CN105917828B - 一种自动施肥机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动施肥机，包括：运载车；施肥机构，其设置在运载车顶部，包括：肥料箱和设置在肥料箱下方的出料装置；动力装置，其采用蓄电池箱，为施肥机提供动力源；以及中控箱，其设置在运载车底部，连接施肥机构和运载车，能够自动调整施肥间距、施肥量和施肥速度，充分提高了施肥效率，还提供了一种自动施肥机控制方法，通过精准控制施肥机的施肥速度，实现施肥量的精准控制。

Description

一种自动施肥机及其控制方法

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种施肥机及其控制方法。

背景技术

我国现在的农田施肥方式基本以人工为主，机器为辅；对于处于农作物生长期需要施肥的农田，为了不损坏农作物难以使用大型施肥机械，自动化程度不高、施肥技术单一且落后；现在大多数肥料采用丢肥，即直接洒到地面上便可很好的让地面吸收，但一般的施肥机不能有效地调整施肥间距、施肥量和施肥速度，造成了巨大的劳动量，效率低下。

发明内容

本发明设计开发了一种自动施肥机，解决了上述背景技术中的缺陷，能够自动调整施肥间距、施肥量和施肥速度，充分提高了施肥效率。

本发明还有一个目的是提供了一种自动施肥机控制方法，通过调节施肥机的施肥速度，进而控制得到目标施肥量。

本发明提供的技术方案为：

一种自动施肥机，包括：

运载车；

施肥机构，其设置在所述运载车顶部，所述施肥结构还包括：肥料箱和设置在所述肥料箱下方的出料装置；

动力装置，其采用蓄电池箱，为施肥机提供动力；以及

中控箱，其设置在所述运载车底部，连接所述施肥机构和运载车，包括：

数据采集处理装置，用于检测运载车行驶速度和方向以及施肥机构的施肥速度；

微处理器，其连接所述数据采集处理装置，并能够将所述数据采集装置检测到的数据利用无线传输传递给无线终端，并能够接收无线终端的控制信号；

控制装置，其连接所述施肥机构和运载车，接收所述微处理器传递的控制信号，用于调整施肥间距及施肥速度。

优选的是，所述运载车还包括：

承重底盘；

车轮，其采用实心花纹轮胎，设置在所述承重底盘底部；

转向机构，其由转向电机驱动，设置在所述车轮的前轮位置，用于调整所述运载车运动方向。优选的是，所述承重底盘采用折弯板。

优选的是，所述肥料箱为箱体结构，并在一侧靠近底端位置设置有两个出料口。

优选的是，还包括搅拌装置，其设置在所述肥料箱内部，以促进肥料下送。

优选的是，所述出料装置包括：

软套管，其为可折叠式软管，套设在所述出料口位置；

下料管，连接所述软套管；

突出连接块，其设置在所述出料装置底部，内部设置有圆孔，所述软套管和下料管穿过所述圆孔；

卡销，其设置在所述下料管和软套管连接位置；

卡槽，其套设在所述突出连接块上，所述卡销能够在所述卡槽内横向移动并通过所述卡槽固定。

优选的是，所述数据采集装置包括：

前置摄像头，其设置在所述运载车前方，用于监控所述运载车运动轨迹；

边距传感器，其设置在所述运载车两侧，用于检测施肥机与垅间旁农作物的间距；

肥面传感器，其设置在所述肥料箱内部，用于检测肥料下降高度和下降速度。

本发明的目的还可以由一种自动施肥机的控制方法实现，包括：

所述微处理器进行数据接收，并将所述数据传递给手机终端，其中包括：通过所述边距传感器检测施肥机与垅旁农作物的间距，所述肥面传感器检测肥料下降高度和下降速度，前置摄像头监控运载车行进路线；

手机终端，根据所述数据和预设的目标施肥量，计算出施肥机的施肥速度和施肥间距，并将控制信号传递给控制装置；

所述控制装置接收手机终端传递的控制信号，调整施肥机的施肥速度和施肥间距，进而控制得到目标施肥量。

优选的是，所述施肥机的施肥速度为，

其中c为糙率系数，R为下料管内径，h_i为肥料箱内肥面高度，v_i为肥面下降速度，Q为目标施药量；g为重力加速度，L为卡槽宽度，l_i为施肥间距，ρ为单位体积的肥料质量。

所述施肥间距为，l_i＝s_a+s_b+s-2m

其中，s_a左边距传感器与左垅旁农作物的间距，s_b右边距传感器与右垅旁农作物的间距，s为两边距传感器距离，m为地面肥料与农作物建议距离。

本发明所述的有益效果

1、本发明提供的一种自动施肥机。使用范围较广泛，采用动力强劲小车底盘与施肥机相结合，具有很强的机动性和越野性能，能够适应多种田间路面状况。

2、本发明提供的一种自动施肥机是基于Arduino的单片机控制系统及手机智能终端控制，结合反馈信息以及实际情况，根据需求智能自动控制小车行进与施肥机工作，控制施肥间距、施肥量和施肥速度；充分提高施肥效率，解放劳动力。

