玉米免耕作施肥播种机的作用及全自动控制系统优化创新

栾晓萍

为提升玉米免耕作施肥播种机的自动化水平，我们通过对机械设备的精心优化设计以及对控制系统的进一步改进，实现了系统的全自动化。根据玉米免耕作施肥播种机在实际工作中的需求，设计了一套全自动控制系统。通过对硬件结构、软件系统以及系统功能等的深度优化，成功实现了自动开沟、施肥和播种等作业功能。此外，还确保了播种量和开沟宽度等参数符合设计要求。这一系列的改进不仅提高了作业效率，也使得玉米免耕作施肥播种机更加智能、高效，适应了现代农业对自动化技术的不断需求。

一、玉米免耕作施肥播種机概述

1、国内外播种机种类及特点

国内外玉米播种机种类繁多，其主要依据是播种农艺的不同而有所不同。国内播种机种类主要包括单轴滚筒条播机、单轴圆盘条播机、穴播机等。国外主要以盘条播机和穴播机为主，国外穴播机主要是针对欧洲地区的气候特点设计制造，其通过安装在开沟器上的镇压部件，将种子通过压条压入土壤中。穴播是利用穴播机械将种子均匀地铺撒在播种行上，可以大大减少播种时的重播和漏播现象。国外玉米播种机穴播技术目前已经较为成熟，其具有高效、节能、省种、省工、省肥、省药等优点。目前我国主要有新疆生产建设兵团生产的单轴双圆盘条播机和吉林生产的单轴滚筒条播机，这些播种机可以满足我国东北、西北地区的玉米免耕作施肥播种要求，且操作灵活方便。目前我国玉米免耕作施肥播种机多为引进产品，且产品种类单一，存在技术含量低、品种单一等问题。

2、开沟部件

开沟部件是玉米免耕作播种机的核心部件，根据排种器和开沟器的结构形式，可分为立式和卧式两种。立式开沟部件通常包括螺旋开沟器、圆盘式开沟器、双圆盘式开沟部件等，结构简单，但存在漏种现象，且难以调节。卧式开沟部件由左右2个圆盘式开沟部件组成，4个滚轮组成，每个滚轮都有一个独立的旋转运动，这种结构具有防堵能力。卧式开沟部件的不足之处是两侧滚轮受力不均，且在工作过程中容易产生侧滑现象。我国目前已有多家生产厂家推出了螺旋和圆盘式开沟部件的玉米免耕作播种机。螺旋开沟部件具有结构简单、操作灵活、工作效率高等优点。但由于螺旋开沟器存在侧滚和侧滚下沟两个问题，目前国内研制的玉米免耕作播种机大多采用双圆盘式开沟部件，其优点是增加了拖拉机的牵引阻力，可适应于不同土壤条件和作业环境。

3、播种部件

首先单轴滚筒条播机。该类型播种机种盘由滚筒、传动装置、排种器组成，滚筒上安装有1个或2个螺旋叶片，当工作时，将种子与土壤一起吸入到滚筒处的排种器中。同时，滚筒与机架之间有一定间隙，使得种子不会和土壤一起进入滚筒中，保证播种质量。由于结构简单、作业效率高，目前在我国玉米免耕作播种机中占据主导地位。其次单轴圆盘条播机，该类型播种机种盘由圆盘和传动装置组成，工作时将种子与土壤一起吸入圆盘中，并通过传动装置带动圆盘转动。

4、镇压部件

镇压是玉米免耕作施肥播种机的关键部件，是保持土壤墒情的重要措施。通过镇压作业可将种子和土壤压实，使种子和土壤紧密接触，保证种子的正常萌发和根系生长。目前国内主要是将镇压装置安装在播种机的排种器上，通过调节镇压轮的转速来控制机具前进速度和种子与土壤的接触面积，从而达到保证播种质量的目的。镇压轮属可调式镇压装置，根据不同种植模式选择相应的镇压轮轮齿数量。常用的有5齿、7齿、10齿、12齿和16齿等，其结构形式主要有平压式、圆压式、凸压式和V型凸压式等。根据镇压轮轴上安装的镇压轮数量不同，分为1～6个不同型号。国外多采用双轮对开或双轮对开式镇压轮，其优点是种子在土壤中分散均匀，同时又可实现强制镇压。

5、施肥部件

施肥部件是玉米免耕作施肥播种机的重要组成部分，在播种作业过程中完成开沟、施肥、覆土等工作。目前使用的玉米免耕作施肥播种机的施肥部件主要有两种类型，即开沟器与施肥盘，其中开沟器又分为刀盘式开沟器和圆盘式开沟器，而施肥盘则分为圆盘式和双盘式。

