CN104285579B - 喷射式变量施肥系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷射式变量施肥系统，涉及一种可以进行变量施肥的施肥机械；包括设在农田边的固定杆，所述固定杆下部设有肥料配制系统，所述固定杆顶端设有喷肥系统；所述喷肥系统连接肥料配制系统；利用喷肥系统上的摄像头实时监测作物状况反馈到肥料配置系统进行肥料配制，再将从肥料配制系统配好的肥料送入喷肥系统中从喷嘴喷出到农作物根部。与现有技术相比，本发明摄像头对单位面积的作物进行拍摄分析，实现了实时监测实时分析计算机控制参数进行施肥，使得施肥更加精确；变量施肥的每个过程都可以精确控制，无需人为操作，提高了施肥精度，减少了劳动力的使用；将肥料配制系统更换成水箱和农药箱，即可实现浇水、施肥、喷洒农药于一体。
Description
技术领域
本发明涉及一种联合作业机械领域，尤其涉及一种可以进行变量施肥的施肥机械。
背景技术
随着现代农业科学技术的发展，科学，合理的施肥是保持土地养分充足、农作物长势、产量稳定的基本保障。对于大面积耕种农田来说更是如此。由于土地广阔，不同地区的土质差别较大，土壤中养分含量也相差较大，因此，需要采用能够根据土壤质量进行变量施肥的设备，达到平衡土壤养分的目的。
精准农业变量施肥技术(简称精确施肥或变量施肥)是以作物成长模型、作物养羊专家系统为支持，以高产、优质、环保为目的的施肥技术，要求对农业生态系统进行养分平衡研究，从而可以实现在每一操作单元上因作物营养水平的差异而按需施肥，有效控制物质循环中养分的输入和输出，减少化肥对环境的污染和破坏，大大提高了肥料的利用率，降低生产成本，增加农民收入。
基于全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)、计算机自动控制等技术，国内外已对农作物变量施肥技术开展了大量研究工作，取得一些研究成果，如中国专利ZL02149019.8，ZL200910095897.X、ZL200710175341.2，日本专利JP20030154427、JP19980080779等。这些施肥技术大多应用GPS、GIS技术，通过测定往年土壤养分、地形地貌、作物产量等信息，获取土壤变量施肥处方图，知道当季作物生长施肥，往往只变量控制一种肥料的施用量(比如氮肥)，而作物生长期土壤养分已经发生了很大的变化，而且单位面积的N、P、K元素的需求比例不同，需要实时精确控制。
因此，需要一种适合作物成长全周期的变量施肥机械，尤其是一种可是进行单位面积施肥的且无需在田中行走的即可施肥的变量施肥机械。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有变量施肥机器在进行大面积土地变量施肥作业中所存在的问题提供一种喷射式变量施肥系统，该系统能够对单位面积的作物根据其需要进行精确施肥，同时可以根据作物需要进行浇水、喷洒农药等操作。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：喷射式变量施肥系统，包括设在农田边的固定杆，所述固定杆下部设有肥料配制系统，所述固定杆顶端设有喷肥系统；所述喷肥系统连接肥料配制系统；
所述肥料配制系统包括流量调节机构、多光谱仪、PWM控制器(脉冲宽度调制控制器，是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种模拟信号电平进行数字编码的方法)、计算机、液体肥料箱、液体肥液压泵和压力调节阀，流量调节机构装在液体肥料箱上，所述流量调节机构连接PWM控制器，所述PWM控制器连接计算机，所述计算机连接多光谱仪，所述多光谱仪与摄像头通过数据线连接；
所述喷肥系统包括电机、支撑座、摄像头、喷嘴、空压机4和蓄压箱，所述摄像头和喷嘴固定在支撑座上，所述支撑座通过轴承套装在固定杆顶部，所述支撑座上设有大齿轮；所述电机固定在固定杆上，所述电机的电机头上设有小齿轮，所述电机头上的小齿轮与支撑座上的大齿轮咬合在一起，电机驱动小齿轮带动大齿轮运动从而带动支撑座上的喷头和摄像头转动；蓄压箱和空压机4固定在固定杆上，蓄压箱通过出液管连接喷头，蓄压箱的进液管连接肥料配制系统。
进一步的，流量调节机构的调节方式有三种：液体肥液压泵来调节流量大小；在液体肥液压泵的入口处设置一个压力调节阀，通过控制压力调节阀，调节液体肥液压泵的入口处液体压力，从而控制液体肥流量；或者通过控制液体肥液压泵转速来调节流量大小，即通过马达或电控无级变速器来控制液体肥液压泵的转速，达到控制液体肥液压泵流量的目的。通过压力调节阀的开度或开闭状态来调节流量的大小。
进一步的，所述喷嘴还通过喷管连接水桶和农药桶。
进一步的，所述摄像头的拍摄范围为一条直线的若干个单位面积的作物信息。
