冬笋探测挖掘一体车论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了冬笋探测挖掘一体车，包括车体，车体具有四个车轮，且均匀分布在车体两侧，车体上设置有挖掘冬笋的挖掘组件和用于探测冬笋的探测电路、用于提示用户成功探测到冬笋的警示电路、用于接收发信号的微控制器；探测电路和警示电路均与微控制器通信连接，以受发送或接收信号给微控制器；车体上设置有与车轮联动的蜗轮蜗杆电机，蜗轮蜗杆电机与微控制器通信连接，以接收微控制器输出的驱动信号进行转动。本实用新型能够辅助农名探测挖掘冬笋，提高农民收入，同时辅助调节竹林生态的平衡。

主设计要求

1.冬笋探测挖掘一体车，包括车体，所述车体具有四个车轮，且均匀分布在车体两侧，其特征在于，所述车体上设置有挖掘冬笋的挖掘组件(1)和用于探测冬笋的探测电路(2)、用于提示用户成功探测到冬笋的警示电路(6)、用于接收发信号的微控制器(3)；所述探测电路(2)和警示电路(6)均与微控制器(3)通信连接，以受发送或接收信号给微控制器(3)；所述车体上设置有与车轮联动的蜗轮蜗杆电机(4)，所述蜗轮蜗杆电机(4)与微控制器(3)通信连接，以接收微控制器(3)输出的驱动信号进行转动。

设计方案

2.根据权利要求1所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述警示电路(6)包括用于显示操作界面和显示探测信息的显示器(61)、用于发出探测警报的蜂鸣器(62)，所述显示器(61)设置在车体的把手处，所述蜂鸣器(62)设置在显示器(61)上，所述显示器(61)和蜂鸣器(62)均与微控制器(3)通信连接，以接收微控制器(3)的发出探测信息或者发送交互信息给微控制器(3)。

3.根据权利要求1或2所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述探测电路(2)包括用于生产探测信号的高频信号源(23)、用于发送探测信号的发射天线(21)、用于接收返回的探测信号的接收天线(22)；所述高频信号源(23)与发射天线(21)通信连接，所述接收天线(22)与微控制器(3)通信连接，以获取反馈的探测信号并与预设的信号源信号进行比对。

4.根据权利要求3所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述探测电路(2)还包括用于分配高频信号源(23)的功率分配器(24)和用于比对返回的探测信号的幅相检测模块(25)，所述功率分配器(24)连接在高频信号源(23)和发射天线(21)之间；所述幅相检测模块(25)连接在微控制器(3)和接收天线(22)之间，所述功率分配器(24)还与幅相检测模块(25)耦接，所述功率分配器(24)均分高频信号源(23)的输出的信号给幅相检测模块(25)和发射天线(21)。

5.根据权利要求4所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述微控制器(3)和幅相检测模块(25)之间还设置有AD转换模块(26)，以接收幅相检测模块(25)输出的比对信号并进行AD转换后发送给微控制器(3)。

6.根据权利要求1所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述挖掘组件(1)包括供人脚踏的踏板(11)、用于挖掘的铲斗(12)、用于装配的连接杆(13)；所述连接杆(13)的一端与踏板(11)固定连接，另一端与车体铰接，所述铲斗(12)固定连接在连接杆(13)上；所述连接杆(13)上还固定连接有弹簧，所述弹簧的一端与连接杆(13)固定连接，另一端与车体固定连接；当踏板(11)被踩下时，铲斗(12)铲入泥土中，且弹簧被拉伸。

7.根据权利要求6所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述铲斗(12)背向连接杆(13)延伸的一侧弯曲呈弧形，且该侧横截面呈三角形结构。

8.根据权利要求7所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述铲斗(12)上三角形结构一侧的截断面呈楔形。

9.根据权利要求8所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述连接杆(13)相对踏板(11)的一端向下弯折后与踏板(11)固定连接。

10.根据权利要求9所述的冬笋探测挖掘一体车，其特征在于，所述车体的手柄上设置有用于警示用户的震动组件(5)，所述震动组件(5)与微控制器(3)耦接，以接收微控制器(3)发送的震动信号并执行震动动作。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及冬笋挖掘技术领域，具体为一种冬笋探测挖掘一体车。

