CN106211874A - 智能变量播种施肥机、补种方法及变量播种施肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能变量播种施肥机、补种方法及变量播种施肥方法，播种过程出现漏播时能够自动进行补种作业。其包括机架，机架前端经悬挂机构连接牵引机体，机架上依次设置变量施肥单元、变量播种单元及自动补种单元，机架后部设置镇压装置，变量施肥单元的排肥管连接施肥开沟器，变量播种单元及自动补种单元前方连接一个播种开沟器，播种开沟器后方设置覆土装置，智能变量播种施肥机还包括自动控制系统。

Description

智能变量播种施肥机、补种方法及变量播种施肥方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，特别涉及一种智能变量播种施肥机、补种方法及变量播种施肥方法。

背景技术

精准农业是在现代空间信息技术和自动控制技术最新成果的基础上发展起来的一种新型的现代农业生产形式。精准农业的变量控制技术是实施精准农业作业的关键技术,该技术将GPS( 全球定位系统)、GIS( 地理信息系统)、DSS( 决策支持系统) 和ICS( 智能控制系统) 等一系列高新技术应用于农业生产作业，它是根据田间不同地块养分和作物生长条件的空间差异性，合理使用肥料、种子、水及农药等生产资料，在保护农业生态环境、保障粮食生产安全的同时，获取最高产量和最大经济效益。

目前，我国播种施肥机械普遍采用的还是传统的播种施肥控制方式。传统的播种施肥机械的排种器和排肥器驱动方式有两种：一种是使用地轮驱动，由于地轮打滑的原因，造成播种株距不一致和化肥施用不均匀，打滑严重时甚至会出现缺种、缺肥现象；另一种是由拖拉机后输出动力经减速箱改变传动比后由链轮驱动，该驱动方式需要手动调换不同的链轮，以满足不同播种量、不同施肥量所对应的排种器、排肥器转速，这种有级调节的方式很难达到精密播种和精量施肥的要求。传统播种施肥方式使用固定的播种量和排肥量，但由于地块之间土壤肥力及环境差异等原因造成不同地块需要的播种量和施肥量的不同，使用传统的播种施肥方式就容易造成种子和肥料的浪费，影响产量且污染环境。传统播种施肥机工作过程中出现漏播故障时不能进行自动补种，往往需要在出苗后耗费大量的人力进行补种作业。因此，目前需要研制一种采用变量控制技术且具有自动补种功能的播种施肥机。

发明内容

本发明目的是提供一种智能变量播种施肥机、补种方法及变量播种施肥方法，在农田养分空间分布不均匀条件下，根据播种施肥作业处方信息进行按需播种施肥作业，播种过程出现漏播时能够自动进行补种作业，达到减少投入、提高效益的目的。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能变量播种施肥机，包括机架，机架前端经悬挂机构连接牵引机体，机架上依次设置变量施肥单元、变量播种单元及自动补种单元，机架后部设置镇压装置，变量施肥单元的排肥管连接施肥开沟器，变量播种单元及自动补种单元前方连接一个播种开沟器 ，播种开沟器 后方设置覆土装置，智能变量播种施肥机还包括自动控制系统，自动控制系统包括控制器、用于测定机具速度的测速传感器、用于测定机具位置参数的GPS天线及GPS移动站，其中测速传感器安装在镇压装置上。

本发明优选实施方案，变量施肥单元包括子肥箱、混肥箱和施肥箱；每个子肥箱下端均连接输肥器电机驱动的输肥器；混肥箱位于子肥箱下方，混肥箱内设有混肥电机驱动的混肥机构，混肥箱底部设有由电磁阀控制的电动落肥机构；施肥箱位于混肥箱下方，施肥箱底部设有电动排肥器，电动排肥器与排肥管连接，排肥管连接施肥开沟器。

本发明优选实施方案，子肥箱包括并排设置的氮肥箱、磷肥箱和钾肥箱。

本发明优选实施方案，变量播种单元包括种箱、排种装置、排种电机、种子检测传感器和导种管，种箱及排种装置均与机架固定连接，排种装置由排种电机驱动，导种管设置在排种装置的下端，种子检测传感器设置在导种管的上部，并与控制器连接。

本发明优选实施方案，自动补种单元包括补种箱、步进电机、补种器和补种管，补种箱与机架固定连接，补种器设置在补种箱的下面，且由步进电机驱动，补种管设置在补种器下方，补种管上安装有与控制器连接的电磁控制阀。

