CN103782705B - 一种果园对靶变量液态施肥装置及施肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业施肥技术领域，特别涉及一种果园对靶变量液态施肥装置及施肥方法；所述施肥装置包括设置在拖拉机车架上的传感系统、施肥机构和控制器；所述传感系统用于探测果树枝条叶片位置的三维数据；所述施肥机构用于对果树的根部进行施肥；所述控制器接收所述三维数据，对果树的根系进行预测模型计算，再通过调控拖拉机的行走机构和所述施肥机构定点定量将肥水溶液施进土壤中果树的根部。本发明通过传感系统定位果树，根据果树枝条生长预测根系分布，定点定量将肥水一次性施进土壤中果树的根部，实现对靶施肥灌水，能解决果园高效施肥的问题，提高了肥料的利用率，从而提高了果树作物的生长发育、产量及品质，具有很好的市场前景。

Description

一种果园对靶变量液态施肥装置及施肥方法

技术领域

本发明涉及农业施肥技术领域，特别涉及一种果园对靶变量液态施肥装置及施肥方法。

背景技术

果园施肥传统的模式是将灌溉和施肥分开进行，将肥料撒施、沟施或穴施，采用灌水或自然降雨以便融化肥料，促进果树生长结果。这种方法有很多弊端，果树根系远无法吸收到肥料，引起局部肥料过多或肥力不够，或者没有被根系吸收而流失降低肥料利用率，作物的生长发育及产量品质都受到影响。

为了解决以上问题，本发明做了有益改进。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种能定点定量地对果树根部对靶施肥灌水的变量液态施肥装置及施肥方法，从而解决果园高效施肥的问题。

（二）技术方案

本发明是通过以下技术方案实现的：一种果园对靶变量液态施肥装置，包括设置在拖拉机车架上的传感系统、施肥机构和控制器；所述传感系统用于探测果树枝条叶片位置的三维数据；所述施肥机构用于对果树的根部进行施肥；所述控制器接收所述三维数据，对果树的根系进行预测模型计算，再通过调控拖拉机的行走机构和所述施肥机构定点定量将肥水溶液施进土壤中果树的根部。

其中，所述控制器包括单片机。

优选地，所述传感系统包括超声波传感器。

进一步，所述施肥机构包括储肥罐、组合梁、设置在所述组合梁上的施肥器和设置在所述施肥器上的施肥阀，所述储肥罐通过施肥管路与所述施肥器连接；所述控制器与所述施肥阀连接，用于控制所述施肥阀的打开时间和开度大小。

再进一步，所述储肥罐内设有电动的肥水搅拌机构。

其中，所述施肥阀与单独设置在拖拉机上的清水容器连接，所述清水容器与所述控制器连接。

进一步，所述施肥机构还包括电机驱动的折叠旋转机构；所述折叠旋转机构设置在所述组合梁上，并与所述施肥器连接；所述折叠旋转机构可带动所述施肥器旋转；该折叠旋转机构内设置有能够计算所述折叠旋转机构的抬升量的单片机；所述单片机接收所述控制器发出的信号，可通过控制所述电机调节施肥器的施肥深度。

其中，所述组合梁上设有电动器和该电动器驱动的移动梁；所述电动器与所述控制器连接；所述移动梁可带动所述施肥器沿所述组合梁移动。

进一步，所述行走机构上设置有伸缩杆，用于调节行走机构的转向前轮的轮间距长度。

再进一步，所述行走机构还包括独立设置在所述转向前轮上的转向杆。

其中，所述果园对靶变量液态施肥装置还包括设置在拖拉机车架两侧的避障板。

本发明还提供一种采用如上所述的果园对靶变量液态施肥装置的施肥方法，包括以下步骤：

S1通过传感系统探测果树枝条叶片位置的三维数据，并将该三维数据向控制器传送；

S2所述控制器接收所述三维数据，计算果树的空间坐标位置信号和果树生长作物体积生物量，并通过根系预测模型计算果树的根系分布；

S3所述控制器调控拖拉机的行走机构和施肥机构，定点定量将肥水溶液施进土壤中果树的根部；

S4完成所述果树的施肥后，循环运行至其它果树进行施肥。

进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：

所述控制器调节施肥系统中移动梁在组合梁上的位置，从而带动施肥器，实现横向施肥位置的调节；

所述控制器通过控制折叠旋转机构带动所述施肥器旋转，实现施肥器施肥深度的调节；

所述控制器通过施肥阀控制所述施肥器的施肥量。

（三）有益效果

与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：

本发明通过传感系统定位果树，根据果树枝条生长预测根系分布，定点定量将肥水一次性施进土壤中果树的根部，通过复杂创新的装置实现对靶施肥灌水，能解决果园高效施肥的问题，提高了肥料的利用率，从而提高了果树作物的生长发育、产量及品质，具有很好的市场前景。

