаторов семян, количество дозаторов семян и, как правило, любую другую информацию, связанную с сеялкой, так что эта информация может быть использована для управления функциональными возможностями сеялки. Такое программирование IPR 56 может быть выполнено во время изготовления сеялки, например, ее сборки. Следовательно, IPR 56 может быть запрограммирован в процессе сборки для обеспечения такой информации, которая может быть передана с другими компонентами системы 50 управления орудием. Однако конфигурация IPR 56 будет предоставлять информацию, встроенную в его ЦП во время изготовления для обеспечения параметров и настроек для взаимодействия с другими компонентами системы 50 управления. IPR 56 может быть соединен с множеством интеллектуальных узлов сеялки 58, которые, в общем, могут быть обозначены как интеллектуальные узлы или иначе говоря, интеллектуальные узлы орудия.
Интеллектуальные узлы (IPN) 58 сеялки могут быть использованы как для высевающих секций сеялки, так и/или для дополнительных функций сеялки. Как показано на Фиг.2, IPN 58 может быть расположен на каждой высевающей секции сеялки так, что IPN может быть разделен на IPN первого рядка, IPN второго рядка и вплоть до IPN рядка N, где он равен количеству высевающих секций, связанных с сеялкой. Аналогичным образом, когда IPN 58 использует с дополнительной функцией сеялки, количество IPN, связанных с сеялкой, может быть определено на основе количества дополнительных функций, связанных с самой сеялкой.
Кроме того, система 58 управления орудием, как показано на Фиг.2, содержит множество элементов 60 интеллектуального позиционирования сеялки, которые также могут в общем быть обозначены как элементы/интеллектуального позиционирования или элементы интеллектуального позиционирования орудия. Интеллектуальное позиционирование (IPP) 60 сеялки, как будет раскрыто в настоящем документе, может быть использовано с каждым из узлов или с любым количеством функций или компонентов сеялки 10 для обеспечения дополнительной информации, связанной с компонентами. Она может содержать перемещение, местоположение или другие данные, которые могут быть собраны посредством IPP 60, которые могут быть использованы и переданы различным компонентам системы управления, таким как дисплей пользователя интеллектуального управления 52.
На Фиг.3 показана другая схема системы 50 управления орудием согласно аспектам настоящего изобретения. Схема, показанная на Фиг.3, аналогична той, которая показана и описана на Фиг.2. Например, система 50, показанная на Фиг.3, содержит элемент 52 дисплея/ЦП, который может быть подключен к IPR 54. Для подключения дисплея 52 к орудию IPR 56 можно использовать соединение 62 Ethernet. Использование соединения Ethernet позволяет осуществлять высокоскоростную передачу информации с высокой пропускной способностью между компонентами. Протокол Ethernet обеспечивает высокую скорость и высокую пропускную способность, при которых большой объем данных может быть передан между двумя компонентами, соединенными посредством соединения Ethernet, способом, который до сих пор не был реализован в сельскохозяйственной отрасли. Следовательно, использование Ethernet в системе 50 управления обеспечивает гораздо большую передачу при обмене данными высокоскоростным способом. Показано, что IPR имеет три соединения Ethernet, проходящие от него. Они содержат левое соединение 63 Ethernet, правое соединение 64 Ethernet и дополнительное соединение 65 Ethernet. Левые соединения 63 Ethernet показывают соединение Ethernet с левым крылом сеялки 10 и показано, что они подключены к нескольким IPN 58, которые связаны с высевающими секциями 40, прикрепленными к левому крылу сеялки и/или на нем. Аналогичным образом, правое соединение 64 Ethernet соединено с множеством IPN, которые связаны с несколькими высевающими секциями, присоединенными или связанными с правым крылом сеялки 10. Однако следует понимать, что количество используемых IPN и разделение на правое и левое приведены только в качестве примера и не должны ограничивать настоящее изобретение. Наконец, дополнительное соединение 65 Ethernet соединяет IPR 56 с множеством IPN 58, связанных с дополнительными функциями сеялки 10. Хотя два IPN соединены посредством вспомогательного соединения Ethernet, следует понимать, что это только в качестве примера, и также не должно ограничивать настоящее изобретение.
