CN105723899A - 一种自走式遥控点施施肥机及遥控点施施肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种自走式遥控点施施肥机，包括：底盘行走部分、电控点施肥机构、智能控制部分、蓄电池；电控点施肥机构，安装在底盘行走部分的车架上，智能控制部分，安装在车架上表面的前端；遥控点施施肥方法，包括模拟摄像头采集植株图片信息，传递给单片机控制装置，单片机控制装置根据施肥机行驶速度计算出电控排肥装置中步进电机的工作时刻和转速；单片机控制装置发出驱动器信号，驱动器信号控制步进电机转动，步进电机转动带动漏肥转盘旋转一周，肥料由锥形肥料漏斗经漏肥转盘的缺口处下落一次，再经导管和开沟器施肥，完成一次点施肥过程。

Description

一种自走式遥控点施施肥机及遥控点施施肥方法

技术领域

本发明涉及施肥机械领域，尤其涉及一种自走式遥控点施施肥机及遥控点施施肥方法。

背景技术

近年来，随着我国农业机械化进程的不断推进，农田植保机械的需求量也越来越大。目前针对高大作物追肥的方式，大多数以大型机械或撒施为主，这样不仅肥料利用率低下，也加剧了环境的污染恶化，同时，人工撒播对天气条件要求较高，一般需要在阴雨天作业肥料才容易被作物吸收，因而在天气条件不允许时常常错过了最佳的追肥时间，而一些高地隙植保追肥机械多数以条施肥为主，不仅容易伤到植株，对操作人员作业熟练程度要求也很高，排肥量也达不到精确控制的要求，没有利用的肥料会造成土壤板结，不利于下一季的农作物耕种。因此，小型智能化高大作物追肥机械尤为缺乏。

发明内容

基于背景技术存在的问题，本发明提供了一种自走式遥控点施施肥机，旨在解决高大作物追肥过程中机械化程度低，对天气条件依赖性强的问题，同时通过点施施肥方式，可大大节约肥料的使用量，通过肥技术，将肥料施于植株根部附近，不仅利于作物吸收，也使肥料不易挥发。

本发明提出的一种自走式遥控点施施肥机，其特征在于，包括：底盘行走部分、电控点施肥机构、智能控制部分、蓄电池；

所述底盘行走部分，包括车架和安装在车架上的行走部；

所述电控点施肥机构，安装在底盘行走部分的车架上，包括储料箱、安装支架、电控排肥装置、导肥管和可升降开沟器；

所述储料箱通过安装支架安装在车架上，所述电控排肥装置安装在储料箱下部；

所述电控排肥装置包括锥形肥料漏斗、步进电机及驱动器、漏肥转盘；所述步进电机及驱动器安装在锥形肥料漏斗下部；所述漏肥转盘安装在步进电机输出轴上；

所述导肥管沟通联接储料箱和可升降开沟器；可升降开沟器安装在车架后端，所述可升降开沟器包括开沟器和液压装置；液压装置由单独的电机提供动力，液压装置控制开沟器的升降；

所述智能控制部分，安装在车架上表面的前端，包括单片机控制装置、图像获取装置、植株检测装置、远程传输装置和远程控制装置组成；

所述单片机控制装置是整个控制系统的核心部件，起检测信号、分析信号和发送命令的作用；

所述单片机控制装置通过数据信号线分别和图像获取装置、植株检测装置、远程传输装置连接；所述远程控制装置外置，和远程传输控制装置无线连接，远程控制装置用于远程传输控制指令；所述单片机控制装置和蓄电池电连接；

所述图像获取装置包括摄像头和液晶显示装置，摄像头安装在车架前段，摄像头和液晶显示装置无线连接，液晶显示装置外置，由操作者携带，通过无线的方式实时监测施肥机工作状况；