附图说明

图1是本发明的液态施肥装置的立体结构图；

图2是本发明的液态施肥装置的主视结构图；

图3是本发明的施肥方法步骤方框示意图。

附图中，各标号所代表的组件列表如下：

1.控制器；2.设置界面；3.伸缩杆；4.转向杆；5.避障板；6.折叠旋转机构；7.超声波传感器；8.复位弹簧；9.锁止器；10.施肥盘；11.施肥阀；12.施肥器；13.电推杆；14.电动器；15.施肥罐；16.组合梁；17.移动梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1和图2所示，本实施例提供一种果园对靶变量液态施肥装置，包括设置在拖拉机车架上的传感系统、施肥机构和控制器2；所述传感系统用于探测果树枝条叶片位置的三维数据；所述施肥机构用于对果树的根部进行施肥；所述控制器1接收所述三维数据，对果树的根系进行预测模型计算，再通过调控拖拉机的行走机构和所述施肥机构定点定量将肥水溶液施进土壤中果树的根部。

其中，传感系统可采用超声波传感器7。所述超声波传感器7采集超声波发生与反射回来的时间差，计算得出果树的空间位置，探测果树枝条的位置信息发给控制器1后，可计算果树生长生物量的体积大小，以便控制器计算施肥量的多少。

控制器1固定在拖拉机驾驶员前面，可在驾驶时通过控制器调节施肥量，控制器1通过内部单片机按照独特设计的方法，采集超声波传感器7采集到的果树枝条叶片超声返回的三维数据，然后对根系预测模型计算，主要采用迭代函数系统和粒子系统进行预测根系的分布情况。不同果树存在根系差异，可根据经验值和试验值在控制器1的设置界面2修改输入修正参数，直观设置迭代函数系统(iteratedfunction system,IFS)和粒子系统(partial system)的预测模型修正系数，以便提高施肥量调节精度。

其中，所述施肥机构包括储肥罐15、组合梁16、设置在所述组合梁16上的施肥器12和设置在所述施肥器12上的施肥阀11。所述施肥器12可设置在施肥盘10上，沿施肥盘10旋转。施肥盘10上可设置锁止器9，用于锁住施肥盘10。进一步，所述储肥罐15内设有电动的肥水搅拌机构（图中未显示）。施肥罐15储存肥料和水混合溶液，同时通过电动方式通过肥水搅拌机构进行搅拌，混合后溶液通过管内的二级过滤后，通过施肥管路导引到施肥阀11，施肥阀11和控制器1通过信号电缆连接，控制器1计算的施肥量通过打开时间和开度大小两个参数发给施肥阀11，施肥阀11调节施肥量大小，所述施肥阀11与单独设置在拖拉机上的清水容器连接，所述清水容器与所述控制器1连接，可控制清水冲洗施肥器12，解决堵塞的问题。

进一步，所述施肥机构还包括电机驱动的折叠旋转机构6；所述折叠旋转机构6设置在所述组合梁16上，并与所述施肥器12连接；该折叠旋转机构6在其连杆上还设有复位弹簧8。所述折叠旋转机构6可带动所述施肥器12旋转；该折叠旋转机构6内设置有单片机，用于接收所述控制器1发出的信号，并可计算所述折叠旋转机构6的抬升量，用来自动折叠后仰施肥的精确装置，通过折叠旋转角的极坐标和施肥土壤的平面坐标之间转换，实现旋转角到垂直地面方向Y轴的换算。控制器通过单片机控制电机，从而调节施肥器的施肥深度。

再进一步，所述组合梁16上设有电动器14和该电动器14驱动的移动梁17；所述电动器14与所述控制器1连接；电动器14可通过电推杆13带动移动杆17。所述移动梁17可带动所述施肥器12沿所述组合梁16移动。移动梁17可以在组合梁16里面滑动，主要解决施肥X方向坐标调节，实现横向施肥位置的调节，和Y坐标一起，实现土壤表面坐标系精确定位施肥。电动器14主要驱动移动梁17动作，接受控制器1信号，按照信号执行一定量的移动，可带动折叠旋转机构、施肥盘及施肥器等部件的横向动作。

其中，所述行走机构上设置有伸缩杆3，用于调节行走机构的转向前轮的轮间距长度。伸缩杆3的设计主要是调节拖拉机转向前轮的轮间距长度，主要是适应果园果树行间栽培的苜蓿、花生等绿色非肥料作物，避免碾压这些作物，同时也可根据不同果园田间崎岖进行调节，以适应行间距和各种果园道路工况。

