Автоматизированная система поточного измерения урожайности зерна
AUTOMATED SYSTEM OF IN-LINE MEASUREMENT OF GRAIN YIELD

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к мониторингу урожайности при комбайновой уборке зерновых культур.
Известен способ внесения минеральных удобрений (Жукова О. Точность на полях // АгроПрофит. - №3. - 2008. - С. 12-34.), включающий уборку зерновых культур зерноуборочным комбайном, оборудованным датчиком урожайности, бортовым компьютером и GPS-приемником. Датчик урожайности измеряет поток зерна, поступающего в бункер, в это же время система GPS собирает данные о местоположении комбайна и записывает их в память компьютера с указанием урожайности сельскохозяйственной культуры в данной точке. После окончания уборки, данные из бортового компьютера переносятся в стационарный ПК (компьютер) агроменеджера, где составляется карта урожайности с привязками на местности. По этим картам устанавливаются проблемные участки с низкой урожайностью, производятся агрохимический или агрофизический анализ почвы этих участков, с помощью дифференцированного внесения удобрений разрабатываются пути выравнивания плодородия на этих участках для стабилизации посевов на всем полевом массиве. По этим материалам подготавливаются карты задания и расчеты доз удобрений, вносимых разбрасывателем на данном участке. Затем карта задания вносится в бортовой компьютер трактора, сагрегатированного с разбрасывателем минеральных удобрений, оборудованным системой автоматического дозирования, что обеспечивает при работе разбрасывателя минеральных удобрений дифференцированное их внесение.
Наиболее важным аспектом сбора данных для точного измерения урожайности на каждом конкретном участке поля является точное измерение урожайности на каждом конкретном участке поля.
Известно устройство для измерения расхода зерна из выгрузного шнека комбайна, состоящее из корпуса, набора электродов измерительного емкостного датчика, набора электродов компенсационного емкостного датчика, пластин формирователей потока (Авторское свидетельство СССР N 1311655, МКИ A01D 41/12, 1985).
Недостатком данного устройства является сложность дальнейшего преобразования сигналов измерительного емкостного датчика с учетом сигналов компенсационного емкостного датчика, связанная с зависимостью емкости измерительного датчика не только от количества измеряемого зерна и от температуры, давления и свойств зерна, но и от влажности и загрязнений самих датчиков.
Известно устройство для измерения расхода зерна RU 2161396, которое состоит из лопасти, пружины, датчика-преобразователя, генератора импульсов и счетчика. Лопасть установлена на горизонтальном валу на выходе выгрузного шнека и воспринимает напор зерна. Лопасть имеет криволинейную форму, обеспечивающую перпендикулярность ее рабочей поверхности к траектории движения потока зерна для максимального восприятия потока. Величина отклонения лопасти зависит от расхода зерна в шнеке и фиксируется датчиком.
Недостатком известного решения является отсутствие учета в измерении динамической составляющей поступающего зерна и учета его влажности.
Известен способ измерения урожайности, разработанный фирмой Нью-Холланд, <img src=”http://img.agriexpo.ru/images_ag/photo-m/169826-10308601.jpg”alt=”Высокоточный датчик выработки” /> <проспект>, состоящий из датчика урожайности и специального датчика измерения влажности. Датчик урожайности представляется собой пластину установленную на поворотном устройстве с противовесом. По отклонению пластины под действием массы зерна поступающей в бункер определяют урожайность. Показания датчика влажности каждые 30 секунд передаются в монитор для хранения и корректировки технологического процесса.
Недостатком этого способа является ограниченный диапазон измерений урожайности и большая погрешность.
Известен поточный расходомер зерна серии «Шлейф» (http://plaun-s.ru/SenConsumption.html), входящий в систему автоматического увлажнения зерна «Плаун», представляющий собой лотковый расходомер с электронным преобразователем сигнала тензодатчика в сигнал интерфейса RS485 и компьютер с программным обеспечением для сбора и хранения данных.
Недостатком известного решения является сложность обработки сигнала тензодатчика, большая погрешность и отсутствие поточного измерителя влажности зерна.
Наиболее близким по технической сущности является поточный влагомер зерна серии «Композит» (http://plaun-s.ru/SenComposite.html. входящий в систему автоматического увлажнения зерна «Плаун», который выбран в качестве прототипа, включающий корпус встраиваемый в падающий поток зерна, разветвитель потока, стабилизатор, измерительную камеру с датчиком влажности, температуры и натуры, лотковый расходомер с электронной системой компенсации налипшей пыли и обработки сигналов датчиков.
Недостатком известного устройства является низкая точность и помехоустойчивость измерения расхода зерна.
Техническая задачи заключается в повышении точности измерения урожайности зерна на каждом конкретном участке поля при комбайновой уборке зерновых с учетом влажности поступающего в приемный бункер зерна для выравнивания в дальнейшем плодородия почвы и как следствие повышение урожайности высеваемых культур.
Техническая задача достигается тем, что поточный влагомер зерна включающий корпус, встраиваемый в падающий поток зерна, разветвитель потока, стабилизатор, измерительную камеру с датчиками влажности, температуры и натуры, лотковый расходомер с электронной системой компенсации налипшей пыли и обработки сигналов датчиков, согласно изобретению лотковый расходомер общего потока зерна выполнен в виде закрепленной на корпусе металлической скобы, с двумя соосными отверстиями с резьбой в которые вкручены навстречу друг другу два датчика давления с частотными выходами сигналов, зажимающие конец измерительного лотка, имеющего фиксированную точку опоры на корпусе, выходы датчиков соединены с входами D и С D-триггера, выход D-триггера соединен с одним из входов частотного модуля, на другой вход которого подан сигнал с датчика влажности, выход модуля частотного ввода соединен по RS485 интерфейсу с бортовым компьютером и выходом модуля аналогового ввода производящим цифровую обработку сигнала датчика температуры и тензодатчика, бортовой компьютер оснащен навигатором, флэш-памятью и GSM/GPRS модемом сотовой связи, компенсация налипшей грязи производится в бортовом компьютере путем вычитания из каждого измеряемых показаний значение показаний при остановке комбайна и отсутствии поступления зерна из загрузочного шнека.
