CN105993334A - 一种连续施肥机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种连续施肥机。该施肥机包括行走装置、刨土分土装置、下肥器、中央控制器、施肥深度定位装置、肥料流量控制装置、土壤肥料含量检测装置和施肥点位置定位装置。所述的下肥器包括底座、底座高度调节装置及底座下方呈矩阵排列的若干下肥器注头，每个注头上均设有肥料入土检测器，施肥深度定位装置位于底座上，各肥料入土检测器与中央控制器连接，中央控制器接收到某个注头的肥料入土信号时即控制土壤肥料含量检测装置采集该注头下的土样，检测其中的肥料含量，中央控制器根据该数据判断该点施肥量情况并做出补加或超量记录。

Description

一种连续施肥机
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种连续施肥机。
背景技术
随着农业机械自动化的发展，播种、施肥等农耕操作都逐步被机器所取代，减轻了农民的负担，有效提高了农耕的效率。但外界环境变化多端，机器操作难以及时适应环境变化，导致播种、施肥效果达不到要求。常见的一种情况就是受土壤不平或机械本身结构的影响，现有的施肥机在行进时施肥过程会被中断，不能连续施肥，导致施肥不均，田地中氮磷钾的含量也无法得到精准控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种连续施肥机，能对施肥后的土壤及时检测肥料含量，不合格及时补加，实现了对施肥过程的精准控制。
本发明采用的技术方案如下：
一种连续施肥机，包括行走装置、刨土分土装置和下肥器，刨土分土装置位于行走装置前方，用于将地表层的土壤分开，减少行进中的土壤阻力；还包括中央控制器、施肥深度定位装置、肥料流量控制装置、土壤肥料含量检测装置和施肥点位置定位装置；肥料流量控制装置与中央控制器输出端连接，用于调节下肥器的肥料流量；所述的下肥器包括底座、底座高度调节装置及底座下方呈矩阵排列的若干下肥器注头，每个注头上均设有肥料入土检测器，施肥深度定位装置位于底座上，底座高度调节装置接收中央控制器发出的高度调节指令，施肥深度定位装置对底座到达的高度进行实时测量，当达到指定高度时，向中央控制器发出信号，中央控制器停止高度调节，开始施肥；各肥料入土检测器与中央控制器连接，中央控制器接收到某个注头的肥料入土信号时即控制土壤肥料含量检测装置采集该注头下的土样，检测其中的肥料含量，中央控制器将土壤肥料含量数据与理论值比较，当该点肥料含量不够理论值时，则控制下肥器加注肥料，当该点肥料含量超过理论值时，则控制施肥点位置定位装置对该点进行定位，中央控制器对超量位置及超量值进行记录；该施肥机所在位置下所有注头检测完毕后，行走装置动作，带动施肥机移动到下一个位置。
本发明中施肥机每行进到一个位置，即在下肥器注头矩阵下方对应一个矩形工作面，对工作面处的每个点完成施肥、肥料含量检测、补加和位置记录后，再行进到下一个位置，形成下一个工作面，再进行施肥和检测工作。施肥机移动时，参考注头矩阵的行距、列距移动，保证两工作面的间距符合行距、列距要求，保证施肥点间距的统一。同时能避免重复施肥。
进一步，所述的施肥深度定位装置为距离传感器，安装在底座底部，用于测量底座距离地面的高度，进而得出注头插入地面的深度。由于注头的长度是一定的，通过调整底座距离地面的高度，即可获知注头位于地面上方的长度，减去该长度值，即可得出注头深入地面的长度，进而得出施肥的深度。
进一步，所述的施肥点位置定位装置包括设在施肥机左后角第一个注头上方的测距仪和方位角传感器以及位于田地东北角的信号标杆，测距仪用于测量第一个注头与信号标杆的距离s，方位角传感器用于测量测距仪从正北方向顺时针转过的角度A，上述数据送入中央控制器，由其计算施肥机所在位置左后角第一个施肥点的坐标，并且根据施肥机行驶方向及注头的行距d1、列距d2计算出该位置其他施肥点的坐标。
中央控制器计算各施肥点坐标过程如下：设下肥器注头矩阵的行数为m，列数为n，施肥机南向行驶，则施肥机所在位置从北往南、从东往西各注头对应施肥点的坐标如下：