3、本发明采用模块化、系统化、标准化的设计理念：所有零部件设计及选用在技术参数上保持一致性。

4、本发明还自动施肥机控制方法，通过精准控制施肥机的施肥速度，实现施肥量的精准控制。

附图说明

图1为本发明所述的自动施肥机的结构示意图。

图2为本发明所述的施肥机构结构示意图。

图3为本发明所述的出料口结构示意图。

图4为本发明另一实施例的控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的自动施肥机，包括：运载车、施肥机构、动

力装置和中控箱。

其中，运载车包括：承重底盘110，作为一种优选，承重底盘110和运载车骨架均采用折弯板，耗材少且强度高；

车轮120，其采用实心花纹轮胎，设置在承重底盘110底部；

转向机构130，其由转向电机140驱动，设置在车轮120的前轮位置，用于调整运载车的运动方向。

如图2、3所示，施肥机构，其设置在运载车顶部，包括：

肥料箱210，其为箱体结构，并在一侧靠近底端位置设置有两个出料口220，作为一种优选，肥料箱210内设置有搅拌装置211，以以促进肥料下送；以及

出料装置，其设置在肥料箱210下方的；

软套管230，其为可折叠式软管，套设在出料口220位置；

下料管240，连接软套管230；

突出连接块250，其设置在出料装置底部，内部设置有圆孔，软套管230和下料管240穿过所述圆孔。

卡销270，其设置在下料管240和软套管230连接位置；

卡槽160，其套设在所述突出连接块上，所述卡销能够在所述卡槽内横向移动并通过所述卡槽固定。

出料口220位于施肥机构的后端两边，卡装于肥料箱210突出连接块250中，通过可软套管230与肥料箱出料口220连接；软套管230和肥料管240连通并能够穿过突出连接块250，在突出连接块250的圆孔内移动，卡销270固定在软套管230和下料管240的连接处，因此通过移动卡销270可改变软套管230的伸缩长度，卡销270能够横向移动并通过卡槽260固定，下料管240也可自行旋转，通过卡销270横向移动和下料管240旋转共同调节施肥间距。

动力装置300，其采用蓄电池箱，为施肥机提供动力源；主要通过主电动机310传出动力经过减速装置320带动装置前行及经过链条330带动肥料箱210中搅拌装置211的转动，同时通过转向电机140传出动力带动转向机构130实现转向。以及

中控箱400，其设置在运载车底部，连接施肥机构和运载车，包括：

数据采集处理装置，用于检测运载车行驶速度和方向以及施肥机构的施肥速度；其包括

前置摄像头510，其设置在运载车前方，用于监控运载车运动轨迹；

边距传感器520，其设置在运载车两侧，用于检测施肥机与垅间旁农作物的间距；

肥面传感器530，其设置在所述肥料箱210内部，用于检测肥料下降高度和下降速度。

微处理器，其连接数据采集处理装置，并能够将数据采集装置检测到的数据利用无线传输数据传递给无线终端，并能够接收无线终端的控制信号；

控制装置，其连接施肥机构和运载车，接收微处理器传递的控制信号，用于调整施肥间距及施肥速度。

施肥机在垅间按设定路线前行时，前置摄像头510采集的路况信息与蓄电量共同组成反馈信号Ⅰ，肥面传感器530测得的肥料面高度及下降速度组成了反馈信号Ⅱ，边置传感器530测得的路线偏差信息为反馈信号Ⅲ，基于Arduino的控制系统(微处理器)对反馈信号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ进行识别处理，做出相应的调节，保证反馈后的正常工作。

当遇到障碍时，可人为在手机控制终端通过辨别前置摄像头510传输的图像信息来远程操控，改变动力级数进行越障，以适应各种田间路面。

边距传感器520主要用来边距测量，保证装置正常前进，具体原理是通过感触垅间旁农作物，产生压力给予警报，经放大电路，A/D转换电路，传送至微处理器进行反馈调节，经电路控制转向电机140带动转向机构130运动改变装置前轮角度。

一种自动施肥机的控制方法，包括以下步骤：

所述微处理器进行数据接收，并将所述数据传递给手机终端，其中包括：通过边距传感器520检测施肥机与垅旁农作物的间距，肥面传感器530检测肥料下降高度和下降速度，前置摄像头510监控运载车行进路线；

手机终端，根据数据和预设的目标施肥量，计算出施肥机的施肥速度和施肥间距，并将控制信号传递给控制装置。

控制装置接收手机终端传递的控制信号，调整施肥机的施肥速度和施肥间距，进而控制得到目标施肥量。

其中，施肥机的施肥速度

其中c为糙率系数，其为R为下料管内径，其单位为m；h_i为肥料箱内肥面高度，其单位为m；v_i为肥面下降速度，其单位为m/s；Q为目标施肥量；其单位为Kg；g为重力加速度，其单位为m/s²；L为卡槽宽度，其单位为m；l_i为施肥间距，其单位为m，ρ为单位体积的肥料质量，其单位为Kg/m³。

