CN106416558A - 控制液态肥料流量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制液态肥料流量的方法和装置，该方法包括：获取每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度；根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。优选地，根据每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度，产生PWM信号，PWM信号控制电机的正反转和转速；响应于电机的正反转和转速，计量机构做往复运动。由此解决了如何控制液态肥料流量的问题。

Description

控制液态肥料流量的方法和装置

技术领域

本发明涉及农业施肥技术领域，尤其涉及一种控制液态肥料流量的方法和装置。

背景技术

在我国农业生产中，大部分农民仍采用手工扔撒固体化肥的方式进行施肥。采用这种方式，固体化肥利用率低，一般只能被作物吸收30％左右，造成能源浪费；若遇到干旱天气，肥料无法溶解转化成为液体，作物无法吸收，肥效效果差。

近年来，液态肥料日益兴起并得到广泛应用。液态肥料是含有多种农作物生长营养元素的液态产品，它以离子状态融入土壤直接被农作物吸收，具有液态肥肥效好、利用率高；生产使用过程中无粉尘颗粒烟雾，对环境污染小，是一种“绿色肥料”。

对于液态肥料，农民主要通过倾洒的方式进行施肥作业，这种方式容易造成施肥不均，肥料浪费,施肥效率低下的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种控制液态肥料流量的方法，其至少部分地解决了如何控制液态肥料流量的问题，此外，还提供一种控制液态肥料流量的装置。

为了实现发明目的，采用如下技术方案：

根据一个方面，提供一种控制液态肥料流量的方法,该方法包括:

获取每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度；

根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。

进一步地，获取每亩地的施肥参数具体包括：通过计算设备获取所述每亩地的施肥参数。

进一步地，获取农用机械的行进速度具体包括：通过测速装置获取所述农用机械的行进速度。

进一步地，根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量，具体包括：根据每亩地的施肥参数和农用机械的 行进速度，产生脉冲宽度调制PWM信号，PWM信号控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。

进一步地，PWM信号控制计量机构做往复运动具体包括：

该PWM信号控制电机的正反转和转速；

响应于电机的正反转和转速，计量机构做往复运动。

进一步地，PWM信号控制电机的正反转和转速步骤具体包括：

通过改变PWM信号的脉冲顺序和频率来分别控制电机的正反转和转速。

进一步地，测速装置将农用机械的行进速度信号传送至控制器，驱动器对控制器输出的PWM信号进行放大；所述电机由所述驱动器驱动,且连接有减速箱,并控制计量机构进行往复运动；

所述液态肥料的流量按照以下公式计算得到：

其中，

L_MotorwhDia＝PI×D_Motordia

其中，V₁₀₀是指一百次冲程次数计量机构排液体积；

C_cnt为计量机构的往复运动次数；

f_delta为电机的生命脉冲频率；

S_Pump为计量机构横截面积；

L_MotorwhDia为减速箱齿轮的周长，

D_Motordia为减速箱齿轮的轮径，

D_pump为计量机构横截面直径；

LL为液态肥料的流量；

ROU；指液态肥料密度；

PI：为圆周率；

QEP_speed为测速装置传给控制器的脉冲数；

D_wheellen为农用机械车轮的轮径；

speed为农用机械的行进速度；

SFData为设定的每亩施肥参数；

FK为农用机械的宽度；

ratio指的是减速箱的变速比；

frq为计量机构往复运动的频率。

根据另一个方面，提供一种控制液态肥料流量的装置，该装置包括：

获取模块，用于获取每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度；

控制模块，用于根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。

进一步地，控制模块根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，产生PWM信号，所述PWM信号控制电机的正反转和转速，响应于所述电机的正反转和转速，计量机构做往复运动。

进一步地，控制模块通过改变PWM信号的脉冲顺序和频率来分别控制电机的正反转和转速。

采用上述技术方案，本发明较现有技术的优势在于：

由于根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度,产生PWM信号，由该PWM信号来控制电机的正反转和转速，再由电机来控制计量机构的往复运动，通过计量机构的往复运动来控制所述液态肥料的流量。由此解决了如何控制液态肥料流量的问题。

