КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДОЗАТОРА СЕМЯН
MEASUREMENT AND CONTROL SYSTEM OF SEED METER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к дозаторам семян для сельскохозяйственного посевного оборудования и, более конкретно, к способу и устройству для анализа и регулирования работы дозатора семян.
Уровень техники
Для фермеров всегда было проблемой иметь правильную норму высева/плотность посадки. Многие сельскохозяйственные культуры очень чувствительны к правильному расположению, чтобы произвести самый высокий урожай на единицу площади, и фермеры хотят знать, соблюдают ли они правильную норму высева для данного гибрида при посадке. В настоящее время доступны дозаторы семян, в целом обеспечивающие хорошее указание плотности посева или семян на единицу площади. Однако много пропущенных семян и большое количество множеств семян на одном поле может привести к правильной общей плотности посева семян, но с необнаруженными пропусками и дублированиями, что вызывает снижение урожая.
Фермеры хотят знать, есть ли в каждой дозирующей ячейке одно зерно, или в ячейке пропущено зерно, или имеется множество зерен. Если каждая ячейка не заполнена одним зерном, необходимо знать, как отрегулировать дозатор для правильного решения задачи. Рекомендованные регулировки могут быть выполнены с помощью доступных технологий, но часто для фермера нелегко определить, являются ли сделанные изменения правильными. На сеялках, например, фирмы Джон Дир оператор может увеличить или уменьшить уровень вакуума, увеличить или уменьшить установки трансмиссии, отрегулировать устройство устранения дублирования, поменять высевающие диски или выполнить различные комбинации настроек и изменений.
Раскрытие изобретения
Следовательно, задачей изобретения является создание усовершенствованного устройства для контролирования семян в сельскохозяйственном дозаторе семян. Другой задачей является создание такого устройства, которое бы устранило большую часть или все выше упомянутые проблемы.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного контрольно-измерительного устройства дозатора семян для облегчения устранения множества семян или пропущенных семян в высевающей ячейке дозатора семян для более равномерной посадки сельскохозяйственных культур. Еще одной задачей изобретения является создание такого контрольно-измерительного устройства, которое позволит оператору видеть семена в дозаторе во время работы дозатора и производить регулировки, необходимые для обеспечения наличия одного семени в каждой ячейке высевающего диска.
В одном варианте осуществления изобретения источник света с оптико-волоконным кабелем проведен в камеру, дозирующую семена, и расположен таким образом, что свет проходит через пустую высевающую ячейку, когда он проходит по кабелю. Датчик света или приемник расположен на противоположной стороне дозирующего высевающего диска. Если в ячейках есть зерна, свет блокируется. Однако свет, проходящий через ячейку и определяемый приемником, является указанием, что ячейка пуста, и что на поле будет пропуск. Контролируя плотность посева и наличие или отсутствие пустых высевающих ячеек, может быть составлена матрица для определения, какие типы регулировок должны быть сделаны для дозирующей системы. Например, если во время мониторинга не обнаружено пропусков, при этом плотность посева находится в требуемом диапазоне, отсутствует необходимость в регулировках. Однако если пропуски отсутствуют, но плотность посева является высокой, оператор знает, что необходимо отрегулировать либо устройство устранения дублирования, либо уровень вакуума для сокращения количества множества семян, или установки трансмиссии сеялки слишком высоки. Если нет указаний на пропуски при низкой плотности посева, установки трансмиссии являются слишком низкими. Если датчик указывает на пропуски, а плотность посева при этом соответствует норме или высокая, то уровень устройства устранения дублирований и/или трансмиссии или вакуума слишком высокий. Предпочтительно система может также определять ситуацию, при которой общая плотность посева находится в заданном диапазоне, но существуют проблемы множества семян в некоторых областях высевающих ячеек в сочетании с пустыми высевающими ячейками.