6、发展现状

随着我国农业机械技术的快速发展，我国玉米免耕作播种机行业也得到了飞速发展，尤其是我国自行研制开发的玉米免耕作播种机在国内外均具有较高的知名度和影响力。我国自行研制的玉米免耕作播种机主要是以单轴滚筒条播机、双轴圆盘条播机和穴播机为主，同时也有少量的穴播设备。但与国外先进技术相比，我国玉米免耕作播种机行业在装备技术、产品性能、产品质量和作业效率等方面还有一定差距。与国外先进技术相比，国内玉米免耕作播种机行业存在着播种作业质量不高、施肥量不准确、生产率较低、适应性不强等问题。为了使我国玉米免耕作播种机行业得到快速发展，应从以下几个方面入手：首先，加大对玉米免耕作播种机研发力度，不断提高我国玉米免耕作播种机的作业质量，以满足不同地区对玉米免耕作播种机的作业要求。其次，注重加强对我国玉米免耕作播种机生产企业的扶持力度，提升生产技术水平和产品质量。最后，加强对农民及农机用户的培训工作，提高其操作使用水平。

二、玉米免耕作施肥播种机的作用

1、实现播种作业全自动化

与传统的人工播种相比，自动控制播种可以实现播种作业全自动化。国外玉米免耕作播种机已实现了种子和肥料的精确定量、播种作业全自动化，可大大降低作业人员的劳动强度，提高生产效率。而国内的玉米免耕作播种机仍处于人工操作阶段，主要依赖人工完成播种、施肥、镇压等工作。在这种情况下，如何提高玉米免耕作播种机的作业自动化水平、降低劳动强度、提高生产效率就显得尤为重要。

2、提高施肥和覆土精度

自动控制施肥和覆土精度是玉米免耕作施肥播种机实现机械化作业的关键技术之一。目前我国玉米免耕作施肥播种机大多采用开沟器－圆盘式排种器，这种排种器只能满足种子在土壤中均匀分散，无法有效防止种子堆积。因此，为了满足不同地区对玉米免耕作施肥播种机的作业要求，在设计播种机时应尽可能采用新型的排种器，如具有强制镇压功能的排种器和带有可调节式镇压轮的排种器等，同时应尽可能提高排种装置和开沟器的工作效率，以提高播种机的作业效率。

3、实现智能化控制

玉米免耕作施肥播种机在生产过程中应根据不同的种植模式和土壤条件选择相应的开沟部件、开沟器－圆盘式排种器、种子和肥料精确定量、播种作业全自动化等技术。目前国内外玉米免耕作播种机大都采用单片机进行控制，单片机控制系统具有成本低、可靠性高、操作方便等特点，但由于受单片机自身性能限制，其控制精度较低。

三、玉米播种机全自动控制系统优化

正如前文所述，玉米免耕作施肥播种机作为新型的农业设备，能够在极大程度上规避传统农业种植过程中的问题，因此工作人员需要加大研究力度，分析该机械的应用技巧，掌握其系统应用原理，结合农业生产的具体情况，对其控制系统进行优化与创新，进而提高玉米播种机全自动化水平，让其能够更好地服务于农业，提高我国农业生产质量，实现社会经济的稳定持续发展。工作人员可以通过以下几个方面对其进行优化与创新：

1、结构设计

将每条“一”字形开沟器的开沟宽度调整为15cm，适应不同类型的土壤。同时，减小开沟器之间的距离至30cm，增加播种密度，适用于高密度播种的需求。保持每条“S”形开沟器的20cm开沟宽度，但进行结构优化，增加土壤的切割效果。两条平行的“S”形开沟器之间的距离调整为25cm，使播种机更灵活适应不同作物和土地类型。排种轮进行改进，以适应不同类型的种子。通过优化排种轮的结构和材料，提高播种的精度和适应性，确保不同种类的种子都能够顺畅地被播种。在农业方面，该设计具备多功能适应性，能够适用于不同农田类型，如湿地、干地等。通过对开沟器的可调宽度和间距，以及排种轮的创新设计，使得播种机能够满足不同农作物的种植需求。结构设计的优化旨在提高播种效率，减少能耗，确保种子的均匀分布。播种机通过自动化开沟和排种的过程，大大减轻了农民的劳动强度，提高了作业效率。

2、单片机模板设计

單片机模板在农业领域的应用主要涉及传感器信号的采集、数据处理、液晶显示以及与其他设备的通信，在农业方面，单片机通过传感器采集土壤湿度、温度等信息，实现智能化农业管理。单片机根据采集的数据自动计算施肥量和种子数，通过控制电动机和继电器实现自动化施肥和种植。通过液晶显示器实时显示处理结果，使农民能够随时监测农业生产状况，提高生产效率。通过串口与计算机连接，实现数据传输，支持远程监控和管理，提高农业生产的智能化水平。