背景技术

中国是世界上竹类资源最为丰富，竹林面积最大、蓄积量及竹材、竹笋产量最高、竹类栽培和利用历史最悠久的国家。冬笋作为竹的幼芽既有食用价值，又有药用价值，和春笋、夏笋相比，冬笋的口感更佳，营养更丰富。对冬笋的合理采挖，既有助于竹林生态的平衡，又能提高农民的经济收入。冬笋通常生长在地表下方，不依靠特定工具探寻到冬笋是件较为困难的事，盲目挖掘不仅会对冬笋造成破损，还会破坏土壤结构。目前农村中主要靠经验丰富的老农挖掘。经检索，市场上并没有专门探测冬笋的仪器。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供冬笋探测挖掘一体车，能够辅助农名探测挖掘冬笋，提高农民收入，同时辅助调节竹林生态的平衡。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：冬笋探测挖掘一体车，包括车体，所述车体具有四个车轮，且均匀分布在车体两侧，所述车体上设置有挖掘冬笋的挖掘组件和用于探测冬笋的探测电路、用于提示用户成功探测到冬笋的警示电路、用于接收发信号的微控制器；所述探测电路和警示电路均与微控制器通信连接，以受发送或接收信号给微控制器；所述车体上设置有与车轮联动的蜗轮蜗杆电机，所述蜗轮蜗杆电机与微控制器通信连接，以接收微控制器输出的驱动信号进行转动。

作为本实用新型的进一步改进，所述警示电路包括用于显示操作界面和显示探测信息的显示器、用于发出探测警报的蜂鸣器，所述显示器设置在车体的把手处，所述蜂鸣器设置在显示器上，所述显示器和蜂鸣器均与微控制器通信连接，以接收微控制器的发出探测信息或者发送交互信息给微控制器。

作为本实用新型的进一步改进，所述探测电路包括用于生产探测信号的高频信号源、用于发送探测信号的发射天线、用于接收返回的探测信号的接收天线；所述高频信号源与发射天线通信连接，所述接收天线与微控制器通信连接，以获取反馈的探测信号并与预设的信号源信号进行比对。

作为本实用新型的进一步改进，所述探测电路还包括用于分配高频信号源的功率分配器和用于比对返回的探测信号的幅相检测模块，所述功率分配器连接在高频信号源和发射天线之间；所述幅相检测模块连接在微控制器和接收天线之间，所述功率分配器还与幅相检测模块耦接，所述功率分配器均分高频信号源的输出的信号给幅相检测模块和发射天线。

作为本实用新型的进一步改进，所述微控制器和幅相检测模块之间还设置有AD转换模块，以接收幅相检测模块输出的比对信号并进行AD转换后发送给微控制器。

作为本实用新型的进一步改进，所述挖掘组件包括供人脚踏的踏板、用于挖掘的铲斗、用于装配的连接杆；所述连接杆的一端与踏板固定连接，另一端与车体铰接，所述铲斗固定连接在连接杆上；所述连接杆上还固定连接有弹簧，所述弹簧的一端与连接杆固定连接，另一端与车体固定连接；当踏板被踩下时，铲斗铲入泥土中，且弹簧被拉伸。

作为本实用新型的进一步改进，所述铲斗背向连接杆延伸的一侧弯曲呈弧形，且该侧横截面呈三角形结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述铲斗上三角形结构一侧的截断面呈楔形。

作为本实用新型的进一步改进，所述连接杆相对踏板的一端向下弯折后与踏板固定连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述车体的手柄上设置有用于警示用户的震动组件，所述震动组件与微控制器耦接，以接收微控制器发送的震动信号并执行震动动作。

