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[摘 要]目前宝塔菜收获机的漏挖率和破损率都比较高，无法真正满足宝塔菜收获需求。基于此本文利用超声波测距，设计了宝塔菜收获机挖掘系统，利用自动限深技术，实时监测宝塔菜位置，随时调整收获机挖掘装置的高度，从而在挖掘过程中，达到降低宝塔菜的漏挖率和破损率的预期效果。经过系统测试，该宝塔菜收获机挖掘系统的误差限小于0.5cm漏挖率以及破损率均小于3%，符合设计要求。
[关键词]宝塔菜收获机；超声波测距；自动限深技术
中图分类号：TP01 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0223-01
一、引言
宝塔菜收获机还处于刚刚起步阶段，虽说有一定的应用推广，但是因为破损率以及漏挖率都比较高，不能完全的满足农业收获需要，导致使用并不是很广泛[1]-[3]。基于此本文设计一个适合于宝塔菜收获机的挖掘系统，利用超声波测距技术[4]，实时监测土地中的宝塔菜，通过系统分析判断宝塔菜的不同深度，随时改变挖掘机的挖掘高度进行挖掘，从而达到降低宝塔菜的漏挖率和破损率的效果，来完善宝塔菜收获机。
二、基本思路和研究内容
通过查阅相关书籍和有关资料发现，目前挖掘宝塔菜的机器设备极少，大多数还是以人工收挖为主，果实的漏挖率和破损率没有得到一个很好的解决。我想是否能利用超声波测距，设计一个宝塔菜收获机挖掘系统，利用自动限深技术，实时监测宝塔菜位置，随时调整收获机挖掘装置的高度，从而在挖掘过程中，达到降低宝塔菜的漏挖率和破损率的预期效果。
根据系统要求设计系统框架流程图，再基于6500超声波测距模块的自动限深测量和控制系统，设计挖掘系统硬件部分，最后设计出挖掘系统软件部分。然后通过系统测试，验证挖掘系统的漏挖率以及破损率。
三、挖掘系统整体设计
（1）挖掘系统整体设计
（1.1）挖掘系统要求
宝塔菜收获机挖掘系统，是利用了超声波测距技术，实时监测宝塔菜位置，然后随时改变挖掘装置的挖掘高度，来降低宝塔菜的破损率以及漏挖率的系统，它需要实现以下两大功能，一是实时监测宝塔菜位置，二是反馈宝塔菜位置，调控挖掘装置高度。
（1.2）挖掘系统结构
基于以上功能要求，构建挖掘系统流程框架图，如图所示：
宝塔菜收获机挖掘系统首先设置规定好挖掘深度单位以及初始挖掘深度，通过挖掘限深系统以及精度控制器，来调控挖掘装置，再通过深度信号监测系统，不断地实时监测宝塔菜位置，重新调控挖掘限深系统，重新调整挖掘装置高度，再根据最后挖掘装置调整之后的误差限信息反馈，调整挖掘信号检测系统，从而达到降低宝塔菜的漏挖率以及破损率的效果。
误差线计算公式[5]为：
（1）
为误差限，H为实际调整高度，h为计算调整高度。
（2）挖掘系统硬件设计
（2.1）深度信号检测系统
深度信号监测系统的检测工具超声波传感器模块，工作流程框架图如图所示：
该系统通过利用超声波传感器收发40kHz的方波信号并计时确定往返时间，在得到了超声波的往返时间T后，将信息通过信号处理系统确定，得到精确地信息，再经过深度信号转化系统，将得到的深度信息传递到挖掘限深系统。
（2.2）挖掘限深系統
挖掘限深系统，接受深度信号，通过深度转换系统，利用公式（2）计算得出宝塔菜具体深度[6]，再根据之前设置的初始深度以及深度单位，转换得出具体的挖掘装置高度改变程度，然后将信号传递到限深系统当中：
（2）
H为挖掘高度，T1、T2分别为两次超声波的往返时间，单位为S，C为超声波在空气中的传递速度，单位为m/s，L1为挖掘装置的臂长。
（2.3）精度控制系统