当然，实施本发明的任一产品不一定需要同时实现以上所述的所有优点。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然， 下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为根据一示例性实施例示出的控制液态肥料流量的方法的流程示意图；

图2为根据一示例性实施例示出的控制液态肥料流量的装置的结构示意图。

这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例对本发明进行进一步详细地说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请的保护范围。

在实际应用中,农业市场缺少配套的控制液态肥料流量的方法和装置。为了解决如何控制液态肥料流量的问题。对此,本发明实施例提供一种控制液态肥料流量的方法。图1为根据一示例性实施例示出的控制液态肥料流量的方法的流程示意图。如图1所示，该方法可以包括步骤S102至S104。

S102：获取每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度。

其中，每亩地的施肥参数是通过计算设备设置的。该计算设备优选为上位机，该上位机可以为计算机。施肥参数可以是液态肥料的流量。农用机械可以是播种机、拖拉机等。农用机械的行进速度是通过测速装置获取的。例如,测速装置的链条将农用机械行进轮轴上安装的齿轮与测速装置一侧连接的齿轮连接，测速装置的连接轴与农用机械的齿轮连接轴为同心连接。通过连接轴实现了对农用机械行进速度信号的采集。

S104：根据每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动,进而控制液态肥料的流量。

在该步骤中,每亩地的施肥参数一经设定完成之后就不再改变。农用机械的行进速度是实时测量的。农用机械的行进速度不同，则液态肥料的流量也会不同。

计量机构优选为双缸式活塞联动往复泵。该往复泵包括缸筒、推杆、孔端盖、活塞、紧固螺帽和支架。整个双缸式活塞联动往复泵均采用不锈钢材质。这样既保证了装置的安全性、可靠性，同时可以防止机械结构被液态肥料腐蚀。为了保证在一定压力下液态肥料不会溢出，缸筒两端的连接处及孔端盖同时装配O型圈。同时，在活塞里也装配两个O型圈，确保双缸式活塞联动往复泵的密封性能良好。在计量机构进行往复运动的过程中,往复运动的两个阶段均可使液态肥料排出计量机构，于是形成了对计量机构中的 液态肥料的挤压,从而使液态肥料填满管道，进而可以保证液态肥料流量的平稳性。由此，双缸式活塞联动往复泵的活塞往复运动的频率决定着液体肥料的流量，从而最终通过双缸式活塞联动往复泵的推杆往复运动频率来控制液体肥料的流量。

步骤S104具体包括步骤S1042和步骤S1044。

S1042：根据每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度，产生脉冲宽度调制PWM信号。

在该步骤中，可以通过测速装置实时采集农用机械的行进速度，农用机械的行进速度不同，控制器产生的PWM信号也不同。

S1044：PWM信号控制所述计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。

步骤S1044具体包括：步骤S10442和步骤S10444。

S10442：PWM信号控制电机的正反转和转速。

优选地，通过改变PWM信号的脉冲顺序和频率来分别控制电机的正反转和转速。

以步进电机为例，通过改变PWM脉冲列的周期可以实现调频的目的，进而控制步进电机的转速。步进电机的转速与脉冲频率成正比。脉冲频率越高，则步进电机的转速也越高。步进电机有四相绕组A、B、C、D，当一相绕组通电时在电动机内部形成N－S极，产生磁场，当通电的相发生变化，磁场发生旋转，在磁场的作用下，转子将转动，若步进电机按双四拍的方式来工作，则在A、B、C、D四相绕组上输入脉冲的顺序为AB→BC→CD→DA→AB，步进电机沿顺时针方向转动，即正转；若在A、B、C、D四相绕组上依次输入脉冲AB→DA→CD→BC→AB；步进电机将沿逆时针方向旋转，即反转。因此只要控制在四相绕组上输入脉冲的顺序，就可以控制步进电机的正转/反转。

