本發(fā)明涉及智能農(nóng)業(yè)裝備，尤其涉及一種少耕玉米播種智能化監(jiān)測控制方法。

背景技術(shù)：

1、播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，播種作業(yè)的質(zhì)量是影響后期作物長勢的重要因素。合理密植能夠保證每株作物獲得最優(yōu)土壤養(yǎng)分、水分和光照等條件，有利于作物產(chǎn)量的提高，不同株距的玉米種植方式隨之產(chǎn)生。隨著保護性耕作模式的推廣與智能農(nóng)機裝備的發(fā)展，玉米少耕智能化播種機得到了廣泛應(yīng)用。

2、在播種機作業(yè)過程中，準確監(jiān)測排種電機狀態(tài)、實時株距、種肥量以及其他作業(yè)狀態(tài)量，對于實現(xiàn)單行可控的播種控制、作業(yè)策略調(diào)整和故障預(yù)測報警等功能至關(guān)重要?，F(xiàn)有技術(shù)雖已針對播種過程的智能化控制進行了諸多探索，如專利cn202411324774.x、cn202110689015.3和cn201610268084.6，但局限性也較為明顯。這些技術(shù)多聚焦于株距、播深或施肥等單一環(huán)節(jié)或簡單復(fù)合環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)監(jiān)測與反饋調(diào)控，對于復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下電機運行狀態(tài)、實時株距、種肥量、風(fēng)機壓力等關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)的監(jiān)測能力不足，且難以實現(xiàn)多參數(shù)的綜合協(xié)同控制。隨著農(nóng)藝和智能農(nóng)機的高效結(jié)合，一種能夠適配少耕模式、實現(xiàn)單行可控的玉米播種智能化監(jiān)測、調(diào)控系統(tǒng)與方法亟需實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提出一種少耕玉米播種智能化監(jiān)測控制方法，包括以下步驟：

2、步驟a、播種作業(yè)前，根據(jù)相同株距播種方式和不同株距密植方式，在人機交互系統(tǒng)中設(shè)置作業(yè)面積、行距，以及每個播種行的臨行播種相對位置、播種量、施肥量；

3、步驟b、設(shè)定標準作業(yè)速度、畝施肥量，根據(jù)作業(yè)幅寬和作業(yè)行數(shù)確定排肥速度；

4、步驟c、根據(jù)臨行相對播種位置，調(diào)整排種盤初始角度；

5、步驟d、以置于播種機上的主北斗天線的位置為原點，以正東、正北方向生成x、y軸作為作業(yè)位置存儲的基準，根據(jù)主北斗天線指向從北斗天線的矢量與正北方向的夾角為航向角，記錄作業(yè)時的路徑；

6、步驟e、播種作業(yè)開始，取速模塊獲取作業(yè)速度，確定排種轉(zhuǎn)速和排肥轉(zhuǎn)速，排種系統(tǒng)和排肥系統(tǒng)進行播種與施肥作業(yè)，排種監(jiān)測模塊監(jiān)測落種位置，反饋實時作業(yè)株距；種肥量監(jiān)測系統(tǒng)實時反饋種肥剩余量，作業(yè)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測風(fēng)路管道壓力、鎮(zhèn)壓輪壓力和播深，播深調(diào)控系統(tǒng)進行主動仿形；

7、步驟f、中樞控制系統(tǒng)綜合處理信息后，將數(shù)據(jù)傳輸至人機交互系統(tǒng)進行顯示，結(jié)合步驟d的作業(yè)位置，上傳至網(wǎng)絡(luò)存儲平臺進行作業(yè)信息記錄；

8、步驟g、在播種機運行時利用調(diào)控模型進行多維調(diào)控。

9、進一步地，步驟a中相同株距播種方式的株距d計算公式如下：

10、

11、其中，am是作業(yè)畝播種量，b是種植行距。

12、進一步地，步驟a中不同株距密植方式每行的株距dh計算公式如下：

13、

14、其中，l是作業(yè)長度，ah是每行播種量。

15、進一步地，步驟a中臨行播種相對位置通過臨行種子的相對角度α來體現(xiàn)：

16、

17、α通過調(diào)控臨行播種單體上排種盤的相對角度β來實現(xiàn)：

18、

19、其中，n為某粒種子投射到臨行相鄰兩種子連線上時對連線的劃分數(shù)，360代表排種盤圓周角度，n為排種盤孔穴數(shù)。

20、進一步地，步驟b中排肥速度的計算公式如下：

21、

22、其中，mf為排肥速度，v0為標準作業(yè)速度，mf為畝施肥量，vi為作業(yè)速度，b為播種機的作業(yè)幅寬，e為播種機作業(yè)行數(shù)。

23、進一步地，步驟e中作業(yè)速度的計算公式如下：

24、

25、其中，vt是作業(yè)速度，δ1是編碼器的誤差漂移值，δ2是激光雷達的誤差漂移值，δ3是北斗天線的誤差漂移值，vencoder是編碼器獲取的速度，vradar是激光雷達獲取的速度，vbds是北斗天線獲取的速度；