В другом варианте осуществления изобретения источник света предусмотрен на камере, дозирующей семена, для освещения ячеек высевающего диска в области, где происходит выпуск семени. Миниатюрная видеокамера записывает на высокой скорости действие в дозаторе семян в течение некоторого периода времени. Бортовой процессор преобразует видеозапись на высокой скорости в воспроизведение на малой скорости для просмотра оператором на экране его дисплея в кабине трактора. Процессор может также предоставить дополнительную информацию, такую как процент пропусков, процент дублирований и значение нормы посева в настоящий момент относительно теоретической нормы посева. Замедленное воспроизведение картинки на экране оператора используется для установки параметров вакуума, устройства устранения дублирования, смены высевающего диска для лучшего совпадения формы и размера семени, чтобы определить, прилипло ли семя в ячейках и необходимо ли больше талька, определить, забита ли высевающая ячейка, или чтобы определить, диск вибрирует или другим образом работает неправильно. Один ряд может быть проконтролирован видеоустройством, при этом данные и информация использованы для настройки всех других рядов/дозаторов на сеялке. В качестве альтернативы, камера с оптикой может быть предусмотрена в каждом ряду. Оператор может выбирать, смотреть ли всю картинку или серию неподвижных картинок, выведенных на монитор.
В одном варианте осуществления изобретения видеозаписывающая система выполнена таким образом, чтобы ее можно было легко перемещать с одного дозатора на другой. Система может быть установлена с защелкиванием или вставлена в смотровое окно, расположенное рядом с местом выпуска семени на дозирующем диске. Каждый дозатор на сеялке может быть проверен без необходимости наличия камеры на каждом рядном узле сеялки. В действительности система обеспечивает встраиваемый испытательный стенд для оптимальных параметров дозатора и выбора высевающего диска, при этом фермеру не требуется брать образцы семени для дилерского испытательного стенда.
Эти и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания с учетом чертежей.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный вид трактора и сеялки с прикрепленной контрольно-измерительной системой семян.
Фиг.2 представляет собой вид части рядного узла сеялки, показывающий часть узла дозатора семян для сеялки, показанной на фиг.1.
Фиг.3 представляет собой вид сбоку части дозатора семян с удаленными частями для лучшего отображения расположения элементов.
Фиг.4 представляет собой частичный вид в разрезе дозатора семян, показывающий датчик для обеспечения сигнала, указывающего на наличие или отсутствие материала в высевающих ячейках узла дозатора.
Фиг.5 представляет собой вид, подобный фиг.4, но показывающий альтернативный вариант осуществления датчика.
Фиг.6 представляет собой матрицу решения, применяемую при использовании информации от датчика для определения регулировок дозатора семян для оптимизирования работы дозатора.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
На фиг.1 показана сеялка 10 или аналогичное оборудование, имеющее основную раму или брус 12 для навешивания сменных рабочих органов, удерживающий множество высевающих аппаратов 14, 15, 16, 17, 18 и 20 для буксирования по грунту вперед трактором 22 или другим буксирующим транспортным средством. Высевающие аппараты 14-20 показаны как типичные рядные узлы сеялки, имеющие рамы 24 (фиг.2), удерживающие сошники, колеса, измеряющие глубину, и конструкцию, закрывающую борозду (не показана).
На фиг.2-5 регулируемая дозирующая система для каждого из аппаратов 14-20 включает в себя дозатор 30 семян, который сообщается с семенным ящиком 32 сеялки. Дозатор 30 имеет корпус 34, поддерживающий с возможностью вращения высеивающий диск 40. Корпус 34, как показано, включает в себя вакуумную сторону 46 и принимающую семена сторону 47, которые шарнирно скреплены вместе в 48 (фиг.3) и скреплены в закрытом положении соответствующим запирающим устройством 49 (фиг.2). Вращающийся высевающий диск 40 включает в себя участок 52 ступицы, соединенный с регулируемым приводом 54.
Высевающий диск 40, который показан как обычный плоский диск, включает в себя множество отверстий 56, равномерно разнесенных в радиальном направлении внутри кромки диска и проходящих от принимающей семена стороны 47 диска 40 через вакуумную сторону 46 диска. Поскольку периферия диска 40 проходит через устройство подачи или ванночку для семян на принимающей семена стороне 47 корпуса 34, вакуум, сообщающийся через отверстия 56, всасывает и удерживает семена напротив отверстий в областях 58 высевающих ячеек, образованных отверстиями. Диск 40 перемешивает и ускоряет семена рядом с диском для облегчения захвата семян отверстиями 56.