精度控制系统选用STC12LE4052单片机[7]，为一种改进型的51兼容单片机，指令集及主要架构与经典51相同，单指令速度大大提升，可以减少响应延时的不确定，提高计时精度，从而大大提高了挖掘深度监测的精确性。
（3）挖掘系统软件设计
（3.1）整体系统软件设计
系统初始化后，会设定合理误差限，通过超声波传感器收发出信号，对得到的信号进行采集分析，然后将分析确定后的信息，传递到收获机挖掘装置，再根据挖掘装置的高度调整，得出一个误差限，反馈到超声波传感器，如果误差限合理范围内，就挖掘宝塔菜。
（3.2）超声波传感器软件设计
超声波传感器[8]是深度信号检测系统最关键的部分，它通过发出信号，并获取反射信号来进行工作，在遇到了反射信号的时候，会同时再发出一次信号，确定信号无误，然后记录两次收发信号的时间，将信号传递到挖掘限深系统。
四、结论
针对宝塔菜收获机的破损率与漏挖率较高的问题，设计了一种新的限深挖掘系统，该系统根据利用超声波定位系统，确定宝塔菜的位置，实时调整宝塔菜收获机的挖掘装置，降低宝塔菜的漏挖率和破损率。
参考文献
[1] 王彦军，魏宏安，张得俭，寇明杰.4M-2型马铃薯联合收获机传动系统的研制[J].甘肃农业大学学报，2007，06：138-142.
[2] 王方艳，梁洁，尚书旗，刘曙光，姜元志.花生收获机传动系统的运动机理分析与参数优化[J].农业机械学报，2006，06：49-53.
[3] 濮良贵 纪名刚主编.机械设计.第八版：高等教育出版社，2011.5.
[4] 成大先主编.机械设计手册第四版.化学工业出版社，2008.1.
[5] 罗锡文，张泰岭，洪添胜.“精细农业”技术体系及其应用[J].农业机械学报，2001，32（2）：103-106.
[6] 李 欣，张 清，阮建中，等.不同长度敏感元件的两种巨磁阻抗传感器传感性能研究[J].传感技术学报，2008，21（7）： 1147-1150.
[7] 鲍丙豪，蒋 峰.单非晶丝磁芯双绕组新型磁传感器理论与实验研究[J].传感技术学报，2006，19（4）：1001-1008.
[关键词]宝塔菜收获机；超声波测距；自动限深技术
中图分类号：TP01 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0223-01
一、引言
宝塔菜收获机还处于刚刚起步阶段，虽说有一定的应用推广，但是因为破损率以及漏挖率都比较高，不能完全的满足农业收获需要，导致使用并不是很广泛[1]-[3]。基于此本文设计一个适合于宝塔菜收获机的挖掘系统，利用超声波测距技术[4]，实时监测土地中的宝塔菜，通过系统分析判断宝塔菜的不同深度，随时改变挖掘机的挖掘高度进行挖掘，从而达到降低宝塔菜的漏挖率和破损率的效果，来完善宝塔菜收获机。
二、基本思路和研究内容
通过查阅相关书籍和有关资料发现，目前挖掘宝塔菜的机器设备极少，大多数还是以人工收挖为主，果实的漏挖率和破损率没有得到一个很好的解决。我想是否能利用超声波测距，设计一个宝塔菜收获机挖掘系统，利用自动限深技术，实时监测宝塔菜位置，随时调整收获机挖掘装置的高度，从而在挖掘过程中，达到降低宝塔菜的漏挖率和破损率的预期效果。
根据系统要求设计系统框架流程图，再基于6500超声波测距模块的自动限深测量和控制系统，设计挖掘系统硬件部分，最后设计出挖掘系统软件部分。然后通过系统测试，验证挖掘系统的漏挖率以及破损率。
三、挖掘系统整体设计
（1）挖掘系统整体设计
（1.1）挖掘系统要求
宝塔菜收获机挖掘系统，是利用了超声波测距技术，实时监测宝塔菜位置，然后随时改变挖掘装置的挖掘高度，来降低宝塔菜的破损率以及漏挖率的系统，它需要实现以下两大功能，一是实时监测宝塔菜位置，二是反馈宝塔菜位置，调控挖掘装置高度。