S10444：响应于电机的正反转和转速，计量机构做往复运动。

在该步骤中，电机与计量机构相连。将电机的正反转转换为计量机构的往复运动。电机的转速由PWM信号的频率控制，最终控制计量机构的往复运动频率，从而达到控制液态肥料的流量的目的。

在一个可选的实施例中，测速装置将农用机械的行进速度信号传送至控制器，驱动器对控制器输出的PWM信号进行放大；电机由驱动器驱动,且连接有减速箱,并控制计量机构进行往复运动。

液态肥料的流量按照以下公式计算得到：

其中，

_LMotorwhDia＝PI×D_Motordia

其中，V₁₀₀是指一百次冲程次数计量机构排液体积；

C_cnt为计量机构的往复运动次数；

f_delta为电机的生命脉冲频率；

S_Pump为计量机构横截面积；

L_MotorwhDia为减速箱齿轮的周长；

D_Motordia为减速箱齿轮的轮径；

D_pump为计量机构横截面直径；

LL为液态肥料的流量；

ROU；指液态肥料密度；

100是指单位体积测量的次数；

200是指电机转一周需要的步数；

8是指电机通过驱动器内置的功能所进行的具体的参数设置；

PI：为圆周率，取值优选为3.1415926；

4是指计算时的一个比例参数换算定值；

QEP_speed为测速装置传给控制器的脉冲数；

D_wheellen为农用机械车轮的轮径；

1.5为农用机械行进轴齿轮与测速装置齿轮的比值；

60指的是时间单位换算数值，例如：将1小时换算成分钟，即为60；

1000的单位是毫米，除以1000是换算成以米为单位；

speed为农用机械的行进速度；

SFData为设定的每亩施肥参数；

FK为农用机械的宽度；

ratio指的是减速箱的变速比，其值优选为3；

666.7是指1亩地的面积；

frq为电机转动频率,即计量机构往复运动的频率。

在该步骤中，因为控制器产生的控制信号，不能直接连接到电机上使电机转动，所以需要将控制信号放大后再连接到步进电机。因此,需要驱动器来对PWM信号进行放大处理。

电机连接有减速箱，减速箱的轴承安装有齿轮，该齿轮连接有导轨，导轨的末端与计量机构相连，减速箱的传动杆上固定有金属片，使得该金属片在传动杆的带动下，在至少两个限位开关之间移动。

在实际应用中，举例而言，计量机构优选为双缸式活塞联动往复泵。减速箱的导轨末端与双缸式活塞联动往复泵的推杆相连，这样只需要对步进电机的正反转和转速进行控制，就能控制双缸式活塞联动往复泵推杆的往复运动和往复运动频率。

需要说明的是,本发明不受所描述的动作顺序的限制,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

本发明实施例还提供一种控制液态肥料流量的装置。图2为根据一示例性实施例示出的控制液态肥料流量的装置的结构示意图。如图2所示，该控制液态肥料流量的装置20可以包括：获取模块22和控制模块24。其中，获取模块22用于获取每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度；控制模块24用于根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。

其中，通过上位机可以获取每亩地的施肥参数。该上位机可以是一台计算机。通过测速装置可以实时获取农用机械的行进速度。通过链条将农用机械行进轮轴上安装的齿轮与测速装置一侧连接的齿轮连接起来，测速装置的连接轴与农用机械的齿轮连接轴为同心连接。测速装置通过连接轴实现了对农用机械行进速度信号的采集。

在一个可选的实施例中，控制模块24根据每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度，产生PWM信号，PWM信号控制电机的正反转和转速，响应于电机的正反转和转速，计量机构做往复运动。其中，优选地，控制模块24通过改变PWM信号的脉冲顺序和频率来分别控制所述电机的正反转和转速。

通过调整PWM信号的周期，就可以调整PWM信号的频率，进而控制电机的转速。电机与计量机构相连，电机的正反转转换为计量机构的往复运动，电机的转速控制着计量机构往复运动的频率。以计量机构为双缸式活塞联动往复泵为例。在往复运动中，既有液态肥料流进双缸式活塞联动往复泵，也会有液态肥料被挤压出双缸式活塞联动往复泵，往复运动的两个阶段均可使液态肥料排出双缸式活塞联动往复泵，由此，活塞往复 运动的频率决定着液态肥料的流量，从而最终通过推杆往复运动频率来控制液态肥料的流量。