Принимающая семена сторона 47 сообщается с устройством подачи семян в семенном ящике 32 сеялки. Выпуск 60 соединяет внутреннюю часть дозатора 30 семян с семяпроводом 62 или другим подающим устройством для направления семян к почве. Вакуумная сторона 46 дозатора 30 семян соединена с регулируемым воздушным или вакуумным источником 66 с регулятором 68 давления и выполнена с уплотнением 70, которое образует зону 74 выпуска семян, где вакуум изолирован от отверстий 56 для выпуска семян, удерживаемых в отверстиях диска 40. Узел 80 для поштучной подачи семян установлен с возможностью регулирования рядом с высевающими ячейками 56 сразу перед зоной 74 выпуска семян для способствования устранению случаев множества семян в области 58 высеивающей ячейки.
Доступно множество регулировок для изменения параметров нормы посева, шага посева и поштучной подачи семян. Узел 80 поштучной подачи семян содержит кулачок и прорезь 82, соединенные с зубчатым устройством 84 поштучной подачи семян. Поворачивая кулачок, устройство поштучной подачи семян может перемещаться в радиальном направлении внутрь и наружу относительно областей 58 ячеек высевающего диска для оптимизирования поштучной подачи семян для ограничения количества случаев наличия больше, чем одного семени в области 58 ячейки высевающего диска. Регулировка источника 68 давления позволяет оператору увеличивать или уменьшать давление, подаваемое через отверстия 56, для увеличения или уменьшения силы, удерживающей семена в областях 58 ячеек высевающего диска. Регулируемый привод 54 может быть изменен для увеличения или уменьшения скорости вращения диска дозатора до заданной скорости сеялки фронтальной навески для изменения нормы посева. Следует понимать, что вышеописанные характеристики регулировки могут принимать многочисленные различные формы, при этом другие регулировки могут быть произведены для воздействия на поштучную подачу семян, шаг посева, нормы посева и т.п.
Семя, помещенное в семенной ящик 32 сеялки, проходит вниз из семенного ящика 32 сеялки через впуск на принимающую семена сторону 47 корпуса 34. Семена образуют небольшое скопление на дне корпуса, образованного высевающим диском 40 и принимающей семена стороной 47. Щеточные фиксаторы 90 образуют барьер в корпусе 34, который предотвращает непосредственное попадание семян из скопления семян в выпуск 60. Вакуум подают к зоне улавливания семян на вакуумной стороне 46, который всасывает воздух из принимающей семена стороны 47 через отверстия 56. Этот поток воздуха притягивает семена к отверстиям и удерживает семена в отверстиях в областях 58 высевающих ячеек. Дальнейшее вращение перемещает семена за узел 80 поштучной подачи семян и вне области, образованной зоной улавливания семян, к зоне 74 выпуска семян, образованной уплотнением 70. В зоне выпуска семян нет вакуума, таким образом, семя выпускается из высеивающего диска и падает в выпуск 60 к области закладывания семян в почву по траектории 98. Как показано на фиг.3-5, семя направляют через семяпровод 62 к посевным бороздам. Другие дозирующие и доставочные устройства также могут быть использованы с настоящим изобретением, включая более непосредственную доставку в борозды для дозаторов, которые более тесно соединены с грунтом.
Контрольно-измерительная система дозатора, обозначенная в общем позицией 100 на фиг.1, содержит узел 102 датчика, размещенный на одном или более из дозаторов 30 на аппаратах 14-20 и связанный с процессором 104, расположенным в кабине оператора трактора или на оборудовании 10, или в удаленном месте. Узел 102 датчика, как показано, установлен рядом с областями 58 высевающих ячеек позади узла 80 поштучной подачи семян. Узел 102 обеспечивает сигналы наличия зерна, указывающие на наличие или отсутствие семян или другого материала в областях 58 ячеек.
Процессор 104 получает сигналы о наличии семени и выдает указание о наличии или отсутствии семян в высеивающих ячейках для облегчения регулировок регулируемой системы дозатора для поддержания заданного числа семян на высевающую ячейку, обычно одно семя на место ячейки, и заданной нормы посева. Освобожденный датчик семян, показанный на фиг.3 в виде обычного датчика 110 семян, размещенный в семяпроводе 62, подает сигнал счета семян процессору 104, указывающий количество семян, выпущенных из высевающего диска в выпуск 60 для закладывания в почву. Процессор 104 реагирует на сигнал количества семян и дает указание оператору о плотности посева семян, например количестве посаженных семян на акр. Процессор 104 также реагирует на сигналы наличия семян от узла 102 датчика и на сигналы количества семян для выдачи указания оператору о пропущенных семенах в высевающих ячейках и множестве семян в высевающих ячейках.