本发明优选实施方案，导种管与补种管的管口前后并列安置，且两管口之间间隔一定距离。

一种所述智能变量播种施肥机的补种方法，包括以下步骤：

种子检测传感器检测到种子漏播时，控制器控制电磁控制阀的开合，将电磁控制阀上面待播的种子落下完成补种，同时在电磁控制阀动作的瞬间，步进电机驱动补种器转动一周，补种器排下一粒种子到补种位置即电磁控制阀上方，等待下一次补种；自动补种条件为：①t-Δt1-Δt3-Δt6=Δt2+Δt4，Δt5=Δt2+Δt4；②补种器和电磁控制阀需要在同一时间开始动作。设定自动补种系统各动作时间为：其中t为种子从排种装置排出到落地总下落时间，Δt1为种子从排种装置排出到种子检测传感器的下落时间，Δt2为电磁控制阀打开到种子落地时间，Δt3为种子检测传感器响应时间，Δt4为电磁控制阀动作时间，Δt5为补种器开始动作到种子落到电磁控制阀上的时间间隔，Δt6为播种状态判断时间，正常播种时前后两次落种时间间隔Δt7，设定Δt6≥δΔt7为漏播条件，其中δ为漏播判断系数1.5。

一种所述智能变量播种施肥机的变量播种施肥方法，

（1）在实施播种施肥作业之前，需要先测取作业地块的土壤养分状况等田间状态信息，建立该地块的田间状态信息数据库，将作业地块的决策播种量和施肥量信息写入移动存储设备中；

（2）控制器调用存储的播种施肥作业处方信息，根据测速传感器测定的机具速度及GPS系统测定的位置参数，分别控制氮肥箱、磷肥箱、钾肥箱的输肥器、施肥箱的电动排肥器和种箱的排种装置的转速，进行变量施肥和变量播种作业。

与传统播种施肥机技术相比，本发明显著优点是：

（1）根据不同地块的施肥作业处方图，自动配比氮、磷、钾肥料用量，进行动态的实时精量施肥；根据不同地块的播种作业处方图，实时检测落种量，进行实时精密播种。

（2）检测到漏种时，控制器控制自动补种单元进行补种作业。导种管与补种管的管口前后并列安置且相距一小段距离，对补种点位置的偏移进行一定补偿，确保漏播时能够定点补种。

（3）输肥机构、混肥机构、施肥装置、播种装置、补种装置均采用电机驱动，无复杂的机械传动链，可控性好，易于实现系统集成智能控制。混肥箱落肥机构采用电磁阀控制，操作简单可靠。

附图说明

图1是本发明中智能变量播种施肥机的结构示意图；

图2是本发明中变量施肥单元的结构示意图；

图3是本发明中子肥箱与混肥箱的结构示意图；

图4是本发明中变量播种单元与自动补种单元结构示意图；

图5是本发明中自动补种单元动作时间示意图；

1、控制器， 2、GPS天线， 3、GPS移动站， 4、变量施肥单元， 5、种箱， 6、机架， 7、镇压装置， 8、测速传感器， 9、自动补种单元， 10、覆土装置， 11、变量播种单元， 12、播种开沟器， 13、施肥开沟器， 14、悬挂机构， 15、牵引机体， 401、混肥箱， 402、电动落肥机构，403、施肥箱， 404、电动排肥器， 405、排肥管，406、氮肥箱， 407、磷肥箱， 408、钾肥箱，409、输肥器电机，410、混肥电机， 411、混肥机构， 412、输肥器，111、排种装置， 112、排种电机， 113、种子检测传感器， 114、导种管， 901、补种箱， 902、步进电机， 903、补种器，904、补种管， 905、电磁控制阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

参考图1，一种智能变量播种施肥机，包括机架6，机架6前端经悬挂机构14连接牵引机体15，机架6上依次设置变量施肥单元4、变量播种单元11及自动补种单元9，机架6后部设置镇压装置7，变量施肥单元4的排肥管405连接施肥开沟器13，变量播种单元11及自动补种单元9前方连接一个播种开沟器12 ，播种开沟器12后方设置覆土装置10，智能变量播种施肥机还包括自动控制系统，自动控制系统包括控制器1、用于测定机具速度的测速传感器8、用于测定机具位置参数的GPS天线2及GPS移动站3，其中测速传感器8安装在镇压装置7上，控制器1及GPS天线2设置在牵引机体15内，GPS移动站3设置在牵引机体15顶部。

