基于Zig Bee播种机漏播补种系统研究

黄振中,张 青

(河南应用技术职业学院,郑州 450042)



基于Zig Bee播种机漏播补种系统研究

黄振中,张 青

(河南应用技术职业学院,郑州 450042)

基于Zig Bee无线传感网络技术、以播种机作为研究对象，设计出一种无线传感网络技术控制下的播种机漏播补种系统平台，并利用Zig Bee无线传感网络通信技术，实现对机械运作中的故障进行远程监控、报警。同时，为了更进一步的验证该播种机漏播补种系统设计的可靠性、安全性、稳定性，专门对试验样机进行了测试。

Zig Bee；播种机；漏播补种系统；单片机

0 引言

随着社会经济的发展、科学技术的进步及国家政府政策上的扶持，我国在农业领域取得了突出的成就。最为显著的一点就是农业机械化水平得以提升，在全国范围内得到了一定的进步，但其中的问题仍需我们重视、面对，比如播种机漏播现象等，在一定程度上限制着我国机械作业的质量与自动化水平。本次选题研究，主要以播种机漏播等问题作为研究对象，基于Zig Bee无线传感网络设计出一种有效解决该问题的播种机漏播补种系统。

1 Zig Bee无线传感网络

Zig Bee 是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，即无线传感网络。Zig Bee 无线传感网络技术，主要特征表现为短距离、低功耗，与我们生活中最常接触到的WIFI各有长短、各有不同。首先，短距离、低功耗、自组织、低成本、低数据速率是Zig Bee无线传感网络技术的主要特征，它主要适用于一些自动控制或者是远程控制领域范围内的系统设计，也可以适当嵌入一些必要的设备来加以强化。总体上来看，该技术是一种相对新型的、便宜的、低功耗的近距离无线组网通讯应用技术，也可称其为短距离无线通信技术。在物联网技术开发与利用领域，其应用性、操作性均比较强，最大的优点就在于可以便捷地为使用用户提供无线数据传输功能。

将Zig Bee与WIFI进行一次横向比较，可以更为直观地观察到Zig Bee无线传感网络的特点。它们两者的相同之处：都使用2.4GHz频段，都是短距离无线通信技术，大多情况多是运用DSSS技术。两者的区别在于数据信息传输速度差异较大。通常情况下，WIFI作为一种应用广泛的无线局域网络，速率为 11Mbps ，而Zig Bee的速率小于 250kbps ；Zig Bee比较适用于低功耗场合，如在环境监测领域、工业工程控制等方面。Zig Bee从2004年最初发布第一个版本之后，距今已有10年多的发展历程，由于其在技术成本、操作等方面的一些原因，在最初研发阶段没有得到大规模的推广。在新时期，随着科学技术水平的不断提高，我国在该领域也加大了研究力度。

2 播种机结构及设计原理

播种机的设计，目的是提高播种机的播种效率、质量，以及更高效的节省农作物种子，尽可能地做到一粒一播、一种一穴的效果。从近年的应用及发展趋势上总体评价，这是一种追求精密度的排种机械装置。图1为当前在我国大部分农业生产区域，最常见到的一种精量播种排种机构，其外部结构如图1所示。

机器在播种时，会先将种子装入到储种箱子内，借助于机械动力来带动地轮逐渐开始往前滚动；随着地轮不断向前滚动，下方位置处的播种盘会在挡块的作用下，随着地轮仪器滚动，带动下部的毛刷轮运动。其中，毛刷轮在结构中的主要功用就是将多余的种子清除掉，只留下一粒种子。

图2为精量播种排种机内部结构示意图。工作时，当排种口与漏斗对准时，种子落入到鸭嘴，挡块触碰之后会让鸭嘴张开，使种子顺着鸭嘴排种器播入土壤中。播种完成后，第2个鸭嘴开始播种，此时第1个鸭嘴会在弹簧的作用力下被关闭，整个播种运动重复进行。在现实中，如玉米、小麦、大豆种子等，在我国东部和东北地区，基本上实现了精量播种，包括单粒的、双粒的。若想要实现双粒播种，可打开排种轮上的挡板，同时运送两粒种子，一起播入土壤中。当然，在实践生产领域，多是以单粒播种为主，在这种情况下，一旦发生漏播现象，对农业种植的整体质量造成的影响比较大。在设计领域，一般都会设计漏播补种系统。漏播补种系统结构的核心控制部分是 C51单片机，借助于互联网计算机信息技术，及时采集信息、发现问题，实现全方位的监控。在鸭嘴根部位置，通常都会安装红外线发射等相应的信息数据接收装置。