Как показано на фиг.4, узел 102 датчика включает в себя источник 114 света, установленный в корпусе 34 на одной стороне диска 40 и направляющий свет к области 58 ячейки и отверстию 56. Фотодатчик 116 установлен на противоположной стороне диска 40 таким образом, что свет из источника 114, проходя через отверстие 56, освещает датчик, когда пустая область ячейки с пустым отверстием проходит между источником 114 и датчиком 116.
Датчик 116 соединен каналом связи 118 с процессором 104 и при освещении подает сигнал на процессор 104, указывая, что область 58 ячейки и отверстие 56 не содержат семени или другого материала. Сигнал о пустой области ячейки/отверстии указывает, что высевающая ячейка не захватила или не удержала семя, и что шаг посева и плотность посадки будут соответственным образом нарушены. Процессор 104 отслеживает количество указаний о пустых ячейках и дает предупреждающий сигнал оператору, если количество таких указаний превышает заданный максимум для данного периода времени или площади посадки.
Процессор 104 также рассчитывает плотность посадки на площадь или расстояние, которое прошла сеялка 10, и сравнивает плотность посадки с отслеженными указаниями о пустых ячейках. Если плотность посадки, как определено датчиками 110 семян, низкая (см. таблицу на фиг.6) и указаны пустые ячейки с помощью сигналов область ячейки/отверстие, процессор 104 подает сигнал оператору, что необходимо отрегулировать систему дозатора, чтобы обеспечить лучший захват семян. Регулировки для улучшения захвата включают в себя повышение уровня вакуума за счет изменения параметров давления на 68, замену изношенного или качающегося высевающего диска, или регулировку слишком жесткого узла 80 поштучной подачи семян. С другой стороны, если показатель плотности посадки низкий и отсутствует больше, чем минимальное число пустых ячеек, процессор делает предупреждение, что области 58 ячеек и/или отверстия 56 могут быть забиты семенами или инородным материалом, или скорость привода сеялки должна быть увеличена за счет регулирования регулируемого привода 54. Если показатель плотности посадки является высоким, при этом установлена правильная скорость привода сеялки, оператору поступает сигнал о том, что в областях 58 высевающих ячеек есть много семян. Показания давления и/или показания узла поштучной подачи семян затем регулируют для уменьшения или устранения появления множества семян.
Система также может определять ситуацию, при которой все показания плотности посадки находятся в заданном диапазоне, но существуют проблемы множества семян в некоторых областях 58 высевающих ячеек в сочетании с пустыми высевающими ячейками в других областях 58 высевающих ячеек. Если общая плотность посадки находится в заданном диапазоне, но существуют пустые ячейки, это отрицательно повлияет на шаг посева и урожай. Как только процессор 104 определит, что существует такое условие с пустыми или перегруженными ячейками, соответствующий предупреждающий сигнал будет подан оператору.
Как показано на фиг.4, альтернативный вариант осуществления датчика включает в себя миниатюрную видеокамеру 124, установленную на дозаторе 30 и направленную на область 58 высевающей ячейки. Источник 126 света освещает область 58. Видеосигнал, принятый камерой 124, передается через канал 128 связи к процессору 104. Камера 124 и источник 126 света установлены на снимаемом оконном держателе 130, который установлен посредством защелкивания или другим образом закреплен с возможностью снятия в области обзора дозатора рядом с точкой выпуска семени позади узла 80 поштучной подачи семян. Держатель 130 может быть легко переставлен с дозатора на дозатор, или отдельная камера может быть обеспеченна дозатору. Канал 128 связи к процессору 104 может иметь одну из обычных форм, включая канал связи или канал передачи информации, оптический кабель или беспроводное соединение.