本实用新型的有益效果，通过微控制器控制蜗轮蜗杆电机带动车轮转动，进而拖动车体移动，在不平整的土面更容易移动，更省力。另外，通过探测电路对土地进行探测，能够辅助用户找到埋藏在土里的冬笋，当探测电路探测到冬笋后他探测电路可以发送探测信号给微控制器，微控制器接收到探测信号后发送警示信号给警示电路，此时警示电路做出警示动作，提醒用户已经检测到冬笋，可以开始挖掘。用户通过人工控制挖掘组件可以对冬笋进行挖掘，不需要人工携带锄头进行挖掘，通过本实用新型的一体车可以完成探测和挖掘的操作，方便用户使用，提高农民对冬笋的挖掘效率，进而提高农民受益，并且辅助竹林生态的平衡。其中带动车轮转动的电机采用蜗轮蜗杆的联动方式与车轮进行联动，可以增加扭矩，进而让驱动能力更强，让车体在土地上更方便移动。

附图说明

图1为本实用新型的电路模块连接框图；

图2为本实用新型的冬笋探测示意图；

图3为本实用新型的车体立体结构示意图；

图4为本实用新型的车体侧视结构示意图。

附图标号：1、挖掘组件；11、踏板；12、铲斗；13、连接杆；2、探测电路；21、发射天线；22、接收天线；23、高频信号源；24、功率分配器；25、幅相检测模块；26、AD转换模块；3、微控制器；4、蜗轮蜗杆电机；41、电机驱动模块；5、震动组件；6、警示电路；61、显示器；62、蜂鸣器。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本实用新型做进一步的详述。

参照图1-4所示，本实施例的冬笋探测挖掘一体车，包括车体，所述车体具有四个车轮，且均匀分布在车体两侧，所述车体上设置有挖掘冬笋的挖掘组件1和用于探测冬笋的探测电路2、用于提示用户成功探测到冬笋的警示电路6、用于接收发信号的微控制器3；所述探测电路2和警示电路6均与微控制器3通信连接，以受发送或接收信号给微控制器3；所述车体上设置有与车轮联动的蜗轮蜗杆电机4，所述蜗轮蜗杆电机4与微控制器3通信连接，以接收微控制器3输出的驱动信号进行转动。

当用户需要对冬笋进行挖掘时，可以通过操控车体进行移动，通过微控制器3控制蜗轮蜗杆电机4带动车轮转动，进而拖动车体移动，在不平整的土面更容易移动，更省力。另外，通过探测电路2对土地进行探测，能够辅助用户找到埋藏在土里的冬笋，当探测电路2探测到冬笋后他探测电路2可以发送探测信号给微控制器3，微控制器3接收到探测信号后发送警示信号给警示电路6，此时警示电路6做出警示动作，提醒用户已经检测到冬笋，可以开始挖掘。用户通过人工控制挖掘组件1可以对冬笋进行挖掘，不需要人工携带锄头进行挖掘，通过本实用新型的一体车可以完成探测和挖掘的操作，方便用户使用，提高农民对冬笋的挖掘效率，进而提高农民受益，并且辅助竹林生态的平衡。其中带动车轮转动的电机采用蜗轮蜗杆的联动方式与车轮进行联动，可以增加扭矩，进而让驱动能力更强，让车体在土地上更方便移动。

作为改进的一具体实施方式，所述警示电路6包括用于显示操作界面和显示探测信息的显示器61、用于发出探测警报的蜂鸣器62，所述显示器61设置在车体的把手处，所述蜂鸣器62设置在显示器61上，所述显示器61和蜂鸣器62均与微控制器3通信连接，以接收微控制器3的发出探测信息或者发送交互信息给微控制器3。

当微控制器3发送警示信号给警示电路6时，蜂鸣器62和显示器61均接收该探测信息，其中蜂鸣器62开根据探测信息发出蜂鸣警报，警示用户已经探测到冬笋，另外显示器61也会显示提示，其中显示器61可以采用触摸屏，方便用户进行交互，以发送交互信息给微控制器3，例如触摸屏配合微控制器3进行蜂鸣器62的警报的开启或者关闭，例如蜗轮蜗杆电机4的转速等。另外显示器61上可以设置GPS模块，对当前已经探测到冬笋的位置进行记录显示，能够让用户更方便查看该区域中的挖掘情况和分布情况，便于用户做统计和规划，进一步提高挖掘效率。