（1.2）挖掘系统结构
基于以上功能要求，构建挖掘系统流程框架图，如图所示：
宝塔菜收获机挖掘系统首先设置规定好挖掘深度单位以及初始挖掘深度，通过挖掘限深系统以及精度控制器，来调控挖掘装置，再通过深度信号监测系统，不断地实时监测宝塔菜位置，重新调控挖掘限深系统，重新调整挖掘装置高度，再根据最后挖掘装置调整之后的误差限信息反馈，调整挖掘信号检测系统，从而达到降低宝塔菜的漏挖率以及破损率的效果。
误差线计算公式[5]为：
（1）
为误差限，H为实际调整高度，h为计算调整高度。
（2）挖掘系统硬件设计
（2.1）深度信号检测系统
深度信号监测系统的检测工具超声波传感器模块，工作流程框架图如图所示：
该系统通过利用超声波传感器收发40kHz的方波信号并计时确定往返时间，在得到了超声波的往返时间T后，将信息通过信号处理系统确定，得到精确地信息，再经过深度信号转化系统，将得到的深度信息传递到挖掘限深系统。
（2.2）挖掘限深系統
挖掘限深系统，接受深度信号，通过深度转换系统，利用公式（2）计算得出宝塔菜具体深度[6]，再根据之前设置的初始深度以及深度单位，转换得出具体的挖掘装置高度改变程度，然后将信号传递到限深系统当中：
（2）
H为挖掘高度，T1、T2分别为两次超声波的往返时间，单位为S，C为超声波在空气中的传递速度，单位为m/s，L1为挖掘装置的臂长。
（2.3）精度控制系统
精度控制系统选用STC12LE4052单片机[7]，为一种改进型的51兼容单片机，指令集及主要架构与经典51相同，单指令速度大大提升，可以减少响应延时的不确定，提高计时精度，从而大大提高了挖掘深度监测的精确性。
（3）挖掘系统软件设计
（3.1）整体系统软件设计
系统初始化后，会设定合理误差限，通过超声波传感器收发出信号，对得到的信号进行采集分析，然后将分析确定后的信息，传递到收获机挖掘装置，再根据挖掘装置的高度调整，得出一个误差限，反馈到超声波传感器，如果误差限合理范围内，就挖掘宝塔菜。
（3.2）超声波传感器软件设计
超声波传感器[8]是深度信号检测系统最关键的部分，它通过发出信号，并获取反射信号来进行工作，在遇到了反射信号的时候，会同时再发出一次信号，确定信号无误，然后记录两次收发信号的时间，将信号传递到挖掘限深系统。
四、结论
针对宝塔菜收获机的破损率与漏挖率较高的问题，设计了一种新的限深挖掘系统，该系统根据利用超声波定位系统，确定宝塔菜的位置，实时调整宝塔菜收获机的挖掘装置，降低宝塔菜的漏挖率和破损率。
参考文献
[1] 王彦军，魏宏安，张得俭，寇明杰.4M-2型马铃薯联合收获机传动系统的研制[J].甘肃农业大学学报，2007，06：138-142.
[2] 王方艳，梁洁，尚书旗，刘曙光，姜元志.花生收获机传动系统的运动机理分析与参数优化[J].农业机械学报，2006，06：49-53.
[3] 濮良贵 纪名刚主编.机械设计.第八版：高等教育出版社，2011.5.
[4] 成大先主编.机械设计手册第四版.化学工业出版社，2008.1.
[5] 罗锡文，张泰岭，洪添胜.“精细农业”技术体系及其应用[J].农业机械学报，2001，32（2）：103-106.
[6] 李 欣，张 清，阮建中，等.不同长度敏感元件的两种巨磁阻抗传感器传感性能研究[J].传感技术学报，2008，21（7）： 1147-1150.
[7] 鲍丙豪，蒋 峰.单非晶丝磁芯双绕组新型磁传感器理论与实验研究[J].传感技术学报，2006，19（4）：1001-1008.