项建廷++赵毅++赵尔迪

摘要：针对收获机对运行状态监测、故障诊断的需求，基于不完全齿轮机构和产量传感器，自主研发一种实时在线、间歇联动式自动监控作物收获测产的设备，为提高收获机作业质量提供适用的监测设备。

关键词：自动监控；收获机；设计；测产系统；间歇联动

中图分类号：S225 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）05-0023-02

目前，在收获机自动监控设备方面，我国主要研究方向是脱粒质量、喂入量、智能测产等重要参数监控。其中，在精准农业技术研究中占重要地位的是收获机粮食产量分布信息获取技术。关于净谷粒流量，国内外常见的测量方式有3种：容积式谷物流量测量技术通过测量谷物流的体积和密度计算质量，误差率较高；冲量式谷物流量传感器成本低廉、结构简单，但振动、谷物种类、流量变化及田间坡度等对测量精度影响很大；γ射线谷物流量传感器通过频率与被测物体厚度存在的指数关系进行测量，测量精度较高，但对操作人员和环境有一定危害。为此，针对收获机对运行状态监测、故障诊断的需求，基于不完全齿轮机构和产量传感器，自主研发一种实时在线、间歇联动式自动监控作物收获测产的设备，为提高收获机作业质量提供适用的监测设备。

1 监控系统总体设计方案

1.1 夹带和清选损失探测传感器

在轴流脱粒清选筛后面加装该测量装置，可根据茎秆与谷粒产生的信号区别，获得单位时间夹带损失量和清选损失量。

1.2 收获机故障诊断系统

1） 提取故障信号特征和判据，并与故障发展过程相联系，提前预警；2） 实现油液污染程度和油液性能在线监测，提前预防故障和控制故障发展；3） 收获机测产系统。

1.3 收获机测产系统

在线实时准确地测量农作物产量及收获机净粮流量等相关信息，单产和总产测量误差小于4%。系统结构紧凑，精度高，抗干扰能力强，安装使用方便，适应各种收获机机型及谷物品种。

2 监控系统的结构及组成

1） 研究高灵敏度的压力探测方法，形成高灵敏度压力探测阵列传感检测方案，对谷草冲击力实施监测，在获得夹带损失量的同时明确夹带损失空间分布。研究夹带损失传感器的信号处理方法，包括数字信号滤波、频谱及能量谱分析、时间相关性分析，以及相应特征信号的分析与提取、信号辨识等。

2） 设计开发收割作业故障预警与报警分析系统，包括传感器模块、模拟信号处理模块、信号转换模块、电源模块、单片机中央信息处理单元模块、液晶显示模块、上位机通讯模块等。

3） 设备安装在输送机出口的下方位置，落下的粮食通过进料斗逐步收入并准备计量，设备分料板自动旋转90°，并将粮食分别整理到左右两侧的计量室。当左计量室开始接粮时，安装有称重传感器的右翻板开始称量计数，称量计数结束后右翻板开始翻转180°将粮食卸掉。循环往复地重复以上动作，可实现对落下粮食的连续、实时计量。

在计量过程中，4个称重传感器处于间歇转动状态，传感器信号输出功能通过2个从动齿轮的轴端集线器实现。

3 监控系统主要技术及参数

3.1 夹带和清选损失探测传感器

监测传感器受凹版分离出的籽粒冲击后产生电荷信号，经电荷转换放大后变为电压信号，再经鉴波滤波后进行信号整形，得到标准脉冲信号，送入高速计数电路计数，由此得到收割机脱粒滚筒排草口前部凹版下方的籽粒量。单片机將该籽粒量由串口输出送入便携式高速数据采集系统，高速数据采集系统根据籽粒流量与排草口处夹带损失之间的数学关系模型计算夹带损失量，并进行实时显示。由于籽粒和茎秆对传感器表面形成的冲击形式及冲击力不同，籽粒和茎秆落于传感器表面时形成的撞击信号频率和振幅也有所区别。因此，在程序中加入合理的带通滤波器的截止频率和鉴幅器的阈值电压，能从纷乱的信号中提取出所需的籽粒撞击信号，由程序实现运算计数及显示，保证准确地记录籽粒损失。图1为传感器工作原理图。

根据谷粒信号特点设计信号调理单元、监控单元的参数与电路。信号调理单元包括前置电荷放大器、滤波电路、灵敏度调节电路、脉冲整形电路等；监控单元包括主控器、人机界面、通信接口等。从系统的基本任务出发编制系统软件程序，实现系统初始化、按键识别、信号采集、损失量计算、显示及与上位机通信等功能。

3.2 收获机故障诊断技术

诊断装置根据收割机液压系统管路连接方式，采取并联和串联的方式将检测传感器置入系统，传感器采用加过渡接头或阀块的连接方式，详见图2。

4 结论

开展该项目的系统研究和商品开发，将电子技术和自动控制技术应用于农机重大产品和装备，研究适合国情的、有效实时控制智能测产与作业质量的理论和技术，以满足我国农业现代化的发展和市场需求，并形成新的农机电子产品市场和产业。

参考文献

[1] 李伟.收获机产量分布信息获取技术研究[D].北京：中国农业机械化科学研究院，2012.

[2] 范修文.玉米收获机主要工作部件试验台的设计与试验[D].济南：山东农业大学，2010.

[3] 乔俊.谷物测产系统智能监控技术研究[D].哈尔滨：黑龙江八一农垦大学，2009.

[4] 刘立强，项建廷，吴泽全.基于触摸屏的玉米收获机智能监测系统的研究[J].农业科技与装备，2016（10）：15-17.