需要说明的是，上述各功能模块的划分仅为举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成。具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

应指出的是，上面分别对本发明的装置和方法实施例分别进行了描述，但是对一个实施例所描述的细节也可应用于另一个实施例。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种控制液态肥料流量的方法，其特征在于，该方法包括：

获取每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度；

根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。

2.根据权利要求1所述的控制液态肥料流量的方法，其特征在于，所述获取每亩地的施肥参数具体包括：通过计算设备获取所述每亩地的施肥参数。

3.根据权利要求1所述的控制液态肥料流量的方法，其特征在于，所述获取农用机械的行进速度具体包括：通过测速装置获取所述农用机械的行进速度。

4.根据权利要求1所述的控制液态肥料流量的方法，其特征在于：所述根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量，具体包括：根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，产生脉冲宽度调制PWM信号，所述PWM信号控制所述计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。

5.根据权利要求4所述的控制液态肥料流量的方法，其特征在于，所述PWM信号控制计量机构做往复运动具体包括：

该PWM信号控制电机的正反转和转速；

响应于所述电机的正反转和转速，计量机构做往复运动。

6.根据权利要求5所述的控制液态肥料流量的方法，其特征在于，

所述PWM信号控制电机的正反转和转速步骤具体包括：

通过改变所述PWM信号的脉冲顺序和频率来分别控制所述电机的正反转和转速。

7.根据权利要求6所述的控制液态肥料流量的方法，其特征在于：

测速装置将农用机械的行进速度信号传送至控制器，驱动器对控制器输出的PWM信号进行放大；所述电机由所述驱动器驱动,且连接有减速箱,并控制计量机构进行往复运动；

所述液态肥料的流量按照以下公式计算得到：

$LL=\frac{C_{cnt}\×V_{100}\×ROU}{100}+\frac{f_{delta}\×L_{MotorwhDia}\×S_{Pump}\×ROU}{8\×\mathrm{200}\×ratio},$ 其中，

L_MotorwhDia＝PI×D_Motordia

$frq=\frac{SFData\×S_{Pump}\×FK\×D_{wheellen}\×speed\×8\×200\×ratio}{4\×666.7\×60\×D_{Motordia}},$

$S_{Pump}=\frac{PI\×D_{pump}\×D_{pump}}{4}$

$Speed=\frac{{\mathrm{QEP}}_{speed}\×60\×D_{wheellen}}{1.5\×1000}$

其中，V₁₀₀是指一百次冲程次数计量机构排液体积；

C_cnt为计量机构的往复运动次数；

f_delta为电机的生命脉冲频率；

S_Pump为计量机构横截面积；

L_MotorwhDia为减速箱齿轮的周长，

D_Motordia为减速箱齿轮的轮径，

D_pump为计量机构横截面直径；

LL为液态肥料的流量；

ROU；指液态肥料密度；

PI：为圆周率；

QEP_speed为测速装置传给控制器的脉冲数；

D_wheellen为农用机械车轮的轮径；

speed为农用机械的行进速度；

SFData为设定的每亩施肥参数；

FK为农用机械的宽度；

ratio指的是减速箱的变速比；

frq为电机转动频率。

8.一种控制液态肥料流量的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度；

控制模块，用于根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，控制计量机构做往复运动进而控制液态肥料的流量。

9.根据权利要求8所述的控制液态肥料流量的装置，其特征在于：

所述控制模块，根据所述每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度，产生PWM信号，所述PWM信号控制电机的正反转和转速，响应于所述电机的正反转和转速，计量机构做往复运动。

10.根据权利要求9所述的控制液态肥料流量的装置，其特征在于：

所述控制模块，通过改变PWM信号的脉冲顺序和频率来分别控制所述电机的正反转和转速。