图1 精量播种排种机构外部结构图

图2 精量播种排种机内部结构示意

3 播种机漏播补种系统平台

近年来，我国在该领域的研究取得了一定的进展和成果，气吸式的播种机如图3所示。这是一种利用振动气吸设备来实现排种播种的新型装置，在播种作业的过程中，作物种子会在内部振动台的作用下向上抛掷，随后在负压作用下使用吸针将种子吸住。

1.气源 2.真空通断器 3.吸针 4.振动种子盘 5.种子颗粒 6.振动器 7.通压力空气 8.穴盘 9.落种组件图3 振动气吸播种装置

气吸式播种机械，现阶段在国内农业生产领域并没有得到较大的推广与应用。根据相关权威试验测试显示：气吸播种机针对漏播现象，防漏播成功率达到了98%(98%～100%) 。如此巨大的技术优势，之所以推广受阻，是因为成本较高，让广大的普通农户无力承担。所以，本文专门提出了一种电子防漏播种系统。

补种方案及机构如图4所示。

1.系统装置的主排种器 2.用于启动系统检测器的启动装置 3.主排种器漏播监测器 4.同步校正器 5.主排种器漏播监测器 6.Zig Bee主控模块 7.的核心部件中央处理器 8.开沟器 9.系统结构内的副排种器 10.步进电机装置图4 补种方案及机构

整个系统的控制框架，如图5所示、图6所示。

Zig Bee无线采集系统，主要功用是监测，并通过无线报警信号来控制整个主控系统。比如，在作业操作过程中是否掉电，一旦出现任何故障，系统都可以在第一时间用语音或者是LCD闪动的形式来通知机械操作者。其中，在语音报警与提示方面的设计，可有两种形式来选择，一种是扬声器，而另一种则是耳机。同时，通过LCD显示，可以让操作者及时准确地发现是哪路播种机出现了故障，方便下车技术补种。

图5 排种控制系统

图6 ZigBee无线采集系统

在漏播检测器及漏播监测启动器设计中，传感器工作原理如图7所示。

图7 传感器工作原理

漏播检测器是整个装置系统内部结构中的重要组成部件，安装在播种管的上部。其中，红外发管可为传感器提供便利条件， 即传感器可以采用红外光发射

接收管。工作时，玉米种子通过传感器确定位置，遮断光束，使得接收管装置在第一时间发出提示信号。当然，本文提出的播种机漏播补种装置设备，最大的好处就是防水、防晒效果俱佳，且响应速度快、噪声低、体积相对较小，借助于传感器装置上的多组红外对发管，其检测精度丝毫不受环境的影响。

4 结论

基于Zig Bee无线传感网络通信技术设计的播种机漏播补种系统平台，属于电子防漏实时监测平台，可在保证效率的前提下，最大限度地克服了传统普通播种机的一些固有缺陷，且改进了一些关键技术，实现了低成本、高精度的智能精密播种作业。

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Zig Bee Wireless Sensor Network Seeding - machine Resow System

Huang Zhenzhong，Zhang Qing

(Henan College of Applied Technology, Zhengzhou 450042, China)

The planter based on Zig Bee wireless sensor network leakage sowing reseeding system design and research of the topic, we the development of agricultural mechanization, sowing machine as the research topics, from Zig Bee wireless sensor network communication technology application in the field of agricultural production, for example, focusing on design a wireless sensor network technology to control the seeding machine leakage sowing reseeding system platform.The Zig Bee wireless sensor network communication technology, to achieve the remote monitoring of the fault in the operation of machinery, alarm. In this paper, in order to further verify the planter leakage sowing reseeding system design of reliability, safety, stability, specifically in the experimental prototype were tested.

Zig Bee；seeding machine；seeding resow system；single chip microcomputer

2016-05-19

河南省青年教师资助计划项目(2011GGJS-207)

黄振中(1973-)，男，河南信阳人，副教授，硕士，(E-mail)huangzhenzhong0513@163.com。

S223.2;S126

A

1003-188X(2017)03-0234-03