参考图2及图3，变量施肥单元4包括子肥箱、混肥箱401和施肥箱403；子肥箱包括并排设置的氮肥箱406、磷肥箱407和钾肥箱408，氮肥箱406、磷肥箱407和钾肥箱408经螺栓与机架6连接，氮肥箱406、磷肥箱407和钾肥箱408下端均连接输肥器电机409驱动的输肥器412；混肥箱401位于子肥箱下方，混肥箱401内设有混肥电机410驱动的混肥机构411，混肥箱401底部设有由电磁阀控制的电动落肥机构402；施肥箱403位于混肥箱401下方，混肥箱401和施肥箱403通过螺栓连接，施肥箱403底部设有电动排肥器404，电动排肥器404与排肥管405连接，排肥管405连接施肥开沟器13。控制器1根据作业处方控制输肥器电机409的转速，按比例分别将氮、磷、钾肥输送至混肥箱401中，混肥机构411通过混肥电机410驱动，对输送至混肥箱401的肥料进行搅拌混合，电动落肥机构402安装在混肥箱401底部外侧，通过电磁阀控制混肥箱401箱底的开合，当电磁阀断电，箱底打开，按比例混合后的氮、磷、钾肥落入施肥箱403，当电磁阀得电，箱底闭合。电动排肥器404安装在施肥箱403的底部，控制器1根据单元地块的施肥量和测速传感器8测定的机具速度控制排肥器电机的转速，通过排肥管405将肥料均匀撒施到作业地块。

参考图4变量播种单元11包括种箱5、排种装置111、排种电机112、种子检测传感器113和导种管114，种箱5与排种装置111通过螺栓与机架6固定连接，排种装置111由排种电机112驱动，导种管114设置在排种装置111的下端，种子检测传感器113设置在导种管114的上部，并与控制器1连接。

参考图4自动补种单元9包括补种箱901、步进电机902、补种器903和补种管904，补种箱901与机架6固定连接，补种器903设置在补种箱901的下面，且由步进电机902驱动，补种管904设置在补种器903下方，补种管904上安装有与控制器1连接的电磁控制阀905。导种管114与补种管904的管口前后并列安置，且两管口之间间隔一定距离。补种过程包括落种状态判断、电磁阀动作、补种器动作三个步骤，检测到种子漏播时控制器1控制电磁控制阀905的开合，将电磁控制阀905上面待播的种子落下完成补种，同时在电磁控制阀905动作的瞬间，步进电机902驱动补种器903转动一周，补种器903排下一粒种子到补种位置即电磁控制阀上面，等待下一次补种。

一种智能变量播种施肥机的变量播种施肥方法，

（1）在实施播种施肥作业之前，需要先测取作业地块的土壤养分状况等田间状态信息，建立该地块的田间状态信息数据库，将作业地块的决策播种量和施肥量信息写入移动存储设备中；

（2）控制器1调用存储的播种施肥作业处方信息，根据测速传感器8测定的机具速度及GPS系统测定的位置参数，分别控制氮肥箱、磷肥箱、钾肥箱的输肥器412、施肥箱403的电动排肥器404和种箱5的排种装置111的转速，进行变量施肥和变量播种作业。

一种智能变量播种施肥机的补种方法，种子检测传感器113检测到种子漏播时，控制器1控制电磁控制阀905的开合，将电磁控制阀905上面待播的种子落下完成补种，同时在电磁控制阀905动作的瞬间，步进电机902驱动补种器903转动一周，补种器903排下一粒种子到补种位置即电磁控制阀905上方，等待下一次补种；参考图5自动补种条件为：①t-Δt1-Δt3-Δt6=Δt2+Δt4，Δt5=Δt2+Δt4；②补种器903和电磁控制阀905需要在同一时间开始动作。设定自动补种系统各动作时间为：其中t为种子从排种装置111排出到落地总下落时间，Δt1为种子从排种装置111排出到种子检测传感器113的下落时间，Δt2为电磁控制阀905打开到种子落地时间，Δt3为种子检测传感器113，响应时间，Δt4为电磁控制阀905动作时间，Δt5为补种器903开始动作到种子落到电磁控制阀905上的时间间隔，Δt6为播种状态判断时间，正常播种时前后两次落种时间间隔Δt7，设定Δt6≥δΔt7为漏播条件，其中δ为漏播判断系数1.5。

