基于慧鱼搭载的小型精密播种机

吴庆达 潘雪荧 王 柱

（聊城大学东昌学院，聊城 252000）

20 世纪90 年代以来，我国逐步推广精密播种机。精密播种机根据作物种类，分为玉米及大豆精密播种机、谷物（小麦）精密播种机等；根据配套动力，分为小型、中型和大型精密播种机；根据排种器形式，分为机械式和气力式两大类精密播种机，其中机械式又可分为锥盘式、纹盘式、水平圆盘式和带夹式等[1]。

随着现代高标准农田的建设和发展，加上我国地形多样、耕地种植分散、单个农户种植规模较小的特点，我国对小型播种机的需求量越来越大[2]。农作物播种作为农业生产中重要的一环，具有稳产保供、降本增效、节约资源、减少损耗等功能，因此利用播种机科学种植意义重大。精密播种可以保证种子在田间合理分布，播种量精确，株距均匀，播种深度一致，为种子的生长发育创造最佳条件，既节省了种子，又保证了作物稳产高产。因此，现代农业对小型精密播种机的需求越来越迫切[3-4]。

慧鱼创意组合模型涉及机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域，利用工业标准的基本构件，如机械元件、电气元件和气动元件，辅以传感器、控制器、执行器和软件设计机械结构[5]。文章基于慧鱼组件设计播种机的机械结构，编写了播种机的运行控制程序，并通过慧鱼组件搭建的播种机实物模型，展示了相应的功能，实现了开沟深度任意调节、定距播种、定量排种、覆土掩埋的功能，同时在结构上进行改进设计，实现了间作播种。

1 机械系统设计方案

根据国内外播种机的发展趋势，以通用性、适应性和结构简单、操作灵活为原则，设计了一款能同时完成播种施肥工作的小型精密播种机。精密播种机实物模型，如图1 所示。该机结构简单，能满足客户对小面积土地作业的操作灵活性需求。设计双沟道排种，可随意搭载合适的排种器，实现农作物的间作种植[6]。播种机在整体设计上采用分模块设计，各模块相连形成一个完整的系统。它主要包括开沟模块、种子下播模块、排肥模块和覆土模块。

图1 精密播种机实物模型

1.1 开沟模块

小型精密播种机设计了双开沟结构（见图2），可同时进行双排开沟作业。开沟器的设计理念为旋转刨坑式，开沟器深度的调整依托螺旋传动机构，即螺母固定在机架上，螺杆做直线运动，从而实现开沟器的上下移动，达到控制调节播种深度的效果。

图2 开沟模块

1.2 种子下播模块

基于慧鱼组件搭建了排种器，如图3 所示。排种器与种箱相连，通过种子自身重力实现种子从种箱向排种器的自动下落。根据结构设计，排种器每次能够容纳3 粒种子。排种器下端直接与漏斗连接，通过导轨将种子输送到播种漏斗。每通过相同的时间间隔，控制器控制编码电机转过固定的角度，从而带动排种器转动固定角度，有效定量定距进行播种，是精密播种的重要一环。

图3 种子下播模块

1.3 排肥模块

种肥箱一分为二，后面为肥箱，前面为种箱，如图4 所示。排肥器设计为气压撵推式，选用慧鱼中的自复位弹簧气缸、气阀、气泵组件搭建小型气动系统。当排种器工作时，气阀关闭，气缸在自复位弹簧的作用下收起，实现肥料的下放。该模块不仅可以松散化肥料防止粘黏，还能有效控制肥料与种子之间的间距，起到保护种子的作用。

图4 种肥箱

1.4 覆土模块

覆土模块如图5 所示。它在机体后方用双边齿条与覆土板连接，通过双边齿条的上下移动控制覆土量及覆土厚度，为作物生长提供合适的环境。

图5 覆土模块

2 控制程序设计

2.1 执行部件配置

精密播种机播种作业由各个机构协同运作完成，各机构执行部件配置如表1 所示。

表1 执行部件配置表

2.2 控制程序设计

设计的小型精密播种机选用慧鱼TXT 控制器，利用ROBO PRO 软件编写精密播种的控制程序，如图6 所示。上电初始化完成后，播种开始，M1、M2电机开始运作，推动整机前进。M3、M4电机正传，带动螺旋传动机构运动使开沟器下放，当碰到底部限位开关时停止下放。在下降过程中，M5、M6电机同时启动，开沟器正向旋转进行开沟。播种机前进，在前进过程中M8、M9电机启动，带动覆土板在双边齿条上向下运动，到达指定高度后停止下放。前进一段距离后，M7电机动作，带动排种器按照设定速度旋转开始排种。光敏传感器检测到排种一次后，电磁阀门动作一次，使得气压阀门间接动作定量排肥一次。到达耕地尽头时，M3、M4反转，开沟器提升，M5、M6停止运作。当最后一次排肥结束后，整机停止运作进入初始化状态，待机等待下一行的播种。

图6 播种机播种运行程序

2.3 各部分机构控制程序

初始化检测控制。启动后，M3、M4 电机反转，使开沟器上升，其余电机为停止状态，检测I1 数字量是否为1，是则检测I4，否则M3、M4 电机继续反转，直至开沟器升至上限位。然后检测I4 数字量是否为1，是则电机停止，否则EM1 M4、EM2 M1 电机继续反转，直至覆土板升至上限位。使EM2 M2、EM2 M3 电磁阀处于工作状态，肥箱气压阀门为常闭状态。初始化程序，如图7 所示。

图7 初始化程序

前进动力系统。M1正转，播种机前进；M1反转，播种机倒退。M2正转，左向转弯；M2反转，右向转弯。也可将自动控制模式电路切换至蓝牙控制器，利用慧鱼组件自带一体蓝牙控制装置，控制机身前进、后退及转向。

开沟机构动作。在播种机接收到播种信号后，M3、M4动作，使开沟器下降，在SQ2数字量为1 时停止。同时，M5、M6动作，进行开沟掘土。

覆土板机构。当播种机前进到达设定时间后，M8、M9下降动作，在SQ3输入数字量为1 时停止下降。

排肥排种机构。在播种机前进一定距离后，光敏传感器I5 接收到种子下播信号，EM1 M3 动作，进行播种。旋转同时，EM2 M2、EM2 M3 电磁阀关闭，气压阀门打开，实现施肥，施肥固定时间，气压阀门关闭。排种器每间隔固定的时间进行旋转，实现种子的精准定距播种，依次循环。

排肥排种机构。在播种机前进一定距离后，M7动作，排种器每间隔固定的时间进行旋转，实现种子的精准定距播种。旋转同时光敏传感器接收到信号，YV1、YV2电磁阀关闭，气压阀门打开，实现施肥。随后，气压阀门关闭，依次循环。

当播种到耕地尽头时，M3、M4反向动作，使开沟器上升，同时M5、M6停止动作使开沟器停止旋转。当SQ1为1 时，M3、M4停止动作。当排肥器排完最后一株肥料时，排种器驱动电机M7停止工作，M8、M9反向动作。当触碰到行程开关SQ4时，M8、M9停止动作。程序回到初始化，准备下一行播种或结束播种。播种机整体运行程序，如图8 所示。

图8 播种机整体运行程序

3 结语

基于慧鱼技术设计的小型精密播种机，实现了开沟深度任意调节、定距播种、定量排种、覆土掩埋的功能，并设计了双排开沟器，实现了播种机的间作播种。