免耕播种机播种深度自动控制系统研究

免耕播种技术是中国现代化农业发展之必然趋势,是保护生态环境和提升粮食产量的有效措施。随着保护性耕作的推广,免耕播种技术得到了快速地发展。目前,我国在免耕技术上的研究已经取得了一定的成效,基本实现了对播量的精确控制,然而在播种深度精确控制方面的研究还不够深入。本文在分析免耕播种技术与播种深度控制国内外研究动态的基础上,结合Flex弯曲传感器的特性,开展了免耕播种机播种深度自动控制系统的研究工作,并完成了相应的系统设计。系统以Flex传感器作为限深轮的胎面形变传感器,用以监测播种单体的对地压力,从而为播种深度的自动控制提供调控依据。为了合理地使用Flex传感器,本文对Flex传感器在限深轮内的安装进行了理论研究与受力分析,建立了其应用数学模型,推导出了Flex传感器输出信号与限深轮形变之间的函数关系,并对模型进行了验证。本文设计的免耕播种机播种深度自动控制系统主要包括信号采集器、播深控制器等部分。其中,信号采集器用于实时采集Flex传感器的输出传感信号以获取播种单体的对地压力;播深控制器可根据Flex传感信号与预设播深值的大小来决策播深调控指令,播深调控指令对气压传动装置输出气压的调节可保证播种单体对地有足够的压力,从而达到播种深度一致性的目的。系统以同型号的两片STC12C5A60S2单片机分别作为信号采集器和播深控制器的核心处理器,并采用nRF2401无线通信模块实现传感数据从信号采集器到播深控制器的传输。此外,采用电压转换技术实现了系统中不同器件对不同供电电压的需求。为了测试系统的响应速率和工作性能,对免耕播种机播种深度自动控制系统进行了系统响应测试试验和田间测试试验。系统响应测试结果表明系统的响应时间约为0.43s。系统田间试验结果表明系统对地表的起伏变化和土壤的坚实度反应灵敏,仿形性能可靠,播深合格率能达到90%以上,能够达到播种深度精确控制要求。