所述植株检测装置包括两个模拟摄像头和DSP图像处理装置，模拟摄像头通过数据线和DSP图像处理装置连接，所述两个模拟摄像头分别安装在车架两侧。

优选的，所述可升降开沟器还包括电机，所述液压装置和电机连接；所述单片机控制装置使用数据信号线和电机连接。

优选的，所述行走部包括安装在车架上的驱动电机、减速器、驱动轴、驱动轮、履带机构以及电磁离合器；所述单片机控制装置通过数据信号线和驱动电机连接；所述驱动电机和蓄电池电连接；所述驱动电机通过减速器连接驱动轴，驱动轴两端安装有驱动轮，驱动轴和驱动轮的连接处安装有电磁离合器；履带机构外绕驱动轮。

一种遥控点施施肥方法，模拟摄像头采集植株图片信息，图片信息通过DSP图像处理装置解算出植株的位置和杆径信息，传递给单片机控制装置，所述单片机控制装置根据植株图片信息作出判断处理；图像获取装置将获取的图片信息通过远程传输装置无线传输给远程控制装置，操作者根据图片信息在远程控制装置上发出指令，指令通过远程传输装置传输给单片机控制装置；

单片机控制装置根据底盘驱动电机转速结合驱动轮大小计算出施肥机行驶速度，并根据施肥机行驶速度计算出电控排肥装置中步进电机的工作时刻和转速；单片机控制装置发出驱动器信号，驱动器信号控制步进电机转动，步进电机转动带动漏肥转盘旋转一周，肥料由锥形肥料漏斗经漏肥转盘的缺口处下落一次，再经导管和开沟器施肥，完成一次点施肥过程。

优选的，电控排肥装置通过步进电机驱动器输出脉冲控制信号频率的大小改变步进电机转速的快慢，从而使肥料经过漏肥转盘缺口的时间间隔不同，以此控制肥量输出的大小。

植株检测装置由安装在底盘两侧的模拟摄像头和DSP图像处理装置组成，植株检测装置信号接入单片机控制装置，当模拟摄像头采集到两侧的植株时，通过DSP图像处理装置解算出植株的位置和杆径信息，并传递给单片机控制装置，单片机控制装置根据作物杆径大小判断作物长势，并根据底盘行驶速度计算出电控排肥装置中步进电机的工作时刻和转速。DSP为可编程CPU,可以更改其程序代码使其成为一个具有多种辨识功能，可以携带的数字图像采集处理系统。DSP图像处理是将接收到的模拟图像数据经过A/D转换器转换成数字图像数据，再经过数字信号处理器对数字图像数据进行处理，从而解算出植株的位置和杆径信息。

远程控制装置包括视频显示端、摇杆及若干按钮，视频显示端用于显示图像获取装置采集到的视频画面，摇杆及按钮用于控制底盘启停、调速、换向和转弯以及电控排肥装置的开闭等功能。

远程控制装置设置第一远程传输模块，视频显示端，按钮及摇杆与第一远程传输模块相连，底盘行走部分和电控点施肥机构设置第二远程传输模块，单片机控制装置、电控排肥装置及图像获取装置与第二远程传输模块相连，第一远程传输模块和第二远程传输模块之间通过4G网络模块实时双向传输数据。

本发明中，通过模拟摄像头检测玉米植株位置和长势信息，并通过测算电控点施肥机构一次点施肥料下落的时间，结合底盘实时行走速度，将不同杆径下对应的肥料量精确到玉米及其它高大植株的根部附近，这样不仅提高了肥料的利用效率，也能够降低肥料使用成本，同时通过机械化自动化作业方式，可以在很大程度上解放劳动力，减轻作业人员疲劳强度，具有很强的实用和推广价值。

附图说明

图1为自走式遥控点施施肥机的结构示意图。

图2为自走式遥控点施施肥机的主视图。

图3为自走式遥控点施施肥机的侧视图。

图4为自走式遥控点施施肥机的控制流程图

其中：1.车架、2.驱动电机、3.减速器、4.驱动轴、5.驱动轮、6.支撑轮、7.履带机构、8.电磁离合器、9.储料箱、10.安装支架、11.导肥管、12.开沟器、13.单片机控制装置、14.图像获取装置、15.植株检测装置、16.锥形肥料漏斗、17.步进电机及驱动器、18.漏肥转盘、19.液压装置、20.电机。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明：