其中施肥间距为，l_i＝s_a+s_b+s-2m

其中，s_a左边距传感器与左垅旁农作物的间距，其单位为m；s_b右边距传感器与右垅旁农作物的间距，其单位为m；s为两边距传感器距离，其单位为m；m为地面肥料与农作物建议距离，其单位为m。

如图3所示，在另一实施例中，上述所述的工作方式的实现基于本装置的控制方法，目的为实现小车和施肥的智能控制：

步骤1，输入变量为反馈信号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所传递的路况信息、肥料面高度及下降速度和路线偏差信息所转换成的数字信息；

步骤2，将输入变量的数字信息与中控箱400中的控制器中设定的施肥标准和施肥路线做出比较并进行判断，计算出偏差，如有偏差将启动提醒和报警程序；

步骤3，控制器根据算出的偏差，按照设定的计算程序计算出需要调整的数据，并发出相应的命令信息到主电机310和转向电机140等被控单元；

步骤4，主电机310和转向电机140根据命令信息改变运转速度或者方向，同时偏差信息不断被反馈和计算，直到满足设定标准并解除提醒和报警程序，最终实现对施肥及其路线的智能控制。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种自动施肥机，其特征在于，包括：

运载车；

施肥机构，其设置在所述运载车顶部，包括：

肥料箱，其为箱体结构，并在一侧靠近底端位置设置有两个出料口；

出料装置，其设置在所述肥料箱下方，包括：

软套管，其为可折叠式软管，套设在所述出料口位置；

下料管，连接所述软套管；

突出连接块，其设置在所述出料装置底部，内部设置有圆孔，所述软套管和下料管穿过所述圆孔；

卡销，其设置在所述下料管和软套管连接位置；

卡槽，其套设在所述突出连接块上，所述卡销能够在所述卡槽内横向移动并通过所述卡槽固定；

动力装置，其采用蓄电池箱，为施肥机提供动力；以及

中控箱，其设置在所述运载车底部，连接所述施肥机构和运载车，包括：

数据采集处理装置，用于检测运载车行驶速度和方向以及施肥机构的施肥速度，包括：

前置摄像头，其设置在所述运载车前方，用于监控所述运载车运动轨迹；

边距传感器，其设置在所述运载车两侧，用于检测施肥机与垅旁农作物的间距；

肥面传感器，其设置在所述肥料箱内部，用于检测肥料下降高度和下降速度；

微处理器，其连接所述数据采集处理装置，并能够将所述数据采集处理装置检测到的数据利用无线传输传递给无线终端，并能够接收无线终端的控制信号；

控制装置，其连接所述施肥机构和运载车，接收所述微处理器传递的控制信号，用于调整施肥间距及施肥速度。

2.根据权利要求1所述的自动施肥机，其特征在于，所述运载车还包括：

承重底盘；

车轮，其采用实心花纹轮胎，设置在所述承重底盘底部；

转向机构，其由转向电机驱动，设置在所述车轮的前轮位置，用于调整所述运载车运动方向。

3.根据权利要求2所述的自动施肥机，其特征在于，所述承重底盘采用折弯板。

4.根据权利要求1所述的自动施肥机，其特征在于，还包括搅拌装置，其设置在所述肥料箱内部，以促进肥料下送。

5.根据权利要求1所述的自动施肥机，其特征在于，所述无线终端为手机。

6.一种自动施肥机的控制方法，使用如权利要求1-5中任一项所述的自动施肥机，其特征在于，包括：

所述微处理器进行数据接收，并将所述数据传递给手机终端，其中包括：通过所述边距传感器检测施肥机与垅旁农作物的间距，所述肥面传感器检测肥料下降高度和下降速度，前置摄像头监控运载车行进路线；

手机终端，根据所述数据和预设的目标施肥量，计算出施肥机的施肥速度和施肥间距，并将控制信号传递给控制装置；

所述控制装置接收手机终端传递的控制信号，调整施肥机的施肥速度和施肥间距，进而控制得到目标施肥量。

7.根据权利要求6所述的自动施肥机的控制方法，其特征在于，所述施肥机的施肥速度为，

其中c为糙率系数，R为下料管内径，h_i为肥料箱内肥面高度，v_i为肥面下降速度，Q为目标施药量；g为重力加速度，L为卡槽宽度，l_i为施肥间距，ρ为单位体积的肥料质量；

所述施肥间距为，l_i＝s_a+s_b+s-2m

其中，s_a左边距传感器与左垅旁农作物的间距，s_b右边距传感器与右垅旁农作物的间距，s为两边距传感器距离，m为地面肥料与农作物建议距离。