3、测速传感器模板设计

在农业领域，测速传感器模板的应用主要集中在农业机械设备上，用于实时采集农机运动的速度信息，以优化农业生产流程、提高效率和降低成本。在农机设备上应该选择合适的位置安装测速传感器模板，通常安装在农机的旋转轴上，如拖拉机的轮轴或旋耕机的刀轴。通过调整齿轮齿数，可以调整传感器的安装位置，使其更加适应不同农机的结构和运动方式。测速传感器模板实时采集农机的速度信息，通过控制装置将这些信息反馈给农民或自动化控制系统，使农民能够及时了解农机的运动状态。利用传感器采集到的速度信息，可以实现对农机速度的智能调整，提高作业效率和农业生产的质量。通过测速传感器模板采集的数据，可以对农机的性能进行分析，及时发现和修复设备故障，减少因故障造成的生产中断和维修成本。通过实时监测农机的速度，可以评估燃油的消耗情况，有助于农民优化作业计划，降低燃油成本。结合测速传感器的信息，可以实现农机的自动导航系统，提高农田作业的自动化水平，减轻农民的劳动强度。根据农机的速度信息，智能控制施肥和种植操作，确保在适当的速度下完成农田作业，提高农作物产量。

4、步进电机驱动模板设计

在农业领域，步进电机驱动模板可以应用于各种农业机械设备，用于控制和驱动步进电机，实现精准的运动控制和自动化操作。根据具体的农业机械设备，合理设计步进电机驱动模板的尺寸，确保其匹配步进电机的尺寸，从而适应不同的种植和播种需求。通过精心设计，保证步进电机驱动模板的稳定性，使其在种植和播种过程中能够提供可靠的运动控制。同时设计适用于农田灌溉系统的电路，实现对水泵、阀门等设备的步进电机精准控制，以实现灌溉水平的智能化管理。还要根据实际需求选择合适的编码器和信号放大器，用于实现步进电机驱动模板与农田灌溉系统的无缝集成。可以利用步进电机驱动模板设计智能化的农业收割机械，通过步进电机实现刀具的精准控制，提高收割的效率和质量。使用STC12C5A60S2单片机对系统进行整体控制，实现收割机械的自动化和智能化操作。利用步进电机驱动模板实现农业机械的自动导航系统，对步进电机的精准控制实现车辆的自主导航。通过STC12C5A60S2单片机对导航系统进行智能控制，使农业机械能够在农田中实现自动行驶。

5、声光报警模板设计

在农业机械设备的正常作业过程中，及时发现和处理问题是确保高效农业生产的关键。声光报警模板的设计在这方面起着重要的作用，能够及时反馈异常情况，帮助农民维护和管理机械设备。针对机械设备的实际工作情况，设计人员应根据开沟器堵塞、施肥机堵塞等问题，合理设置各模块的阈值，包括传感器对异常情况的灵敏度，确保在问题发生时能够及时检测到。当机械设备发生故障时，系统应该能够发出明显的报警声，并启动警示灯。这些声音和光信号的记录应被保存，以便在后续的维修和调试中提供有用的信息。设计声光报警模板时，应特别考虑开沟器和施肥机的工作状态。例如，开沟器堵塞报警可使用“叮铃”声，伴随着明显的警示灯闪烁，而施肥机堵塞报警可以选择“嘶嘶”声和闪烁的警示灯。警示灯模块通过检测开沟器的堵塞情况来进行警告。当开沟器堵塞时，设计模板应触发相应的“咔嗒”声和警示灯，以向农民提示问题所在。将声光报警模板与智能化监控系统相结合，能够实时监测机械设备的状态，通过传感器采集数据，对设备的运行状况进行实时监测，及时发现并报警处理问题。在农业生产中，农民可能分散经营多块田地。设计模板时，考虑加入远程通信功能，使农民能够通过手机或其他设备接收到机械设备的报警信息，方便及时采取措施。

6、控制系统软件设计

在农业机械的控制系统中，软件设计是确保整个系统高效运行的核心。该软件不仅负责对开沟器的控制，还实现了各种功能的设定、工作模式的转换，以及对数据的存储、显示和记录。软件通过设定自动控制逻辑，实现对开沟器的精准控制，包括控制开沟器的深度、宽度等参数，以适应不同的农田和作物需求。根据不同的农业操作阶段，软件需要实现工作模式的转换，如从播种模式切换到施肥模式，或从耕作模式切换到停机模式等。通过程序计算，软件能够根据用户设定和实际传感器数据，准确计算出播种量、开沟宽度和施肥量等参数。提供直观的数据显示界面，让农民能够清晰地了解当前作业状态和各项参数，以便及时做出调整。还要引入故障判断功能，通过传感器数据监测和算法判断，及时发现开沟器堵塞、施肥机故障等异常情况。在软件设计中考虑系统稳定性，通过算法优化和逻辑设计，确保在各种工作条件下都能保持系统的稳定运行。可以将作业过程中的关键数据进行存储，形成历史记录，为后续的数据分析和决策提供依据。当系统发生异常时，软件能够记录相关事件，以便维护人员进行故障排查和修复。

总而言之，免耕作技术是指在玉米全自动技术中最重要的一项技术，主要是采用机械方法代替人工或畜力，在一定时期内免耕，不翻土、不压草、不耙地，保持原有土壤结构和耕层结构，为此，国家大力发展该项技术，工作人员要对其进行分析，了解其结构特征，明确其应用原则，合理开展优化与创新，提高其自动化水平，促进我国农业的快速发展。