小麦播种机电容式排种量传感器设计.pdf

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1、第26卷2010笠第10期10月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVbl．26No．10Oct．201099小麦播种机电容式排种量传感器设计周利明1，张小超睬，苑严伟2(1．中国农业机械化科学研究院，北京100083；2．土壤植物机器系统技术国家重点实验室，北京100083)摘要：为提高小麦播种机排种量检测的可靠性，根据电容器的电容随极板间介质质量变化而发生变化的原理，研制了一种电容式排种量传感器。利用AD7745数字转换器和单片机搭建微电容信号调理电路，电容传感器与调理电路采用短线连接，减小了寄生电容对测量精度的影响。通过标定，获得了传感器电容值与排种量的关

2、系模型。在播种机试验台架上对电容式排种量传感器性能进行了测试。试验结果表明，在排种速度不同的情况下，该传感器的最大测量误差为2．2％。该传感器能够较好地实现小麦播种机排种量的在线检测，为变量播种提供了有力支持。关键词：电容，传感器，设计，小麦播种机，排种量doi：10．3969巧．issn．1002—6819。2010．10．015中图分类号：S127文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010)-10-0099—05周利明，张小超，苑严伟．小麦播种机电容式排种量传感器设计[J】．农业工程学报，2010，26(10)：99—103．ZhouLiming，ZhangXiao

3、chao，YuanYanwei．Designofcapacitanceseedratesensorofwheatplanter【J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(10)：99—103．(inChinesewithEn舀ishabs删0引言播种机排种量的在线检测是实施精密播种变量控制的关键。光电法是目前国内外采用较多的播种机排种量检测方法之--1卜引。该方法的原理是将光电传感器安装于导种管上，当小麦籽粒通过光电传感器时，遮断光束，使光电管发出脉冲信号，将脉冲信号进行调理后计数得到排种量。但这种方法对于小麦播种机而言具有以下缺点：一方面限于光电元件分布

4、而不易识别多粒种子同时下落，另一方面光电传感器易受田间尘土污染，因此会对测量的准确性产生影响。为了提高光电测量的可靠性，国内外学者都曾做出过有针对性的研究。Thomas[4]等人对光路系统进行了重新设计，构造平行光源，采用光纤完成光线传输，并在信号电路上增加光源增益调节模块，在一定程度上削弱了田间尘土影响，并实现多粒同时测量。冯型5】等在检测电路中将正常排种时产生的脉冲信号和背景直流信号分离并以不同放大系数放大再合成一个信号进行处理，提高系统的信噪比，从而使系统的抗尘性能提高。文献[6】设计了特殊的输种管接头，构建光电传感器阵列，消除检测盲区，并设计碰撞斜面与穿线区，将种子通过检

5、测截面的时刻错开，从而提高排种测量精度。史智兴【7】利用红光半导体激光二极管和硅光电池构造～种高覆盖率的排种传感器，以提高检测准确率。这些研究虽然一定程度上改善了光电式排种传感器的性能，但受光电方法所限，很难从根本上消除田间高尘土污染和多粒种子同时下落造成漏检的影响。本文提出了基于电容检测的小麦播种机排种量测量方法，利用电容传感器极板间介质质量变化引起电容量变化的原理，研制了电容式排种量传感器，该装置具有结构简单，非接触式测量，抗污染能力强的特点。1测量原理由于小麦种子和空气的介电常数不同，当种子通过电容传感器极板间所形成的检测场时，电容传感器的等效介电常数发生变化，引起电容输出

6、值改变，电容值的大小可作为排种量检测的量度。。设种子通过极板时，板间介质的等效介电常数为s，种子及空气的介电常数分别为￡l、龟；种子的质量为ml，密度为Pl。则s：旦￡．+堡岛(1)VV。。式中，n为种子所占体积，m3；圪为空气所占体积，m3；y为电容传感器极板间检测场的总体积，m3。由于圪=矿一n，代入电容关系式C=e·s／d，则【81c专％+等s：)㈣又V1=m1／pl，则由式(2)得c：堕4．竖二型巩(3)dpldV当传感器内无籽粒通过时收稿日期：2010-03-22修订日期：2010-09-22基金项目：国家“863”高技术研究发展计划资助项目(2006AAl0A305，

7、2008AAl00902)；北京市科技计划(DIOl105046310002)作者简介：周利明，工程师，主要从事精准农业和测控技术研究。北京中即国农业机械化科学研究院，100083。EmaihhaiboI129l@163．corn※通信作者：张小超，研究员，博士生导师，主要从事农业机械自动控制与智能化仪器研究。北京中国农业机械化科学研究院，100083．Email：zxc@,caams．org．c11G=乞詈c—co=秽％(4)(5)式中，C—c0为籽粒通过传感器时电容变化量，F