26、排種轉(zhuǎn)速的計算公式如下：

27、

28、其中，ωseed為排種轉(zhuǎn)速，d為株距，n為排種盤孔穴數(shù)；

29、排肥轉(zhuǎn)速的計算公式如下：

30、

31、其中，ωfertilizer為排肥轉(zhuǎn)速，mf為排肥速度，p為排肥盒的每轉(zhuǎn)排肥量；

32、實時作業(yè)株距的計算公式如下：

33、dwork＝3.6×vt×tintercal

34、其中，dwork為實時作業(yè)株距，tinterval為落種間隔時間；

35、種肥剩余量的計算公式如下：

36、

37、其中，vseed為種箱種子剩余量，vfertilizer為肥箱肥料剩余量，δc，δl，δu和δi分別為測量電容式接近開關(guān)、料位計、超聲波傳感器和紅外傳感器的誤差漂移值，vc，vl，vu和vi分別為根據(jù)不同的箱體事先明確不同傳感器各數(shù)值狀態(tài)對應(yīng)的箱體內(nèi)物體體積狀態(tài)；

38、通過以下公式判斷風(fēng)路管道壓力是否安全：

39、pi∩(pmin～pmax)＝1

40、其中，pi為某條風(fēng)路管道壓力，pmin為管路安全壓力最低閾值，pmax為管路安全壓力最高閾值；

41、鎮(zhèn)壓輪壓力的計算公式如下：

42、f＝k·δs

43、其中，f為鎮(zhèn)壓輪壓力，k為鎮(zhèn)壓輪彈簧勁度系數(shù)，δs為彈簧形變位移；

44、播深的計算公式如下：

45、δh＝δγ·l·cosδγ

46、其中，δh是播深變化值，δγ是地輪擺臂角度變化值，l是地輪擺臂的長度；

47、北斗系統(tǒng)記錄落種位置的條件如下：

48、ui∩usend＝1

49、其中，ui是播種行紅外傳感器電壓值，usend是落種電壓匹配值。

50、進一步地，步驟g中的調(diào)控模型具體包括：

51、調(diào)控排種轉(zhuǎn)速子模型：

52、

53、其中，uω表示調(diào)控排種轉(zhuǎn)速，eω和ed表示排種電機轉(zhuǎn)速和株距的實際值與理論值的偏差，kp,ω、ki,ω、kd,ω為轉(zhuǎn)速pid參數(shù)，kp,d、ki,d、kd,d為株距pid參數(shù),f1表示排種電機轉(zhuǎn)速與株距的函數(shù)關(guān)系；

54、調(diào)控排肥轉(zhuǎn)速子模型：

55、

56、其中，uf表示調(diào)控排肥轉(zhuǎn)速，ef表示實際排肥電機轉(zhuǎn)速與理想轉(zhuǎn)速的偏差，kfp，kfi，kfd為pid參數(shù)；

57、調(diào)控風(fēng)機轉(zhuǎn)速子模型：

58、

59、其中，ub表示調(diào)控風(fēng)機轉(zhuǎn)速，eb表示實際風(fēng)路管道壓力與理想壓力的偏差，kbp，kbi，kbd為pid參數(shù)，f2表示風(fēng)機轉(zhuǎn)速與風(fēng)路管道壓力的函數(shù)關(guān)系；

60、播深主動仿形子模型：

61、

62、其中，ul表示調(diào)控液壓缸伸出長度，el，eγ，eh和ep表示液壓缸伸出長度、地輪擺臂角度、播深和壓力實際值與理論值的偏差，kp,l、ki,l、kd,l為液壓缸pid參數(shù)，kp,γ、ki,γ、kd,γ為限深角度pid參數(shù)，kp,h、ki,h、kd,h為播深pid參數(shù)，kp,p、ki,p、kd,p為壓力pid參數(shù)，f3、f4、f5分別表示液壓缸伸出長度與地輪擺臂角度、播深和壓力值偏差的函數(shù)關(guān)系。

63、本發(fā)明的有益效果在于：

64、1.本發(fā)明通過多傳感器融合技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對播種作業(yè)全過程的實時、精準監(jiān)測。系統(tǒng)能夠全面獲取作業(yè)速度、排種效果、種肥余量、風(fēng)機壓力、鎮(zhèn)壓力、播深以及落種位置等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為作業(yè)質(zhì)量的把控和故障預(yù)警提供可靠數(shù)據(jù)支持，對少耕玉米播種作業(yè)透明度和智能化水平的提升具有重要作用。

65、2.本發(fā)明基于先進的數(shù)學(xué)模型和智能算法，能夠?qū)崿F(xiàn)對播種作業(yè)的精準、動態(tài)調(diào)控。系統(tǒng)可根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，快速調(diào)整排種、排肥、風(fēng)機轉(zhuǎn)速以及播深等關(guān)鍵參數(shù)，確保作業(yè)過程符合預(yù)設(shè)標準。智能化的調(diào)控方式不僅可以提高播種作業(yè)的精度和穩(wěn)定性，還能夠有效應(yīng)對復(fù)雜地形和多變工況，對少耕玉米播種的作業(yè)質(zhì)量和播種后作物的生長提供有力保障。