[發明專利]非接觸式種箱料位實時監測系統

在審

• 申請號: 202110965305.6
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113503939A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 胡斌;徐洛川;王劍;羅昕;毛自斌;蔡一全;蔡會
• 申請（專利權）人: 石河子大學
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種非接觸種箱料位實時監測系統，其主要由電容式傳感器、電容采集模塊、單片機模塊、電源模塊和報警模塊組成，其中電容式傳感器與電容采集模塊連接，電容采集模塊分別與單片機控制模塊和電壓轉換模塊連接，單片機控制模塊分別與上位機和電源模塊連接，上位機設有觸摸屏可以通過虛擬儀器實現人機交互。該監測系統可以實現對播種器種箱料位的非接觸實時監測，打破了傳統監測系統的易受環境影響的問題，提高了檢測系統的可靠性。

技術領域

本發明非接觸式種箱料位實時監測系統，具體涉及多通道電容式種箱料位實時監測系統，通過建立平行對置式極板傳感器的電容量同種箱料位的關系，便可以根據極板間電容量判斷種箱料位，并在種箱接近排空時發出報警，提示操作人員對種箱補種。

背景技術

農業播種是農業生產中的重要一環，傳統農業播種常常會導致重播、漏播以及播種機種箱排空等播種故障，其中傳統針對排種器種箱排空主要是通過操作人員的經驗判斷，從而進行停車補種。該方法過于復雜且消耗人力，降低了播種的效率，因此在農業播種中需要一套能夠實時監測種箱料位的監測系統。目前我國的種箱料位監測系統主要以光電式傳感器為主的監測系統，該系統將安裝于種箱兩側，且等距向下安裝，當種箱料位下降一定高度，此時相應位置的光電傳感器則在一定時間內接收到光電元件發出的光束，因此便可以確定種箱料位的情況，但該監測系統易受到環境光和灰塵的影響，需要保持光電傳感器的清潔，且該監測系統易受到種箱種子隆起的影響，從而降低了該監測系統的檢測精度，因此針對種箱排空急需一套性能穩定且不易受種箱種子分布狀態的監測系統。

發明內容

本發明主要針對研究背景中所存在的不足，為提高種箱料位監測系統的監測精度和系統可靠性，實現對播種機在播種對種箱的料位實時監測，當種箱接近排空時，及時向操作人員發出報警，提示操作人員停車補種，避免由于排種器種箱排空而導致大面積漏播的發生。本發明主要是基于電容式傳感器設計出一種非接觸式種箱料位的實時監測系統。

本發明非接觸式種箱料位實時監測系統，主要包括電容式傳感器、電容采集模塊、單片機模塊、電源模塊和報警模塊組成，其特征在于電容式傳感器的極板結構為平行對置式極板結構，電容極板兩端分別與電容采集模塊的激勵端口EXCA和∑—△調制器的輸入端，通過同軸接口和屏蔽導線與電容采集模塊連接，屏蔽導線和同軸接口的屏蔽端與PCB接地端連接，借助于Pcap02芯片的寄生電容補償功能實現外部寄生電容的自動補償，以避免外部寄生電容對電容測量精度的影響。電容采集模塊分別與單片機控制模塊和電壓轉換模塊連接，其中電容采集模塊中的電容數字轉換芯片Pcap02通過I²C總線與單片機控制模塊進行連接，實現編程和數據輸出。單片機控制模塊分別電源模塊與上位機連接，電源模塊主要由車載±12V的穩壓電源和LM7805和LM1117芯片所組成的電壓轉換模塊組成，其中LM7805電壓轉換電路可將車載±12V的穩壓電源轉換并穩定輸出5V電壓，LM1117電壓轉換電路可將5V電壓轉換并穩定輸出為3.3V電壓，以保證單片機模塊和電容采集模塊的正常工作。LM7805和LM1117芯片所組成的電壓轉換模塊適于排種器的田間工作溫度，可以保證排種器排種實時監測系統的正常工作。上位機設有觸摸屏作為人機交互的終端，通過虛擬儀器的界面實時獲取種箱的料位情況。

電容式傳感器，該裝置由平行對置式的極板組成，用于產生穩定的電場，形成電容傳感器的檢測區域。本發明的電容傳感器安裝在種箱兩側，為滿足電容傳感器的工作要求，電容傳感器的位置參數和尺寸參數極其重要，其中主要包括極板的間距d、極板的長度L、極板的厚度B和極板的寬度W。如附圖5所示，。電容傳感器極板兩端分別與電容采集模塊的激勵端口EXCA和∑—△調制器的輸入端，通過同軸接口和屏蔽導線與電容采集模塊連接，屏蔽導線和同軸接口的屏蔽端與PCB接地端連接，借助于Pcap02芯片的寄生電容補償功能實現外部寄生電容的自動補償，以避免外部寄生電容對電容測量精度的影響。平行對置式極板電容式傳感器的檢測原理為：如附圖2所示，在播種過程中，種箱的料位隨播種進度的進行不斷下降，電容傳感器的檢測空間內的種子和空氣的占比也隨之變化，由于電容傳感器檢測區域等效介電常數的變化，所以電容傳感器的電容值也發生變化，具體變化過程如下：