育秧播种机作为提高水稻作物产量的重要设备,气吸振动盘式育秧播种机因为其不伤种,无需分级挑选种子的优势,得到了广泛的应用。随着我国农业自动化技术的不断发展,气振盘式育秧播种机的自动化水平也越来越高。但是在播种工作过程中,由于连续播种杂质、过小稻粒等导致吸种孔堵塞,形成的“卡种”现象会导致空穴率增加。针对这一问题,本文设计基于嵌入式ARM的自适应清种装置,通过在播种过程中对吸种盘堵孔进行清理,实现播种空穴率的降低,主要研究内容如下:(1)自适应清种装置的方案论证及总体设计。在分析课题组自主研制的气振盘式育秧播种机的工作原理的基础上,首先提出三种清种方案:清种针盘,清种毛刷以及自适应清种装置方案,经过理论分析及试验,最终选择自适应清种装置为本文设计的方案。接着设计了自适应清种装置的总体结构。该装置由播种效果检测模块及自动清种机构两部分组成,由播种效果检测模块将其检测得到的堵孔信息传输给主控单元,然后控制自动清种机构执行清种动作。(2)播种效果检测模块的设计。检测模块主要由工业相机,主控单元组成,工业相机安装于排种位上方的支架,在每次排种完毕后实时采集秧盘图像传送至主控单元,经过图像处理分析后得到空穴与堵孔信息。将空穴数、空穴坐标、堵孔坐标存入不同数组,并将堵孔坐标数组作自动清种机构及其控制系统执行清种工作的依据。该部分的软件平台在嵌入式Ubuntu系统下搭建,以qt作为运行环境,C++作为编译语言,Opencv作为图像处理环境库。(3)自动清种机构及其控制系统的设计。自动清种机构主要由主控单元、安装支架、步进电机及其驱动器、滚珠丝杠和清种针组成。其中步进电机及其驱动器与滚珠丝杠组合成二自由度清种机械臂,清种针由针头和电磁铁组成,针头通过螺纹固定在电磁铁的顶部。该机构的控制流程为:由主控单元采用遗传算法规划清种路线,发送控制信号控制步进电机带动清种针进行清种,运行模式根据两个堵孔之间的距离分为自启动模式与S曲线加减速模式。(4)自适应清种装置的调试和试验。首先进行了育秧播种机参数确定的试验,确定播种机在振动种盘振动频率为10Hz,真空负压值为4.5kPa时,空穴率较低。其次进行了自动清种装置参数确定试验,结果表明,在自启动模式下电机转速为150r/min,加减速模式下电机最大转速为375r/min,是自动清种机构保证长时间安全稳定工作的最优参数。然后进行播种检测模块准确性验证试验,结果表明,播种效果检测模块在连续检测20盘中,正确率≥95%,平均用时0.746s,具有良好的实用性。最后进行自适应清种装置性能验证试验,结果表明,在精密播种机最大空穴率≤5.5%且连续播种50盘的情况下,通过使用自适应清种装置,将平均空穴率由未采用任何清种措施时的4.4%降低至2.4%。使用自适应清种装置后,平均单次播种时间为8.7s,播种效率可以达到410盘/h以上。说明自适应清种装置,有效地清理了由于卡种引起的堵孔,降低了播种空穴率,提升了播种精度,为进一步实现播种机的自动化提供了技术支持。