变量施肥的工作过程为：利用摄像头拍摄单位面积的作物，传输给光谱仪，利用光谱仪采集作物的光谱信息输入给计算机，建立光谱特征信息与作物营养状态(氮素、钾素含量)的数学模型；然后依据作物的实测营养数据建立施肥量模糊推理表，并利用氮、钾含量估测模型诊断出变量施肥小区六个地块的生长水平，对照施肥推理表确定各个地块的氮、钾肥追施量即占空比，按照其高低不同将试验地块划分为氮高低两个等级，钾优、良好、好、中和差五个等级；最后，利用研制的喷射式变量施肥系统完成田间试验，变量施肥控制系统生成占空比的PWM信号并由计算机的RS232串口(个人计算机的通讯接口之一，由电子工业协会所定制的异步传输标准接口，通常RS232串口以9个引脚或25个引脚的形态出现，一般的个人计算机上会有两组RS232串口，分别位COM1和COM2)输出到PWM控制器，PWM控制器按照每个等级不同的PWM信号控制电磁阀的开闭时间来完成喷头的流量调节，也就是调节了施肥量，从而完成了变量施肥。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)摄像头对单位面积的作物进行拍摄分析，实现了实时监测实时分析计算机控制参数进行施肥，使得施肥更加精确。
2)变量施肥的每个过程都可以精确控制，无需人为操作，提高了施肥精度，减少了劳动力的使用。
3)将肥料配制系统更换成水箱和农药箱，即可方便的实现浇水、施肥、喷洒农药于一体。
4)利用PWM控制器控制喷嘴的控制阀，从而实现了连续喷液的精确控制。
附图说明
图1是本发明喷射式变量施肥系统的结构示意图。
图2是本发明喷肥系统和肥料配制系统的结构示意图。
图3是本发明肥料配制系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
结合图1、图2和图3，喷射式变量施肥系统，包括设在农田边的固定杆6，固定杆6下部设有肥料配制系统，固定杆顶端设有喷肥系统；喷肥系统连接肥料配制系统。
肥料配制系统包括流量调节机构、多光谱仪、PWM控制器、计算机、液体肥料箱、液体肥液压泵和压力调节阀，流量调节机构装在液体肥料箱上，流量调节机构连接PWM控制器，PWM控制器连接计算机，计算机连接多光谱仪，多光谱仪与摄像头通过数据线连接；
喷肥系统包括电机7、支撑座16、摄像头、喷嘴3、空压机4和蓄压箱5，摄像头和喷嘴3固定在支撑座16上，支撑座16通过轴承1套装在固定杆6顶部，支撑座16上设有大齿轮9；电机7固定在固定杆6上，电机7的电机头上设有小齿轮8，电机头上的小齿轮8与支撑座上的大齿轮9咬合在一起，电机驱动小齿轮8带动大齿轮9运动从而带动支撑座16上的喷头和摄像头转动；蓄压箱5和空压机4固定在固定杆6上，蓄压箱5通过出液管连接喷头，蓄压箱5和喷头之间设有电磁换向阀2，蓄压箱5的进液管连接肥料配制系统。
流量调节机构的调节方式有三种：液体肥液压泵来调节流量大小；在液体肥液压泵的入口处设置一个压力调节阀，通过控制压力调节阀，调节液体肥液压泵的入口处液体压力，从而控制液体肥流量；或者通过控制液体肥液压泵转速来调节流量大小，即通过马达或电控无级变速器来控制液体肥液压泵的转速，达到控制液体肥液压泵流量的目的。通过压力调节阀的开度或开闭状态来调节流量的大小。
喷头可以直接连接水桶和农药桶，此时对作物进行灌溉可喷洒农药操作。
摄像头的拍摄范围为一条直线的若干个单位面积的作物信息，拍摄完毕后电机7启动带动摄像头和喷头转动，在新的位置继续进行拍摄和喷肥料。
液体肥料箱包括氮肥箱13、磷肥箱14和钾肥箱15三个，每个液体肥料箱出口处均设有流量检测器12，液体肥料箱通过气压泵提供压力将液体肥料送入储液箱，储液箱的入口处设有储液电磁换向阀11，储液箱内的液体肥料通过供料泵10送入喷嘴中。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (4)
1.喷射式变量施肥系统，其特征在于：包括设在农田边的固定杆，所述固定杆下部设有肥料配制系统，所述固定杆顶端设有喷肥系统；所述喷肥系统连接肥料配制系统；
所述肥料配制系统包括流量调节机构、多光谱仪、PWM控制器、计算机、液体肥料箱、液体肥液压泵和压力调节阀，流量调节机构装在液体肥料箱上，所述流量调节机构连接PWM控制器，所述PWM控制器连接计算机，所述计算机连接多光谱仪，所述多光谱仪与摄像头通过数据线连接；
所述喷肥系统包括电机、支撑座、摄像头、喷嘴、空压机和蓄压箱，所述摄像头和喷嘴固定在支撑座上，所述支撑座通过轴承套装在固定杆顶部，所述支撑座上设有大齿轮；所述电机固定在固定杆上，所述电机的电机头上设有小齿轮，所述电机头上的小齿轮与支撑座上的大齿轮咬合在一起，电机驱动小齿轮带动大齿轮运动从而带动支撑座上的喷头和摄像头转动；蓄压箱和空压机固定在固定杆上，蓄压箱通过出液管连接喷头，蓄压箱的进液管连接肥料配制系统。
2.根据权利要求1所述的喷射式变量施肥系统，其特征在于：流量调节机构的调节方式有三种：液体肥液压泵来调节流量大小；在液体肥液压泵的入口处设置一个压力调节阀，通过控制压力调节阀，调节液体肥液压泵的入口处液体压力，从而控制液体肥流量；或者通过控制液体肥液压泵转速来调节流量大小，即通过马达或电控无级变速器来控制液体肥液压泵的转速，达到控制液体肥液压泵流量的目的；通过压力调节阀的开度或开闭状态来调节流量的大小。
3.根据权利要求1所述的喷射式变量施肥系统，其特征在于：所述喷嘴还通过喷管连接水桶和农药桶。
4.根据权利要求1所述的喷射式变量施肥系统，其特征在于：所述摄像头的拍摄范围为一条直线的若干个单位面积的作物信息。
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