Следовательно, в качестве примера левое соединение 63 Ethernet, связанное с IPN 58, может быть описано таким образом. IPN соединены с несколькими датчиками, двигателями и другими средствами управления, по которым IPN передают информацию между собой и IPR для того, чтобы управлять функциями компонентов на них. Например, один IPN соединен с двигателем 66 дозатора семян, датчиком 67 расхода инсектицида, датчиком 68 заполнения семенного бункера, кнопкой 69 ручного запуска, устройством 70 управления инсектицидами с помощью двигателя и датчиком 71 жидкого удобрения. Такие двигатель и датчики обычно связаны с высевающей секцией и/или дозатором семян сеялки. Следовательно, IPN соединен с компонентами и работает с IPR 56 для того, чтобы управлять функциональными возможностями различных компонентов. Аналогично, другой IPN, подключенный к левому соединению 63 Ethernet, содержит соединение с вакуумными соленоидами, рабочими средствами освещения, вакуумными датчиками, рабочими переключателями и соленоидами маркеров. Также имеются функции, связанные с крылом и управлением компонентами на нем. Следовательно, дополнительный IPN будет содержать соединения и управление функциями, связанными с этими компонентами. Дополнительное соединение 65 Ethernet показано при подключении к дополнительным компонентам. Например, IPN, связанные с дополнительным соединением 65 Ethernet, содержат компоненты соленоидов 72 колес крыльев, соленоидов 74 оси, соленоидов 75 крыльев, электромагнитных катушек 76, генераторных датчиков 77, датчиков 78 температуры, средств 79 управления подачей семян с помощью воздуха, соленоидов 80 сцепки, средств 82 управления запуском двигателя и средств 83 управления удобрениями. Такие средства управления, датчики и тому подобное связаны с другими аспектами сеялки и их управлением. Это позволяет использовать сеялку и получать данные, связанные с различными средствами управления.
Следовательно, IPN связаны с IPR для обеспечения средств управления для связанных компонентов IPN. Это позволит управлять сеялкой с более высокой скоростью и более высокой пропускной способностью, так что средства управления будут передавать больший объем данных между IPN и IPR. Кроме того, использование системы 50 управления орудием, как показано и описано, обеспечит дополнительные преимущества и улучшения. Такие преимущества могут включать в себя систему типа plug-n-play. В настоящее время каждая высевающая секция содержит узел или плату управления, которая специально запрограммирована для расположения высевающих секций в зависимости от сеялки, типа дозатора семян, используемого с сеялкой, и других факторов, при которых узел специально приспособлен и привязан к конкретному местоположению. Аспекты настоящего изобретения позволяют IPN 58 быть почти универсальным и функционировать так, чтобы позволить IPN подключаться к IPR 56, причем IPN будет затем запрограммирован для обеспечения любого количества функциональных возможностей. Эти функциональные возможности могут затем быть переданы на дисплей 52 пользователя, чтобы позволить оператору взаимодействовать с IPN относительно того, как он должен действовать, реагировать или иным образом функционировать по отношению к другим компонентам системы 50 управления орудием.
Например, IPR 56 может быть запрограммирован во время изготовления, как было раскрыто ранее. Он может содержать информацию, относящуюся к сеялке, такую как количество высевающих секций, тип механизма подачи семян, тип обеспечения прижимной силы, тип давления, оказываемого на дозаторы семян, и/или любые другие факторы, которые могут варьировать в зависимости от посевного орудия. IPN могут быть прикреплены к сеялке, где IPR может передавать эту информацию в IPN посредством высокоскоростных соединений Ethernet с высокой пропускной способностью, чтобы предоставлять информацию, касающуюся сеялки, в IPN. Далее IPN может распознавать другие компоненты, подключенные к нему, и может предоставлять оператору функциональные параметры посредством дисплея пользователя, чтобы позволить оператору вводить требуемые результаты, средства управления, параметры или другие вводные данные, чтобы позволить IPN активно управлять компонентами, подключенными к нему, на основе указанных входных данных. Это быстрое программирование в стиле plug-n-play позволяет, по существу, не программировать IPN до тех пор, пока они не будут подключены к нескольким IPR. Шаблонное программирование IPN позволит быстро связать IPN с компонентами, подключенными к нему, чтобы обеспечить управление указанными компонентами независимо от какого-либо предварительного программирования. Это выгодно тем, что экономит время, затраты и решает другие проблемы, связанные со специальным программированием платы управления с учетом функциональных возможностей компонентов, к которым она будет подключена.