第1行：(s*sinA，s*cosA)、(s*sinA+d2，s*cosA)、…、(s*sinA+(n-1)d2，s*cosA)；
第2行：(s*sinA，s*cosA+d1)、(s*sinA+d2，s*cosA+d1)、…、(s*sinA+(n-1)d2，s*cosA+d1)；
依此顺推，第m行：(s*sinA，s*cosA+(m-1)d1)、(s*sinA+d2，s*cosA+(m-1)d1)、…、(s*sinA+(n-1)d2，s*cosA+(m-1)d1)；
施肥机北向行驶时，则施肥机所在位置从南往北、从西往东各注头对应施肥点的坐标如下：
第1行：(s*sinA，s*cosA)、(s*sinA-d2，s*cosA)、…、(s*sinA-(n-1)d2，s*cosA)；
第2行：(s*sinA，s*cosA-d1)、(s*sinA-d2，s*cosA-d1)、…、(s*sinA-(n-1)d2，s*cosA-d1)；
依此顺推，第m行：(s*sinA，s*cosA-(m-1)d1)、(s*sinA-d2，s*cosA-(m-1)d1)、…、(s*sinA-(n-1)d2，s*cosA-(m-1)d1)。
优选的，所述的肥料入土检测器采用红外传感器，红外传感器的发射器和接收器分居注头下部两侧的管壁上，肥料经过时红外传感器发出脉冲信号给中央控制器。每个肥料入土检测器分别对应中央控制器的一个输入端子，分别接收信号，便于区分哪个施肥点发来的信号，以便分别控制土壤肥料含量检测器到相应的注头采样检测。
进一步，所述的土壤肥料含量检测装置包括分析仪、排空管、设于各注头处的取样器及连接取样器和分析仪的输送管，取样器用于从土壤中抽取土样，输送管用于将每个取样器取到的土样传送到分析仪，分析仪用于分析土壤中氮磷钾的含量，排空管用于将检测完毕的土样排出。同样，每个土壤肥料含量检测装置的取样器对应中央控制器的一个控制端，分别控制采样，中央控制器接收各个施肥点的土壤肥料含量值进行分析，以便分别反馈控制和记录。
本发明同时设置多个下肥器注口，并对每个注口的施肥情况进行控制和检测，并对相应数据进行记录，提高了施肥效率，实现了对施肥过程的精准控制。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是下肥器的结构示意图；
图3是土壤肥料含量检测装置的组成结构示意图；
图4是本发明控制系统系统框图；
图5是行走装置行进顺序示意图；
图中，1、刨土分土装置，2、行走装置，3、机架，4、下肥器，41、底座高度调节装置，42、底座，43、注头，5、肥箱，6、中央控制器，7、肥料流量控制装置，8、施肥深度定位装置，9、肥料入土检测器，10、施肥点位置定位装置，101、方位角传感器，102、测距仪，11、土壤肥料含量检测装置，111、分析仪，112、排空管，113、取样器，114、输送管，12、信号标杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
一种连续施肥机，如图1所示，包括行走装置2、刨土分土装置1、下肥器4、中央控制器6、施肥深度定位装置8、肥料流量控制装置7、土壤肥料含量检测装置11和施肥点位置定位装置10。行走装置2为一拖拉机，刨土分土装置1位于拖拉机前方，用于将地表层的土壤分开，减少拖拉机行进中的土壤阻力。拖拉机后方悬挂有一机架3，机架3上设有肥箱5和下肥器4。如图2、4所示，所述的下肥器4包括底座42、底座高度调节装置41及底座下方呈矩阵排列的若干下肥器注头43，每个下肥器注头43均通过软管与肥箱5连通。施肥深度定位装置8采用距离传感器，安装于底座42底部，并与中央控制器6的信号控制端连接。肥料流量控制装置7与中央控制器6输出端连接，用于在施肥前根据肥料类型和农作物种类调节下肥器的肥料流量。在施肥时中央控制器控制底座高度调节装置调节底座高度，施肥深度定位装置同步监测底座距离地面的高度，并在到达指定高度时通知中央控制器停止调节，从而实现对施肥深度的定位。注头底部到达指定深度时，即可控制下肥器开始施肥。