作为改进的一具体实施方式，所述探测电路2包括用于生产探测信号的高频信号源23、用于发送探测信号的发射天线21、用于接收返回的探测信号的接收天线22；所述高频信号源23与发射天线21通信连接，所述接收天线22与微控制器3通信连接，以获取反馈的探测信号并与预设的信号源信号进行比对。

通过上述技术方案，当用户在进行探测时，高频信号源23发出用于探测的高频信号给发射天线21，此时发射天线21将高频信号发射到土地中，此时该高频信号经过土壤介质之后返回给接收天线22接收，此时接收天线22将接收到的高频信号发送给微控制器3进行比对，从而判断是否检测到冬笋。

其更具体的来说，介电常数是综合反映介质内部分子、离子电极化行为的一个重要参数，ε＝ε′-jε″其中实部ε′影响了波的传播速度有关，虚部ε″决定了波的衰减特性。土壤含水量在30％以下和冬笋的含水量在85％以上，含水量以及组成不同，导致介电常数与节点损失常数差异巨大，使探测成为可能。

探测器采用两个平板天线来发射和接收微波，由于电磁波在不同介质内传播速度和衰减率不同，在通过不同介质后，其幅值比和相位差会产生差值，由此可判别土壤下方是否有冬笋存在。电磁波在介质中传播速度为：

v——电磁波在介质中的传播速度，单位m\/s

c——电磁波在真空中的传播速度，单位m\/s

σ——介质的相对介电常数

当平板天线放置在没有冬笋的土壤表面时，即设传播路径内都为土壤，微波传播时间如下：

L——电磁波在两个天线之间的传播距离，单位m

当平板天线放置在有冬笋的土壤表面时，微波传播时间为：

计算时间差得：

将式(1)带入式(4)得到相位差：

T，f——电磁波的周期和频率，单位为s，Hz

探测使用的微波频率f为0.6GHz～0.8GHz，土壤冬笋介电常数分别取10、60，经计算得ΔΨ＜2π，即两种情况的相位差在一个周期之内，理论上符合探测要求。

通过上述计算方式中微控制器可以做出比对，判断出当前位置是否有冬笋存在。

作为改进的一具体实施方式，所述探测电路2还包括用于分配高频信号源23的功率分配器24和用于比对返回的探测信号的幅相检测模块25，所述功率分配器24连接在高频信号源23和发射天线21之间；所述幅相检测模块25连接在微控制器3和接收天线22之间，所述功率分配器24还与幅相检测模块25耦接，所述功率分配器24均分高频信号源23的输出的信号给幅相检测模块25和发射天线21。

通过上述技术方案，通过功率分配器24将信号一分为二，一份直接传导给发射天线21，另一份传输至幅相检测模块25作为基准信号，高频信号经发射天线21发出，经土壤介质的传递被接收天线22接收；幅相检测模块25将反射信号与入射信号进行比对，通过功率分配器24将信号等分后配合幅相检测模块25进行检测，其准确度相比直接通过微控制器3进行检测更高，并且可以分担微控制器3的工作量，可以让微控制器3更好的分配资源给其他控制对象。

其中具体的举例来说，高频信号源23可以由基于ADF4350的锁相环系统和低通滤波器组成，能输出4.4GHz以下正弦波，探测频段为0.6～0.8GHz。功率分配器24采用现有技术中的模块即可，另外幅相检测模块25基于AD8302，能将信号的幅值比和相位差由电压值的形式反映出来。其中接收天线22和发射天线21采用宽带天线，其设置在车体的下方位置上，能够更好的向地面发送无线信号，其中宽带天线的工作频率在0.6-0.8GHz，驻波比在1.4以下。另外微控制器3可以采用AT89C52结合现有的电机驱动模块41对蜗轮蜗杆电机4进行驱动。

作为改进的一具体实施方式，所述微控制器3和幅相检测模块25之间还设置有AD转换模块26，以接收幅相检测模块25输出的比对信号并进行AD转换后发送给微控制器3。

通过上述技术方案，通过外置AD转换模块26相比微控制器3进行转换来说，设置AD转换模块26可以提供更高的精度，并且也减少了微控制器3的工作负荷，让微控制器3工作的资源分配更加合理，同时也让微控制器3的型号有更多的选择，避免本技术方案中的电路无法适应没有设置AD转换功能或者AD转换功能精度不够用的控制芯片，使得适应范围更广。