На Фиг.4 показана другая схема системы управления орудием, поясняющая некоторые ее компоненты. Как было раскрыто, устройство отображения или другой блок 52 управления может быть в виде планшета, монитора, пользовательского интерфейса или другого вычислительного устройства. Как показано на Фиг.4, дисплей может представлять собой монитор с сенсорным экраном, обеспечивающий пользовательский интерфейс с устройствами ввода и вывода и имеющий вход Ethernet с монтажным разъемом. Как упоминалось, если требуемые устройства ввода и вывода не связаны с устройством 52 отображения, IPR или другой механизм маршрутизации, который содержит требуемую возможность подключения для ввода/вывода, может быть связан с устройством 52 отображения. Устройство 52 отображения подключено посредством соединения 62 Ethernet с IPR 56. Согласно аспектам изобретения с каждой сеялкой можно использовать по меньшей мере один или один или более IPR. Например, согласно некоторым вариантам осуществления с сеялкой можно использовать один IPR. Однако дополнительные варианты осуществления включают сеялку с более чем одним IPR 56, например двумя, тремя или более. IPR направляет данные от IPN 58 на дисплей, хранит информацию о конфигурации сеялки, взаимодействует с дисплеем и может обеспечивать другие функции управления или иным образом выполнять интеллектуальную функцию орудия. К IPR посредством соединения Ethernet подключено множество IPN 58. IPN подключены к компонентам сеялки или другого механизма для управления указанными компонентами. Например, IPN 58, один из которых подключен к сеялке, может приводить в действие двигатели для семян, собирать данные с датчиков заполнения семенного бункера, активировать соленоиды и/или иным образом связываться с IPR посредством соединения Ethernet. На схеме, показанной на Фиг.4, также показан IPP 60. Множество IPP 60 может быть расположено по всей сеялке для обеспечения данных позиционирования для сеялки и ее компонентов. IPP 60 может определять положение компонента, определять прямое и обратное направление и иным образом определять направление сеялки и/или ее компонентов. Например, когда IPP расположен на лапе маркера, информация, собранная IPP, может обеспечить, по существу, точное местоположение лапы маркера между конфигурацией для хранения и работы. Это очень выгодно по сравнению с текущей настройкой, которая позволяет только получить сведения или информацию о том, что лапа маркера опущена или поднята, но не показывает его точную конфигурацию. IPP также может собирать дополнительную информацию и быть инерциальным блоком, который может предоставлять очень точную информацию о местоположении, так что данные могут быть собраны во время посева, чтобы предоставить информацию о местоположении, связанную с событием. Такая информация может быть связана с посадкой семян, местоположением препятствия, местоположением начала и конца и, в общем, любой другой информацией о местоположении или направлении, которая может быть связана с событием.
На Фиг.5-7 раскрыты виды IPR согласно аспектам настоящего изобретения. IPR обеспечивает надежную и устойчивую маршрутизацию для устройств Ethernet в сети. IPR 56 содержит корпус 90 для обеспечения защиты внутренних компонентов IPR 56, так что IPR может быть использован в различных местоположениях с ограниченным ущербом для себя. Корпус 90, как показано на фигурах, содержит первую секцию 91 и вторую секцию 92, соединенные друг с другом. Уплотнение 99 показано расположенным там между ними, чтобы обеспечить герметизацию корпуса 90. Герметизация корпуса имеет класс защиты IP 67, который является сертификационным рейтингом, означающим, что он полностью защищен от пыли и может выдерживать погружение приблизительно на 1 метр воды. В соответствии с некоторыми аспектами корпус может содержать армированный нейлоном полимер. Однако он не должен быть ограничен этим. Как показано на Фиг.7, внутренние компоненты или корпус 93 IPR содержат несколько соединений и компонентов управления. ЦП IPR может быть блоком обработки Sitara Cortex A8 для обеспечения обработки IPR. Соединения, показанные на фигурах, содержат множество разъемов 94 Ethernet, которые на фигурах показаны в количестве 9. Однако это количество не должно быть ограничено этим. Другие соединения содержат разъемы 95 шины CAN, которые могут быть подключены к внешним компонентам. Операционная система может быть системой на основе Linux, но не ограничивается этим. Таким образом, IPR, как показано на фигурах, представляет собой 9-портовый надежный управляемый Ethernet-коммутатор 10/100, 2-го уровня. С неуправляемыми или управляемыми конфигурациями, опциональным монтажом на DIN-рейку, IPR является улучшенным промышленным компонентом управления маршрутизацией Ethernet. IPR может иметь связь через RS232 и/или клиентский порт USB и может содержать дополнительные разъемы, такие как цифровые выходы, аналого-цифровые частотные режимы, коммутацию аппаратных средств и другие варианты, как следует понимать. Средства связи, доступные через IPR, включают, но без ограничения:
Ethernet: 9×100BaseT через разъем M12
2x шина BUS: Поддержка CAN протокола 2.0A/2.0B
1x RS232
1x клиентский порт USB.