如图3、4所示，所述的土壤肥料含量检测装置11包括分析仪111、排空管112、设于各注头处的取样器113及连接取样器和分析仪的输送管114，每个注头43上均设有肥料入土检测器9，肥料入土检测器9和土壤肥料含量检测装置11均与中央控制器6连接。肥料入土检测器9采用红外传感器，红外传感器的发射器和接收器分别位于注头43下部两侧的管壁上，当肥料经过时，红外传感器的接收器接收不到红外信号，会向中央控制器发出一个脉冲信号。中央控制器6接收到该点肥料入土信号后，即控制该点的取样器113进行取样，并通过输送管114输送到分析仪111，检测其中的肥料含量。中央控制器将收到的肥料含量数据与设定的理论值比较，当该点肥料含量不够理论值时，则控制下肥器加注肥料，当该点肥料含量超过理论值时，则控制施肥点位置定位装置对该点进行定位，中央控制器对超量位置及超量值进行记录。
如图1、5所示，所述的施肥点位置定位装置10包括设在施肥机左后角第一个注头上方的测距仪102和方位角传感器101以及位于田地东北角的信号标杆12，每到一个耕作区域就在东北角插上信号标杆12，以指西方向为X轴，指南方向为Y轴，建立一直角坐标系。测距仪102和方位角传感器101通过转轴与下肥器底座42连接，测距仪和方位角传感器同步转动。测距仪用于测量第一个注头与信号标杆的距离s，方位角传感器用于测量测距仪从正北方向顺时针转过的角度A，上述数据送入中央控制器，由其计算施肥机所在位置左后角第一个施肥点的坐标，该点坐标为(s*sinA，s*cosA)。然后根据施肥机行驶方向及注头的行距、列距计算出该位置其他施肥点的坐标。
假设下肥器设置了5行、3列的注头矩阵，该矩阵行距为d1，列距为d2。中央控制器计算各施肥点的坐标公式如下：施肥机南向行驶，则施肥机所在位置从北往南、从东往西各注头对应施肥点的坐标如下：
第1行：(s*sinA，s*cosA)、(s*sinA+d2，s*cosA)、(s*sinA+2d2，s*cosA)；
第2行：(s*sinA，s*cosA+d1)、(s*sinA+d2，s*cosA+d1)、(s*sinA+2d2，s*cosA+d1)；
第3行：(s*sinA，s*cosA+2d1)、(s*sinA+d2，s*cosA+2d1)、(s*sinA+2d2，s*cosA+2d1)；
第4行：(s*sinA，s*cosA+3d1)、(s*sinA+d2，s*cosA+3d1)、(s*sinA+2d2，s*cosA+3d1)；
第5行：(s*sinA，s*cosA+4d1)、(s*sinA+d2，s*cosA+4d1)、(s*sinA+2d2，s*cosA+4d1)。
施肥机北向行驶时，则施肥机所在位置从南往北、从西往东各注头对应施肥点的坐标如下：
第1行：(s*sinA，s*cosA)、(s*sinA-d2，s*cosA)、(s*sinA-2d2，s*cosA)；
第2行：(s*sinA，s*cosA-d1)、(s*sinA-d2，s*cosA-d1)、(s*sinA-2d2，s*cosA-d1)；
第3行：(s*sinA，s*cosA-2d1)、(s*sinA-d2，s*cosA-2d1)、(s*sinA-2d2，s*cosA-2d1)；
第4行：(s*sinA，s*cosA-3d1)、(s*sinA-d2，s*cosA-3d1)、(s*sinA-2d2，s*cosA-3d1)；
第5行：(s*sinA，s*cosA-4d1)、(s*sinA-d2，s*cosA-4d1)、(s*sinA-2d2，s*cosA-4d1)。
中央控制器在检测到某个施肥点的施肥量超标时，即可根据相应的注头编号计算出该点的坐标位置，并将该点的施肥含量和坐标位置予以记录，便于后期查看。该施肥机所在位置下所有注头检测完毕后，行走装置带动施肥机移动到下一个位置。施肥机移动时，遵循一定规律，南北向移动时移动距离为注头矩阵的行距乘以行数，东西向移动时移动距离为注头矩阵的列距乘以列数。如图5所示，可按数字顺序先由北向南行进，到田地南头时，再转向并移到西侧一列，再由南向北行进，直至对该块田地都施完肥。

Claims (6)

