[发明专利]非接触式种箱料位实时监测系统

说明书

本发明提供了一种非接触种箱料位实时监测系统，其主要由电容式传感器、电容采集模块、单片机模块、电源模块和报警模块组成，其中电容式传感器与电容采集模块连接，电容采集模块分别与单片机控制模块和电压转换模块连接，单片机控制模块分别与上位机和电源模块连接，上位机设有触摸屏可以通过虚拟仪器实现人机交互。该监测系统可以实现对播种器种箱料位的非接触实时监测，打破了传统监测系统的易受环境影响的问题，提高了检测系统的可靠性。

技术领域

本发明非接触式种箱料位实时监测系统，具体涉及多通道电容式种箱料位实时监测系统，通过建立平行对置式极板传感器的电容量同种箱料位的关系，便可以根据极板间电容量判断种箱料位，并在种箱接近排空时发出报警，提示操作人员对种箱补种。

背景技术

农业播种是农业生产中的重要一环，传统农业播种常常会导致重播、漏播以及播种机种箱排空等播种故障，其中传统针对排种器种箱排空主要是通过操作人员的经验判断，从而进行停车补种。该方法过于复杂且消耗人力，降低了播种的效率，因此在农业播种中需要一套能够实时监测种箱料位的监测系统。目前我国的种箱料位监测系统主要以光电式传感器为主的监测系统，该系统将安装于种箱两侧，且等距向下安装，当种箱料位下降一定高度，此时相应位置的光电传感器则在一定时间内接收到光电元件发出的光束，因此便可以确定种箱料位的情况，但该监测系统易受到环境光和灰尘的影响，需要保持光电传感器的清洁，且该监测系统易受到种箱种子隆起的影响，从而降低了该监测系统的检测精度，因此针对种箱排空急需一套性能稳定且不易受种箱种子分布状态的监测系统。

发明内容

本发明主要针对研究背景中所存在的不足，为提高种箱料位监测系统的监测精度和系统可靠性，实现对播种机在播种对种箱的料位实时监测，当种箱接近排空时，及时向操作人员发出报警，提示操作人员停车补种，避免由于排种器种箱排空而导致大面积漏播的发生。本发明主要是基于电容式传感器设计出一种非接触式种箱料位的实时监测系统。

本发明非接触式种箱料位实时监测系统，主要包括电容式传感器、电容采集模块、单片机模块、电源模块和报警模块组成，其特征在于电容式传感器的极板结构为平行对置式极板结构，电容极板两端分别与电容采集模块的激励端口EXCA和∑—△调制器的输入端，通过同轴接口和屏蔽导线与电容采集模块连接，屏蔽导线和同轴接口的屏蔽端与PCB接地端连接，借助于Pcap02芯片的寄生电容补偿功能实现外部寄生电容的自动补偿，以避免外部寄生电容对电容测量精度的影响。电容采集模块分别与单片机控制模块和电压转换模块连接，其中电容采集模块中的电容数字转换芯片Pcap02通过I²C总线与单片机控制模块进行连接，实现编程和数据输出。单片机控制模块分别电源模块与上位机连接，电源模块主要由车载±12V的稳压电源和LM7805和LM1117芯片所组成的电压转换模块组成，其中LM7805电压转换电路可将车载±12V的稳压电源转换并稳定输出5V电压，LM1117电压转换电路可将5V电压转换并稳定输出为3.3V电压，以保证单片机模块和电容采集模块的正常工作。LM7805和LM1117芯片所组成的电压转换模块适于排种器的田间工作温度，可以保证排种器排种实时监测系统的正常工作。上位机设有触摸屏作为人机交互的终端，通过虚拟仪器的界面实时获取种箱的料位情况。

电容式传感器，该装置由平行对置式的极板组成，用于产生稳定的电场，形成电容传感器的检测区域。本发明的电容传感器安装在种箱两侧，为满足电容传感器的工作要求，电容传感器的位置参数和尺寸参数极其重要，其中主要包括极板的间距d、极板的长度L、极板的厚度B和极板的宽度W。如附图5所示，。电容传感器极板两端分别与电容采集模块的激励端口EXCA和∑—△调制器的输入端，通过同轴接口和屏蔽导线与电容采集模块连接，屏蔽导线和同轴接口的屏蔽端与PCB接地端连接，借助于Pcap02芯片的寄生电容补偿功能实现外部寄生电容的自动补偿，以避免外部寄生电容对电容测量精度的影响。平行对置式极板电容式传感器的检测原理为：如附图2所示，在播种过程中，种箱的料位随播种进度的进行不断下降，电容传感器的检测空间内的种子和空气的占比也随之变化，由于电容传感器检测区域等效介电常数的变化，所以电容传感器的电容值也发生变化，具体变化过程如下：