全自动播种机
一、设备概述
名称
全自动可编程播种机（以下简称“播种机”）。
技术定位
将“PLC-伺服-步进-视觉-HMI-总线”六维一体技术移植到农业场景，实现“地块自动规划、种粒精确排放、漏播实时补种、数据云端回传”四大功能，适用于玉米、大豆、小麦等颗粒类作物。
外观尺寸与重量
整机尺寸：1800 mm（长）× 1200 mm（宽）× 800 mm（高）
结构质量：约 260 kg（不含电池）
履带接地比压：≤ 28 kPa，水田通过性良好。
二、技能考核标准与功能模块对照表
播种机行走模块 | 1.伺服差速转向编程 坐标闭环 | 伺服电机 0.4 kW×2<br>行星减速器 1:30<br>RTK 移动站 |
排种执行模块 | 1.排种轴角度位置控制漏播检测与补种 | 步进电机 86BYG450D<br>编码器 1000 P/R<br>气压补种阀 |
视觉检测模块 | 1.种粒识别计数2.行间距测量 | 工业相机 SV-H130M-C<br>25 mm 定焦镜头<br>环形 LED 光源 |
|人机界面模块 | 1.地块地图显示2.参数下发 | 7″ 彩色触摸屏 TGM765S-ET<br>以太网接口 |
变量施肥/播种扩展模块（预留） | 1.模拟量 PID 调速<br>2.配方曲线下载 | XD-E4AD2DA 模块
三、技术参数
1. 输入电源：DC 48 V（电池）/ AC 220 V（充电器）
2. 整机功率：≤ 1.2 kW（额定）
3. 工作环境：
1）温度：-10 ℃ ～ +45 ℃
2）相对湿度：≤ 90 %（+25 ℃）
3）海拔：≤ 4000 m
4. 播种行数：1～3 行（电动宽度可调）
5. 行距调节范围：30～70 cm
6. 株距调节范围：2～20 cm（HMI 数字设定）
7. 作业速度：0.3～1.0 m/s（伺服无级调速）
8. 播种深度：0.5～5 cm（电动丝杆闭环）
9. 漏播率：≤ 2 %（视觉补种后）
10. 续航：4 h（标配 48 V/60 Ah 锂电池，快换结构）
11. 本质安全：
- 48 V 全浮地系统，漏电保护动作时间 ≤ 30 ms
- 急停按钮、失速保护、电池 BMS 双重关断
- 所有接插件符合 CE 高绝缘等级
四、模块功能介绍
4.1 标准机架（等同于“实训台”）
- 20×80 mm 工业铝型材骨架，矩阵 Φ12 mm 定位孔，兼容学校现有快拆模块。
- 底部双层空间：A 面安装伺服/步进驱动器，B 面放置电池与工具抽屉。
- 预留 RS-485、CANopen、以太网三合一接口板，便于后续升级北斗/5G 网关。
4.2 行走伺服模块
- 两台 0.4 kW 伺服电机组成差速闭环，支持电子齿轮同步、圆弧插补。
- 编码器 23-bit，单圈分辨率 0.015°，满足≤ 2 cm 的轨迹重复精度
4.3 排种步进模块
- 86 步进 + 行星减速 1:20，步距角 0.09°，株距设定分辨率 1 mm。
- 排种盘快换结构，3 min 内完成玉米/大豆/小麦种子切换。
4.4 视觉检测模块
- 相机帧率 60 fps，内置硬件 FFT，可实时计算“缺粒-漏播-重播”三参数。
- 光源亮度 256 级 PWM 调节，适应黎明、正午、傍晚不同照度。
- 提供 HALCON/ROS 双 SDK，支持 OpenCV 直接调用。变量扩展模块（预留施肥/撒药）
- 0–10 V & 4–20 mA 双制式输出，可直接驱动外置变频器或计量泵。
- 已开放 PID 块，用户可在 30 min 内完成“配方曲线”二次开发。
五、实训/考核项目（与 PDF 章节一一对应）
1. 可编程控制器系统连接
(1) 行走伺服、排种步进、视觉、HMI 电源与信号线制作；
(2) 48 V 电池安全插拔与绝缘检测。
2. 可编程控制器系统配置
(1) PLC 以太网/IP 参数、伺服 PDO 映射、视觉 TCP/IP 端口配置；
(2) 触摸屏“配方存储区”与 PLC 变量地址关联。
3. 可编程控制器系统编程
(1) 基本逻辑：急停、互锁、状态机；
(2) 应用指令：伺服速度模式（VEL）、步进相对定位（DRVI）、视觉串口中断接收。
4. 可编程控制器系统调试
(1) I/O 强制仿真播种 500 次，漏播率统计；
(2) HMI 曲线显示实际速度 vs 设定速度；
(3) 整机联调：RTK 给定 20 m 直线路径，轨迹偏差 ≤ 3 cm。
5. 可编程控制器系统设计
(1) 独立轴速度控制——行走差速同步；
(2) 独立轴位置控制——排种角度闭环；
(3) 工业视觉系统——缺粒补种闭环；
(4) 简单过程控制——播种深度 PID（电位尺反馈）。
6. 参数整定与优化
(1) 伺服刚性/速度环自动整定； (2) 步进加减速 S 曲线抑制共振；
(3) 视觉曝光-增益-焦距三参数自动标定。
六、设备配置清单（单台套）
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序号
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名称
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数量
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核心规格/型号
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备注
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1
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标准机架
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1
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1800×1200×800 mm 铝型材
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带滚轮刹车
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2
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行走伺服电机
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2
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0.4 kW，23-bit 编码器
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信捷 DS5C-20P1
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3
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排种步进电机
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1
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86BYG450D，6 A
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信捷 DP-7022 驱动器
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4
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视觉套件
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1
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SV-H130M-C+25 mm 镜头+光源
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5
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PLC 控制器
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1
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XDHI-60T4-E
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6
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电池 & BMS |
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1
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48 V/60 Ah，快换箱
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3 h 快充 |
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7
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履带/张紧总成
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4
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180 mm 橡胶履带
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可拆卸
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8
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播种盘套件
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3
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玉米/大豆/小麦
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快换
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9
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工具盒
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1
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项目背景：传统农业播种依赖人工或半机械操作，存在播种不均、效率低、种子浪费大等问题。随着农业劳动力减少与精准农业需求提升，亟需一款集“精准、高效、智能”于一体的全自动播种机。结构说明：整机采用模块化设计，包含行走底盘、播种单元、种子箱、电控系统、RTK-GPS模块、视觉识别模块；核心部件有精量排种器（可调间距2~20 cm）、地轮编码器、深度调节装置（0.5~5 cm）、种子识别与补种系统（视觉+气压补种）。功能与使用说明：1.全自动路径规划——基于RTK-GPS与SLAM融合导航，支持不规则地块自动规划路径；2.智能播种控制——根据土壤湿度、类型自动调节播种深度与密度；3.实时监测——通过摄像头识别漏播、重播，自动补种，播种精度≥98%；4.远程管理——支持手机App远程监控、任务下发、数据回传；5.一键启动农民只需设定地块边界与作物类型，机器自动完成播种任务。