1.一种连续施肥机，包括行走装置(2)、刨土分土装置(1)和下肥器(4)，刨土分土装置(1)位于行走装置(2)前方，用于将地表层的土壤分开，减少行进中的土壤阻力；其特征在于：还包括中央控制器(6)、施肥深度定位装置(8)、肥料流量控制装置(7)、土壤肥料含量检测装置(11)和施肥点位置定位装置(10)；肥料流量控制装置(7)与中央控制器(6)输出端连接，用于调节下肥器的肥料流量；所述的下肥器(4)包括底座(42)、底座高度调节装置(41)及底座下方呈矩阵排列的若干下肥器注头(43)，每个注头(43)上均设有肥料入土检测器(9)，施肥深度定位装置(8)位于底座(42)上，底座高度调节装置接收中央控制器发出的高度调节指令，施肥深度定位装置对底座到达的高度进行实时测量，当达到指定高度时，向中央控制器发出信号，中央控制器停止高度调节，开始施肥；各肥料入土检测器(9)与中央控制器(6)连接，中央控制器接收到某个注头的肥料入土信号时即控制土壤肥料含量检测装置采集该注头下的土样，检测其中的肥料含量，中央控制器将土壤肥料含量数据与理论值比较，当该点肥料含量不够理论值时，则控制下肥器加注肥料，当该点肥料含量超过理论值时，则控制施肥点位置定位装置对该点进行定位，中央控制器对超量位置及超量值进行记录；该施肥机所在位置下所有注头检测完毕后，行走装置动作，带动施肥机移动到下一个位置。
2.根据权利要求1所述的连续施肥机，其特征在于：所述的施肥深度定位装置(8)为距离传感器，安装在底座(42)底部，用于测量底座距离地面的高度。
3.根据权利要求1所述的连续施肥机，其特征在于：所述的施肥点位置定位装置(10)包括设在施肥机左后角第一个注头上方的测距仪(102)和方位角传感器(101)以及位于田地东北角的信号标杆(12)，测距仪用于测量第一个注头与信号标杆的距离s，方位角传感器用于测量测距仪从正北方向顺时针转过的角度A，上述数据送入中央控制器，由其计算施肥机所在位置左后角第一个施肥点的坐标，并且根据施肥机行驶方向及注头的行距d1、列距d2计算出该位置其他施肥点的坐标。
4.根据权利要求3所述的连续施肥机，其特征在于：设下肥器注头矩阵的行数为m，列数为n，施肥机南向行驶，则施肥机所在位置从北往南、从东往西各注头对应施肥点的坐标如下：
第1行：(s*sinA，s*cosA)、(s*sinA+d2，s*cosA)、…、(s*sinA+(n-1)d2，s*cosA)；
第2行：(s*sinA，s*cosA+d1)、(s*sinA+d2，s*cosA+d1)、…、(s*sinA+(n-1)d2，s*cosA+d1)；
依此顺推，第m行：(s*sinA，s*cosA+(m-1)d1)、(s*sinA+d2，s*cosA+(m-1)d1)、…、(s*sinA+(n-1)d2，s*cosA+(m-1)d1)；
施肥机北向行驶时，则施肥机所在位置从南往北、从西往东各注头对应施肥点的坐标如下：
第1行：(s*sinA，s*cosA)、(s*sinA-d2，s*cosA)、…、(s*sinA-(n-1)d2，s*cosA)；
第2行：(s*sinA，s*cosA-d1)、(s*sinA-d2，s*cosA-d1)、…、(s*sinA-(n-1)d2，s*cosA-d1)；
依此顺推，第m行：(s*sinA，s*cosA-(m-1)d1)、(s*sinA-d2，s*cosA-(m-1)d1)、…、(s*sinA-(n-1)d2，s*cosA-(m-1)d1)。
5.根据权利要求1所述的连续施肥机，其特征在于：所述的肥料入土检测器(9)采用红外传感器，红外传感器的发射器和接收器分居注头下部两侧的管壁上，肥料经过时红外传感器发出脉冲信号给中央控制器。
6.根据权利要求1所述的连续施肥机，其特征在于：所述的土壤肥料含量检测装置(11)包括分析仪(111)、排空管(112)、设于各注头处的取样器(113)及连接取样器和分析仪的输送管(114)，取样器用于从土壤中抽取土样，输送管用于将每个取样器取到的土样传送到分析仪，分析仪用于分析土壤中氮磷钾的含量，排空管用于将检测完毕的土样排出。
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