На Фиг.8-11 показаны различные виды IPN 58, включая изображение в разобранном виде на Фиг.10. IPN обеспечивает управление и обмен данными для датчиков, двигателей, камер, средств освещения и любого другого устройства в сети. IPN - это компактный надежный компьютер на основе архитектуры Linus ARM с надежным и гибким вводом/выводом. Возможность подключения через Ethernet обеспечивает простую и быструю интеграцию обычно в любой среде. Простой в использовании программный интерфейс подразумевает простую настройку для любого приложения. IPN 58 содержит корпус 100. Корпус 100 может быть разделен на первый и второй номера 101 и 102 корпусов. Подобно IPR, корпус 100 IBN может быть из армированного нейлоном полимера. Компоненты корпуса также могут содержать уплотнение 107 для обеспечения герметизации корпуса класса IP 67. Также может иметься ЦП Sitara Cortex A8, и иметься операционная система на основе Linux. IPN обеспечивает управление и обмен данными для датчиков, двигателей, камер, средств освещения и любого другого устройства, которое может быть использовано в сети. Для обеспечения такого управления и связи IPN 58 может содержать множество соединений 104 Ethernet, а также несколько других соединений 105. Такие другие соединения могут содержать соединения шины CAN, соединения локальной внутренней сети, соединения RS232, а также любые другие аналоговые и/или цифровые соединения. Следующие разъемы могут быть пригодны для использования с IPN:
До 4 x PWM 0-24В Выход
До 4 x Контроллеры Шагового Двигателя
До 6×5V/12В цифровые выходы
8x Конфигурируемые 0-12В Входы:
Конфигурируемое повышение/понижение
Аналоговый/цифровой/частотные режимы
Коммутация Адресуемых Аппаратных Средств
Также доступны следующие средства связи:
Ethernet: 2×100BaseT через разъем M12
Шина BUS: Поддержка CAN протокола 2.0A/2.0B
LIN (Коммутируемая Локальная Сеть)
1xRS232.
На Фиг.11 и 12 представлены виды интеллектуального позиционирования сеялки или элемента IIP 60. IIP 60 содержит корпус 108 по меньшей мере с одним разъемом 109 для подключения к способу передачи данных между IIP и IPN. IIP обеспечивает позиционный контроль для сети и/или ее компонента. Связь может представлять собой обмен данными по шине CAN для обеспечения сенсорной информации или информации от датчиков, и может быть использована для отслеживания движения, отслеживания движения роботизированных рук, контроля положения дверей, определения угла наклона, контроля ускорения и/или других систем на основе Antimony. Это элемент, который обеспечивает 9 степеней свободы данных, компактен, легок и надежен, и может быть спроектирован и подключен для оптимального удаленного размещения. Обмен данными, получаемыми через IIP, может быть осуществлен посредством стандартных в отрасли сетей CAN и может быть подключен к 12-вольтовому источнику питания. Корпус 108 может содержать армированный нейлоном полимер. Процессор с 9 степенями свободы, в соответствии с некоторыми аспектами, может быть элементом Bosch BNO055, который содержит внешнее ориентирование, которое объединяет акселерометр, гироскоп и магнитометр. В данных гироскопа он измеряет скорость вращения и пространство (крен, наклон, отклонение). В данных акселерометра он определяет линейное движение и гравитационную силу. Кроме того, процессор предоставляет информацию магнитометра, который измеряет магнитные поля земного шара. Программное обеспечение устройства интеллектуально объединяет необработанные данные от нескольких датчиков. Работа шины CAN с IIP и IPN является отраслевым стандартом для передачи данных датчиков.
Хотя в настоящем документе были раскрыты проводные соединения, такие как Ethernet, шина CAN и т.д., также следует понимать, что беспроводные сети, средства связи, передачи и тому подобное должны рассматриваться как часть изобретения. Сеть может быть локальной сетью («LAN»), соседней сетью («NAN»), домашней сетью («HAN») или персональной сетью («PAN»), использующей любой из множества видов протоколов связи, таких как Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, связь ближнего радиуса действия («NFC») и т.д., хотя в настоящем документе возможны и рассматриваются другие типы сетей. Обмен данными через сеть с помощью коммуникационного модуля или контроллера может быть защищен с использованием одного или более методов шифрования, таких как те методы, которые предусмотрены в стандарте IEEE 802.1 для сетевой безопасности на основе портов, предварительно выданного общего ключа, расширяемого протокола проверки подлинности («EAP»), безопасности, аналогичной защите проводных сетей («WEP»), протокола ограниченной во времени целостности ключа («TKIP»), защищенного доступа Wi-Fi («WPA») и тому подобное.