作为改进的一具体实施方式，所述挖掘组件1包括供人脚踏的踏板11、用于挖掘的铲斗12、用于装配的连接杆13；所述连接杆13的一端与踏板11固定连接，另一端与车体铰接，所述铲斗12固定连接在连接杆13上；所述连接杆13上还固定连接有弹簧，所述弹簧的一端与连接杆13固定连接，另一端与车体固定连接；当踏板11被踩下时，铲斗12铲入泥土中，且弹簧被拉伸。

通过上述技术方案，当警示电路6中向用户发出警示后，用户得知当前已经可以进行挖掘，可以踩下踏板11，此时踏板11以其与车体的铰接点为圆心进行翻转，此时铲斗12铲入泥土中，对冬笋进行挖掘，配合蜗轮蜗杆电机4的强力扭矩，可以通过蜗轮蜗杆电机4的转动带动车体的移动进行挖掘，此时用户只需要用脚踩下踏板11即可完成挖掘，使得用户挖掘时更加省力，意味着增加了用户的挖掘效率，同时可以避免对用户的身体肌肉造成损伤；另外，被拉伸的弹簧储存了弹性势能，当用户挖掘完毕时，只需要松开脚，铲斗12在弹簧的复原作用下会自然的回到原味，可以方便用户下一次挖掘，此时就解放了用户的双手，用户不需要手动复原铲斗12，更加省力，让用户双手可以更好的操控车体，进而进一步提高挖掘效率。

作为改进的一具体实施方式，所述铲斗12背向连接杆13延伸的一侧弯曲呈弧形，且该侧横截面呈三角形结构。

通过上述技术方案，该三角形结构的尖角可以更容易嵌入冬笋体内，铲断冬笋的动作更加简单，可以减少蜗轮蜗杆电机4的负荷，一定程度上可以保护蜗轮蜗杆电机4，也可以节省电能；另外上面提到的弧形的结构可以在用户踩下踏板11后，铲斗12具有更好的角度铲入泥土中，同时也有更好的角度铲断冬笋，另外在弧形的引导作用下也更容易翻动泥土，避免车体被泥土卡住，使得蜗轮蜗杆电机4无法带动车体继续移动，一定程度上减少了蜗轮蜗杆电机4的负荷，进一步节省了电能。

作为改进的一具体实施方式，所述铲斗12上三角形结构一侧的截断面呈楔形。

通过上述技术方案，楔形的截断面进一步提高了铲斗12铲入泥土的能力和铲断冬笋的能力，进一步减少了蜗轮蜗杆电机4的负荷以及节省了电能。有助有车体的续航，车体续航时间越长意味着工作的时长越长，就意味着挖掘数量越多，带来的效益越高。

作为改进的一具体实施方式，所述连接杆13相对踏板11的一端向下弯折后与踏板11固定连接。

通过上述技术方案，弯折处可以让踏板11的位置处于更低的位置，方便用户踩踏，避免踏板11位置过高，使得用户执行踩踏踏板11的动作时非常困难，方便了用户使用。

作为改进的一具体实施方式，所述车体的手柄上设置有用于警示用户的震动组件5，所述震动组件5与微控制器3耦接，以接收微控制器3发送的震动信号并执行震动动作。

通过上述技术方案，震动的警示动作更能够吸引用户的注意，当微控制器3发送警示信号给警示电路6时，同时发送震动信号给震动组件5，震动组件5执行震动动作，并通过手柄将该震动传递给用户双手，使用户可以明显感知到震动警示，进而提高警示效果，避免用户错过当前探测到的冬笋，具体的来说，震动组件5可以通过现有的震动电机进行装配，将该震动电机与微控制器3进行连接，通过微控制器3对该震动电机的转动进行控制，进而控制震动的生成。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

设计图

冬笋探测挖掘一体车论文和设计

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主设计要求

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设计说明书

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