本发明的自走式遥控点施施肥机的底盘行走部分包括车架1安装在车架1上的驱动电机2和减速器3、驱动轴4、驱动轮5、支撑轮6、履带机构7以及电磁离合器8，动力由驱动电机2经减速器3传递到驱动轴4，并经过驱动轴4两端安装的电磁离合器8输出至驱动轮5，驱动轮5带动履带实现底盘驱动过程，多个支撑轮6与履带机构7连接为履带提供支撑。底盘转向时通过断开驱动轴一端的电磁离合器8就能使底盘向该方向偏转。

电控点施肥机构安装在底盘行走部分的车架1上，包括储料箱9、安装支架10、电控排肥装置、导肥管11和开沟器12，储料箱9通过安装支架10安装在车架1上，电控排肥装置用于将储料箱9中的肥料经导肥管11输送至开沟器12，实现肥料的精量点施。开沟器12安装在车架后端，开沟器12和一套液压装置19连接，电机20为液压装置19提供动力；电液压装置19控制开沟器12的升降；单片机控制装置13通过控制电机20的供电电流的大小来控制液压装置19，进而控制开沟器12的升降。施肥机工作时，单片机控制装置13可以发出下降高度指令，通过电机20控制液压装置19来控制开沟器12的下降，开出需求深度的肥沟；开沟器12无需开沟时，单片机控制装置13发出升高高度指令，开沟器12抬起，施肥机正常行走。

电控排肥装置具体包括安装在储料箱9下端的锥形肥料漏斗16、步进电机及驱动器17以及安装在步进电机输出轴上的漏肥转盘18，驱动器信号由单片机控制装置13发出，通过步进电机带动漏肥转盘18旋转一周，肥料由锥形肥料漏斗16经漏肥转盘18的缺口处下落一次，再经导肥管11和开沟器输送到植株根部附近，完成一次点施肥过程。电控排肥装置通过步进电机驱动器输出脉冲控制信号频率的大小改变步进电机转速的快慢，从而使肥料经过漏肥转盘缺口的时间间隔不同，以此控制肥量输出的大小。

智能控制部分，包括单片机控制装置13、图像获取装置14、植株检测装置15，远程传输装置和远程控制装置。单片机控制装置13通过数据信号线分别和图像获取装置14、植株检测装置15，远程传输装置以及驱动电机2连接；图像获取装置14包括摄像头和液晶显示装置，摄像头安装在车架1前端，用于获取底盘行驶过程中的路况视频并通过远程传输装置传送至远程控制装置的视频显示端，植株检测装置15用于检测底盘行驶过程中玉米或其它高大植株的位置和长势信息，远程控制装置包括视频显示端、摇杆及若干按钮，视频显示端用于显示图像获取装置采集到的视频画面，摇杆及按钮用于控制底盘启停、调速、换向和转弯以及电控排肥装置的开闭等功能。

植株检测装置15由安装在底盘两侧的模拟摄像头和DSP图像处理装置组成，植株检测装置15信号接入单片机控制装置13，当模拟摄像头采集到两侧的植株时，通过DSP图像处理装置解算出植株的位置和杆径信息，并传递给单片机控制装置，单片机控制装置根据作物杆径大小判断作物长势，并根据底盘驱动电机转速结合驱动轮大小计算出施肥机行驶速度，并根据施肥机行驶速度计算出电控排肥装置中步进电机的工作时刻和转速。

根据本实例提供的自走式高大作物遥控点施施肥机，在工作过程中，通过远程控制装置将施肥机开到玉米田里，在调节好开沟深度后，启动施肥机并调节到适合的速度开始作业，作业过程中，通过图像获取装置传回到视频显示端的视频画面，实时观测施肥机行驶状况，并通过摇杆控制底盘行驶方向的调节；两个模拟摄像头实时采集作物位置和长势信息并传输给单片机控制装置，单片机控制装置通过预先设定的作物杆径大小与施肥量之间的比例关系，指示步进电机驱动器以相应的脉冲频率控制步进电机旋转一周，从而使肥料由锥形肥料漏斗在经过漏肥转盘的缺口时，能够落下不同的肥料量，从而达到变量施肥的效果。肥料的下落开始时刻也是由模拟摄像头记录作物位置后，经单片机控制装置参考底盘实际行走速度，测算并标定成固定关系曲线，确保肥料下落之后能够落在植株根部附近。