Следовательно, компоненты системы управления орудием обеспечивают сбор данных, а также высокоскоростной обмен данными с высокой пропускной способностью и/или передачу данных между различными компонентами, что позволяет управлять множеством компонентов такого орудия, как сеялка. Такие данные могут быть довольно большими, например, при сборе точного или почти точного позиционирования сеялки или ее компонента посредством IIP, и, следовательно, возможность подключения к Ethernet между компонентами обеспечивает возможность передачи данных между компонентами с высокой скоростью таким образом, что данные могут быть использованы в режиме реального времени. Кроме того, такие данные могут быть переданы на дисплей или центральный блок 52 обработки, где они могут быть переданы в облачную или другую базу данных для хранения данных. Такие данные могут быть использованы для будущих целей, таких как создание рекомендуемой карты поля, и/или другой информации, связанной с использованием оборудования, которая затем может быть проанализирована в связи с будущим событием, таким как сбор урожая и уровень урожайности семян, которые были посеяны.
Кроме того, предполагается, что IIR, IIN, IIP и другие компоненты, раскрытые в настоящем документе и показанные на прилагаемых фигурах, могут быть использованы для несельскохозяйственных операций, систем, способов и/или устройств. Например, должно быть очевидно, что компоненты, показанные и описанные в настоящем документе, предоставляют многочисленные преимущества и содержат усовершенствования по сравнению с любым количеством систем, включая один или более электрических или электронных компонентов, которые могут взаимодействовать друг с другом и/или ведущим модулем.
Следовательно, предполагается, что аспекты изобретения могут быть использованы с и/или в любом количестве электрических систем. Такое количество конечных использований и применений может считаться достаточно обширным, чтобы было бы недостаточно включить какой-либо пример, и поэтому любая такая система может быть описана обобщенно. Специалист оценит внедрение компонентов в такую систему, которое покажет, как компоненты обеспечивают такие системы.
На фиг.13-15 раскрыты диаграммы и/или схемы типовых (то есть, не программируемых для сельского хозяйства) компонентов, которые также могут быть обозначены как IIR, IIN и IIP. Как показано на Фиг.13, IIR содержит множество компонентов, которые могут быть разделены, в общем, на Обрабатывающие/Логические (например, процессор, показанный как AM335x ARM Cortex-A8, от Texas Instruments), Интерфейсы (например, аналого-цифровые преобразователи, вводы/выводы, Ethernet-коммутаторы, буферы, драйверы, другие коммутаторы, шины CAN и т.д.), Память (например, DDR3L SDRAM, eMMMC & FLASH, EEPROM и т.д.), Разъемы (например, 12-контактный, 4-контактный, 20-контактный, штыревые разъемы, контактные гнезда, JTAG и т.д.), Источники напряжения, Источники питания (например, микросхемы управления питанием, силовые модули и т.д.), Пассивные компоненты (трансформаторы и т.д.) и Датчики (температуры и тому подобное). Как показано на фигуре, существует также несколько дискретных и/или множественных/шинных соединений. Кроме того, есть светодиод RGB с драйвером. Это всего лишь некоторые из компонентов IIR, которые показывают некоторые возможности такого компонента в большей системе.
На фиг.14 показана диаграмма/схема IIN в общем виде. Компоненты содержат множество функций и подкомпонентов, включая, но без ограничения, Обрабатывающие/Логические (например, Процессор, показанный как AM335x ARM Cortex-A8, от Texas Instruments), Интерфейсы (например, аналого-цифровые преобразователи, вводы/выводы, Ethernet-коммутаторы, буферы, драйверы, другие коммутаторы, шины CAN и т.д.), Память (например, DDR3L SDRAM, eMMMC & FLASH, EEPROM и т.д.), разъемы (например, 12-контактный, 4-контактный, 20-контактный, штыревые разъемы, контактные гнезда, JTAG и т.д.), Источники напряжения, Источники питания (например, микросхемы управления питанием, силовые модули и т.д.), Пассивные компоненты (трансформаторы и т.д.) и Датчики (температуры и тому подобное). Как показано на фигуре, существует также несколько дискретных и/или множественных/шинных соединений. Кроме того, есть светодиод RGB с драйвером.