Процессор 104 принимает видеосигналы через канал 128 связи и подает выходной видеосигнал на экран 132 монитора 134 оператору таким образом, что работа дозатора может быть проанализирована. Монитор 134 может быть уже существующим оборудованием, монитором уже установленным на тракторе 22, дополнительным монитором или монитором в таком месте, как офис, удаленный от трактора. В одном варианте осуществления изобретения процессор 104 сохраняет краткие периоды видеозаписи на высокой скорости области выпуска семени позади узла 80 поштучной подачи семян, а затем выводит эту информацию на монитор 134 в замедленном темпе таким образом, что оператор может видеть параметры удержания и выпуска семян в области высевающей ячейки и проверять наличие множества семян, пропусков и блокировок. Просматривая видеозапись из места выпуска семян в реальном времени, оператор может точно определить, какие регулировки системы дозатора, если какие-то необходимы, нужно изменить, также как тип регулировок, которые необходимо выполнить. Например, такие проблемы, как качающийся высевающий диск, забитые ячейки, избыточное давление в результате нахождения множества семян в области ячейки и неправильная регулировка узла 80 поштучной подачи семян, могут быть быстро определены с использованием видео. Выходной сигнал камеры 124 обычно является серией неподвижных изображений, при этом один или более неподвижных кадров могут быть легко сохранены в процессоре и заново просмотрены оператором в подходящее время. Кадры можно просмотреть как отдельную фотографию или заново воспроизвести в режиме видеозаписи на различных скоростях.
Если установлена единственная камера 124, оператор может проверить работу множества дозаторов 30 простым переключением камеры, установленной в местах или вне различных мест обзора дозатора. Если установлено множество камер 124, оператор может выбрать, какую камеру смотреть, используя сенсорное входное устройство 144 или подобное входное устройство на процессоре 104, или выбрать автоматическую последовательность сигналов камеры.
Процессор 104 может также включать в себя цифровую обработку сигналов для анализа элементов изображения видеокадра, чтобы определить проблемы в регулируемой системе дозатора и создать соответствующие предупреждения оператору, когда несоответствие регулировки становится очевидным. Проблемы множества семян в области ячейки или пропуска семян в области семян определяют, анализируя видеокадр, полученный, когда расположение ячейки проходит через камеру. Если в области 58 ячейки отсутствует семя, освещение стремится быть более единообразным в этой области. Множество семян в области 58 дает более контрастный свет и темные участки, чем когда присутствует одно семя или семян нет. Если существует блокировка, то однообразное периодическое повторяющееся световое изображение будет очевидным, как только высевающие ячейки проходят через камеру. Анализируя различные световые изображения, процессор 104 может быстро определить проблемы удержания или выпуска семени, проблемы качающегося диска, заблокированных областей ячейки и другие проблемы, результатами которых являются предсказуемые изменения элемента изображения.
Световые отражающие маркировки, штриховые коды или другие индексы 150 (фиг.3) на диске облегчают синхронизацию датчика и процессора 104 с вращением высевающего диска 40. Сигналы, вырабатываемые на узле 102 датчика при прохождении индекса 150, передаются на процессор 104 для определения скорости диска и изменений скорости, а также для синхронизации датчика и/или источника света. Входное устройство 144 позволяет оператору выбрать режим, при котором камера 124 и процессор 104 обеспечивают один или более неподвижных кадров для просмотра оператором на мониторе 134. Оператор может выбрать конкретную область 58 высевающей ячейки для просмотра, или выбрать последовательные просмотры множества ячеек или множества различных дозаторов.
Проблемы выпуска семени могут быть также проанализированы, смотря на семя и место расположения семени, как только семя выпущено и движется вниз к почве. Место расположения камеры может быть изменено, или одна или более камер добавлена для наблюдения и анализа семян и действия дозатора в различных областях дозатора 30.
Видеокамера 124 и процессор 104 также могут функционировать, как описано выше, в узле 102 датчика. Например, источник света, подобный тому, что показан как 114 на фиг.4, может быть добавлен на стороне диска 40, противоположной камере 124, для получения усиленного светового сигнала на видеокадре, когда пустая область 58 высевающей ячейки проходит мимо камеры. Работа процессора 104 по анализу проблем системы дозатора могла бы быть идентичной работе, описанной выше для фиг.4.
После описания предпочтительного варианта осуществления изобретения становится очевидным, что могут быть сделаны различные изменения, не выходящие за рамки объема изобретения, определенного приложенной формулой изобретения.