本发明采用电动输肥器按比例配比肥料，采用电动排种器和电动排肥器进行种肥的播施，播种量和施肥量精确、可控性好；自动补种单元可以根据检测到的落种情况，进行补种作业，实现漏播状态自动实时补种。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施方式。但是凡是未脱离本发明技术原理的前提下，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与改型，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种智能变量播种施肥机，其特征在于：包括机架，机架前端经悬挂机构连接牵引机体，机架上依次设置变量施肥单元、变量播种单元及自动补种单元，机架后部设置镇压装置，变量施肥单元的排肥管连接施肥开沟器，变量播种单元及自动补种单元前方连接一个播种开沟器 ，播种开沟器后方设置覆土装置，智能变量播种施肥机还包括自动控制系统，自动控制系统包括控制器、用于测定机具速度的测速传感器、用于测定机具位置参数的GPS天线及GPS移动站，其中测速传感器安装在镇压装置上。

2.如权利要求1所述智能变量播种施肥机，其特征在于：变量施肥单元包括子肥箱、混肥箱和施肥箱；每个子肥箱下端均连接输肥器电机驱动的输肥器；混肥箱位于子肥箱下方，混肥箱内设有混肥电机驱动的混肥机构，混肥箱底部设有由电磁阀控制的电动落肥机构；施肥箱位于混肥箱下方，施肥箱底部设有电动排肥器，电动排肥器与排肥管连接，排肥管连接施肥开沟器。

3.如权利要求 2 所述的智能变量播种施肥机，其特征在于：子肥箱包括并排设置的氮肥箱、磷肥箱和钾肥箱。

4.如权利要求1或2或3所述智能变量播种施肥机，其特征在于：变量播种单元包括种箱、排种装置、排种电机、种子检测传感器和导种管，种箱及排种装置均与机架固定连接，排种装置由排种电机驱动，导种管设置在排种装置的下端，种子检测传感器设置在导种管的上部，并与控制器连接。

5.如权利要求4所述智能变量播种施肥机，其特征在于：自动补种单元包括补种箱、步进电机、补种器和补种管，补种箱与机架固定连接，补种器设置在补种箱的下面，且由步进电机驱动，补种管设置在补种器下方，补种管上安装有与控制器连接的电磁控制阀。

6.如权利要求5所述智能变量播种施肥机，其特征在于：导种管与补种管的管口前后并列安置，且两管口之间间隔一定距离。

7.如权利要求5所述智能变量播种施肥机的补种方法，其特征在于，包括以下步骤：

种子检测传感器检测到种子漏播时，控制器控制电磁控制阀的开合，将电磁控制阀上面待播的种子落下完成补种，同时在电磁控制阀动作的瞬间，步进电机驱动补种器转动一周，补种器排下一粒种子到补种位置即电磁控制阀上方，等待下一次补种；自动补种条件为：①t-Δt1-Δt3-Δt6=Δt2+Δt4，Δt5=Δt2+Δt4；②补种器和电磁控制阀需要在同一时间开始动作；设定自动补种系统各动作时间为：其中t为种子从排种装置排出到落地总下落时间，Δt1为种子从排种装置排出到种子检测传感器的下落时间，Δt2为电磁控制阀打开到种子落地时间，Δt3为种子检测传感器响应时间，Δt4为电磁控制阀动作时间，Δt5为补种器开始动作到种子落到电磁控制阀上的时间间隔，Δt6为播种状态判断时间，正常播种时前后两次落种时间间隔Δt7，设定Δt6≥δΔt7为漏播条件，其中δ为漏播判断系数1.5。

8.如权利要求4所述智能变量播种施肥机的变量播种施肥方法，其特征在于：

（1）在实施播种施肥作业之前，需要先测取作业地块的土壤养分状况等田间状态信息，建立该地块的田间状态信息数据库，将作业地块的决策播种量和施肥量信息写入移动存储设备中；

（2）控制器调用存储的播种施肥作业处方信息，根据测速传感器测定的机具速度及GPS系统测定的位置参数，分别控制氮肥箱、磷肥箱、钾肥箱的输肥器、施肥箱的电动排肥器和种箱的排种装置的转速，进行变量施肥和变量播种作业。