На Фиг.15 показана диаграмма/схема IIP в общем виде. Компоненты содержат множество функций и подкомпонентов, включая, но без ограничения, Обрабатывающие/Логические (например, Процессор, показанный как ARM 32-битный Cortex-M3 от Texas Instruments), Интерфейсы (например, драйверы, другие коммутаторы, шины CAN и т.д.), Изолирующие, Разъемы (например, 12-контактный, 2-контактный, 6-контактный, штыревые разъемы, контактные гнезда, JTAG и т.д.), Источники напряжения (12 В, 5 В, 3 В), Источник питания, Пассивные компоненты (трансформаторы и т.д.) и Датчики (9-осевой инерциальный измерительный датчик). Как показано на фигуре, существует также несколько дискретных и/или множественных/шинных соединений.
Следовательно, следует учитывать, что один или более из IIR, IIN и/или IIP могут быть включены в систему для работы одного или более электрических компонентов. IIP, который в общем обозначают в качестве интеллектуального датчика положения, обеспечивает множество точек данных, например, связанных с измерениями 9-осевого датчика. Выходные данные датчика могут быть направлены на IIN или IIR для того, чтобы взаимодействовать с электрической системой, содержащей один или более компонентов, в качестве одной или более функций компонента. Это может быть изменение выходных данных электрического компонента (направление, включение/выключение, скорость, отображение, работа цилиндра, угол, высота, ширина, размер, наклон, отклонение, другие угловые установки и тому подобное) или информация может быть хранится в памяти для последующего использования, например, для компиляции данных и/или преобразования точек данных в более удобные выходные данные, такие как карта, сводка, руководство по устранению неполадок, архив или тому подобное. Возможности почти бесконечны, и обеспечивают позиционный контроль для системы/сети. Примеры потенциальных использований включают, но без ограничения, отслеживание движения, роботизированные руки, контроль положения дверей, определение угла наклона, контроль ускорения, использование с IIN, автономные отрасли и любую другую область.
IIN, который может быть в общем известен как надежный компактный компьютер, может быть использован с или без компонентов, перечисленных в настоящем документе, для обеспечения модуля управления для электрического/электронного компонента. Такое использование может обеспечить проводное или беспроводное соединение между компонентом и IIN для обеспечения запрограммированных, машинно-обучающих или других команд для компонента, чтобы обеспечить его работу. Такая работа может быть основана на запрограммированных командах, изменяться «на лету» или в режиме реального времени, или может быть реализована, например, с помощью алгоритма машинного обучения, чтобы обеспечить более эффективную работу электрического компонента и/или большей системы, в которую компонент и модуль были включены.
Например, IIN обеспечивает управление и обмен данными для датчиков, двигателей, камер, средств освещения и, как правило, любого другого устройства, которое включено в электрическую сеть. Он может быть реализован в Интернете вещей и может быть использован в потенциальных отраслях промышленности (не ограничиваясь ими) в качестве исполнительных механизмов (гидравлических, пневматических, электрических, гибридных и т.д.) оборудования, например, для управления тяжелым оборудованием, промышленной автоматизации, искусственного охлаждения, удаленного контроля и управления, индустрии развлечений, сварочных работ, общей робототехники, источников энергии (например, солнечной, ветровой и т.д.), муниципального контроля, светофоров и камер, драйверов двигателя и любой другой отрасли.
IIR, который в общем известен как надежный промышленный Ethernet-коммутатор, обеспечивает маршрутизацию в сети/системе. Подобно IIN, модуль/маршрутизатор может быть использован в потенциальных отраслях промышленности (не ограничиваясь ими) в качестве исполнительных механизмов (гидравлических, пневматических, электрических, гибридных и т.д.) оборудования, например, для управления тяжелым оборудованием, промышленной автоматизации, искусственного охлаждения, удаленного контроля и управления, индустрии развлечений, сварочных работ, общей робототехники, источников энергии (например, солнечной, ветровой и т.д.), муниципального контроля, светофоров и камер, драйверов двигателя и любой другой отрасли.
Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает многочисленные преимущества и/или улучшения по сравнению с существующим уровнем техники. Компоненты системы управления обеспечивают высокоскоростную передачу с высокой пропускной способностью при обмене данными между несколькими компонентами системы, а также для сбора больших объемов данных, которые могут быть переданы, а также для обеспечения многочисленных обратных связей и обновленных опций управления на основе полученных в реальном времени данных. Различные альтернативы, очевидные для специалистов в данной области техники, должны быть рассмотрены как часть настоящего изобретения.