所述行走机构还包括独立设置在所述转向前轮上的转向杆4。转向杆4设计是解决田间果园狭小空间原地急转弯专向时方向盘无法完成，使用独立设计的转向杆固定在上面，可使得方向盘能容易实现原地转向角100度。

所述果园对靶变量液态施肥装置还包括设置在拖拉机车架两侧的避障板5。避障板用来拨开果树枝条，以避免枝条被碾压到前轮下和绿肥作物缠绕，或者前轮撕扯枝条损伤果树主干，以便施肥作业能有效的到达果树主干根部土壤。

本实施例还提供一种采用如上所述的果园对靶变量液态施肥装置的施肥方法，包括以下步骤：

S1通过传感系统探测果树枝条叶片位置的三维数据，并将该三维数据向控制器传送；

S2所述控制器接收所述三维数据，计算果树的空间坐标位置信号和果树生长作物体积生物量，并通过根系预测模型计算果树的根系分布；

S3所述控制器调控拖拉机的行走机构和施肥机构，定点定量将肥水溶液施进土壤中果树的根部；

具体地，所述步骤S3具体包括以下步骤：

所述控制器调节施肥系统中移动梁在组合梁上的位置，从而带动施肥器，实现横向施肥位置的调节；

所述控制器通过控制折叠旋转机构带动所述施肥器旋转，实现施肥器施肥深度的调节；

所述控制器通过施肥阀控制所述施肥器的施肥量。

S4完成所述果树的施肥后，循环运行至其它果树进行施肥。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种果园对靶变量液态施肥装置，其特征在于，包括设置在拖拉机车架上的传感系统、施肥机构和控制器；所述传感系统用于探测果树枝条叶片位置的三维数据；所述施肥机构用于对果树的根部进行施肥；所述控制器包括单片机，所述控制器接收所述三维数据，对果树的根系进行预测模型计算，再通过调控拖拉机的行走机构和所述施肥机构定点定量将肥水溶液施进土壤中果树的根部；

所述施肥机构包括储肥罐、组合梁、设置在所述组合梁上的施肥器和设置在所述施肥器上的施肥阀，所述储肥罐通过施肥管路与所述施肥器连接；所述控制器与所述施肥阀连接，用于控制所述施肥阀的打开时间和开度大小；

所述施肥机构还包括电机驱动的折叠旋转机构；所述折叠旋转机构设置在所述组合梁上，并与所述施肥器连接；所述折叠旋转机构可带动所述施肥器旋转；该折叠旋转机构内设置有能够计算所述折叠旋转机构的抬升量的单片机；所述单片机接收所述控制器发出的信号，可通过控制所述电机调节施肥器的施肥深度；

所述组合梁上设有电动器和该电动器驱动的移动梁；所述电动器与所述控制器连接；所述移动梁可带动所述施肥器沿所述组合梁移动。

2.根据权利要求1所述的果园对靶变量液态施肥装置，其特征在于，所述传感系统包括超声波传感器。

3.根据权利要求1所述的果园对靶变量液态施肥装置，其特征在于，所述储肥罐内设有电动的肥水搅拌机构。

4.根据权利要求1所述的果园对靶变量液态施肥装置，其特征在于，所述施肥阀与单独设置在拖拉机上的清水容器连接，所述清水容器与所述控制器连接。

5.根据权利要求1所述的果园对靶变量液态施肥装置，其特征在于，所述行走机构上设置有伸缩杆，用于调节行走机构的转向前轮的轮间距长度。

6.根据权利要求5所述的果园对靶变量液态施肥装置，其特征在于，所述行走机构还包括独立设置在所述转向前轮上的转向杆。

7.根据权利要求1所述的果园对靶变量液态施肥装置，其特征在于，所述果园对靶变量液态施肥装置还包括设置在拖拉机车架两侧的避障板。

8.一种采用如权利要求1～7任一项所述的果园对靶变量液态施肥装置的施肥方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1通过传感系统探测果树枝条叶片位置的三维数据，并将该三维数据向控制器传送；

S2所述控制器接收所述三维数据，计算果树的空间坐标位置信号和果树生长作物体积生物量，并通过根系预测模型计算果树的根系分布；

S3所述控制器调控拖拉机的行走机构和施肥机构，定点定量将肥水溶液施进土壤中果树的根部；

S4完成所述果树的施肥后，循环运行至其它果树进行施肥。

9.根据权利要求8所述的施肥方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

所述控制器调节施肥系统中移动梁在组合梁上的位置，从而带动施肥器，实现横向施肥位置的调节；

所述控制器通过控制折叠旋转机构带动所述施肥器旋转，实现施肥器施肥深度的调节；

所述控制器通过施肥阀控制所述施肥器的施肥量。