Изобретение поясняется чертежом.
На чертеже изображена принципиальная схема автоматизированной системы поточного измерения урожайности зерна при комбайновой уборке.
Автоматизированная система поточного измерения урожайности зерна для технологии точного земледелия содержит корпус 1, встраиваемый в верхней части загрузочного шнека бункера в падающий поток зерна, разветвитель потока 2, выполненный в виде наклонной плоскости для устранения кинематической энергии падающего зерна и отведения части зерна потока через стабилизатор потока 3 в измерительную камеру 4 с емкостным датчиком влажности 5, датчиком температуры зерна 6 и тензодатчиком натуры 7. Лотковый расходомер общего потока зерна выполненный в виде закрепленной на корпусе 1 металлической скобы 8, с двумя соосными отверстиями с резьбой, в которые вкручены навстречу друг другу два датчика давления 9, 10 с частотными выходами сигналов, зажимающие измерительный лоток 11, имеющий фиксированную точку опоры 12 на корпусе 1. Сигнальные выходы с датчиков 9 и 10 подаются на D и С входы D-триггера 13, выход D-триггера подключен к одному из входов модуля частотного ввода 14, на другой его вход подключен выход датчика влажности 5. Выход модуля частотного ввода 14 соединен по RS485 интерфейсу с бортовым компьютером 15. По тому же интерфейсу поступает оцифрованный модулем аналогового ввода 16 сигнал с датчика температуры 6 и тензодатчика 7. Бортовой компьютер 15 оснащен навигатором 17, флэш-памятью 18 и GSM/GPRS модемом сотовой связи 19.
Автоматизированная система поточного измерения урожайности для точного земледелия при комбайновой уборке зерновых культур работает следующим образом.
Поток зерна из верхней части загрузочного шнека зерноуборочного комбайна поступает в поточный измеритель урожайности на разветвитель потока 2, где основной объем по наклонной плоскости отводится на лотковый расходомер, а небольшая часть - в измерительную камеру 4. Перед измерительной камерой 4 продукт проходит через разветвитель потока 2 в стабилизатор потока 3, где он тормозится, успокаивается и стабилизирует плотность и скорость. Уравновешенный по плотности продукт попадает в измерительную камеру 4, с емкостным датчиком влажности 5, датчиком зерна 6, а с тензодатчика 7 снимаются показания натуры. Пройдя измерительную камеру 4, продукт соединяется с основным потоком и попадает на лотковый расходомер. Датчики 9 и 10 осуществляют одинаковое усилие зажатия конца измерительного лотка 11 при отсутствии потока зерна, так чтобы частоты на выходах датчиков 9 и 10 были одинаковы и соответствовали середине рабочей зоны давления. В этом случае при равных частотах на входах С и D на выходе D-триггера будет нулевой сигнал. При поступлении зерна на лоток 11 своим давлением оно будет увеличивать давление на верхний 9 и уменьшать на нижний 10 датчики. Частота на выходе 9 датчика будет повышаться, а с выхода 10 датчика будет понижаться. На выходе D-триггера появится частота и она будет тем выше чем больше будет давление на лоток, начиная с нулевой частоты. Таким образом, количество импульсов поступающих на вход модуля частотного ввода 14 за секунду будет пропорционально массе зерна прошедшего через лоток.
Компенсация налипшей грязи производится в бортовом компьютере 15 путем вычитания из каждого измеряемых показаний значения показаний при остановке комбайна и отсутствии поступления зерна из загрузочного шнека.
На другой вход модуля частотного ввода 14 поступает частотный сигнал с датчика 5 влажности. Оцифрованные значения массы зерна и влажности по RS485 интерфейсу подаются в бортовой компьютер 15, где измеренные значения и данные о местоположении комбайна на поле определяемое навигатором 17 записываются в память компьютера 15 с указанием урожайности на каждом конкретном участке поля. Эти данные в режиме реального времени передаются по GSM/GPRS модему 19 на сервер диспетчерского центра и записываются на флэш-память 18 для составления карты урожайности на каждом участке поля для последующего изучения и выравнивания плодородия почвы.
Для коррекции показаний влажности зерна датчиком 5 необходимо измерять температуру и массу. Аналоговые сигналы датчиков температуры 6 и тензодатчика 7 подаются на входы модуля аналогового ввода 16, откуда значения их показаний в оцифрованном виде по тому же RS485 интерфейсу записываются в память бортового компьютера 15 вместе с показаниями влажности.
Такой способ измерения урожайности характеризуется высокой точностью измерений т.к. полезные сигналы датчиков 9 и 10 будет складываться, а сигнал помехи одновременно действующий на оба датчика будет вычитаться. Вибрационная знакопеременная помеха просуммированная за интервал измерения также стремится к нулю.
Использование автоматизированной системы поточного измерения урожайности зерна облегчает решение задачи технологии точного земледелия, по выравнивания плодородия полей дифференцированным внесением удобрений, и, как следствие, повышение урожайности сельскохозяйственных культур и снижение экологической нагрузки на окружающую среду.