本发明与现有的植保施肥机械相比，其自动化程度高、施肥效果好，不仅可以解决作物生长差异化问题，还能够达到穴施节肥的效果，机器工作过程中只要作业人员站在田头操作远程遥控部分即可轻松完成肥料的作业，大大减轻了作业人员的劳动强度，防止作业过程中出现人员中暑等问题。该发明采用穴施技术，在节约肥量的基础上，很大程度上降低了环境污染问题，具有良好的市场前进和推广实用价值。

Claims (5)

1.一种自走式遥控点施施肥机，其特征在于，包括：底盘行走部分、电控点施肥机构、智能控制部分、蓄电池；

所述底盘行走部分，包括车架和安装在车架上的行走部；

所述电控点施肥机构，安装在底盘行走部分的车架上，包括储料箱、安装支架、电控排肥装置、导肥管和可升降开沟器；

所述储料箱通过安装支架安装在车架上，所述电控排肥装置安装在储料箱下部；

所述电控排肥装置包括锥形肥料漏斗、步进电机及驱动器、漏肥转盘；所述步进电机及驱动器安装在锥形肥料漏斗下部；所述漏肥转盘安装在步进电机输出轴上；

所述导肥管沟通联接储料箱和可升降开沟器；可升降开沟器安装在车架后端，所述可升降开沟器包括开沟器和液压装置；

所述智能控制部分，安装在车架上表面的前端，包括单片机控制装置、图像获取装置、植株检测装置、远程传输装置和远程控制装置组成；

所述单片机控制装置通过数据信号线分别和图像获取装置、植株检测装置、远程传输装置连接；所述远程控制装置外置，和远程传输装置无线连接，远程控制装置用于远程传输控制指令；

所述图像获取装置包括摄像头和液晶显示装置，摄像头安装在车架前段，摄像头和液晶显示装置无线连接，液晶显示装置外置，由操作者携带，通过无线的方式实时监测施肥机工作状况；

所述植株检测装置包括两个模拟摄像头和DSP图像处理装置，模拟摄像头通过数据线和DSP图像处理装置连接，所述两个模拟摄像头分别安装在车架两侧。

2.根据权利要求1所述的自走式遥控点施施肥机，其特征在于，所述可升降开沟器还包括电机，所述液压装置和电机连接；所述单片机控制装置使用数据信号线和电机连接。

3.根据权利要求1所述的自走式遥控点施施肥机，其特征在于，所述行走部分包括安装在车架上的驱动电机、减速器、驱动轴、驱动轮、履带机构以及电磁离合器；所述单片机控制装置通过数据信号线和驱动电机连接；所述驱动电机和蓄电池电连接；所述驱动电机通过减速器连接驱动轴，驱动轴两端安装有驱动轮，驱动轴和驱动轮的连接处安装有电磁离合器；履带机构外绕驱动轮。

4.一种遥控点施施肥方法，其特征在于，模拟摄像头采集植株图片信息，传递给单片机控制装置，所述单片机控制装置根据植株图片信息作出判断处理；图像获取装置将获取的图片信息通过远程传输装置无线传输给远程控制装置，操作者根据图片信息在远程控制装置上发出指令，指令通过远程传输装置传输给单片机控制装置；

单片机控制装置根据施肥机行驶速度计算出电控排肥装置中步进电机的工作时刻和转速；单片机控制装置发出驱动器信号，驱动器信号控制步进电机转动，步进电机转动带动漏肥转盘旋转一周，肥料由锥形肥料漏斗经漏肥转盘的缺口处下落一次，再经导管和开沟器施肥，完成一次点施肥过程。

5.根据权利要求4所述的遥控点施施肥方法，其特征在于，所述电控排肥装置通过步进电机驱动器输出脉冲控制信号频率的大小改变步进电机转速的快慢，从而使肥料经过漏肥转盘缺口的时间间隔不同，以此控制肥量输出的大小。