CN106416568A - 液态肥料施肥控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态肥料施肥控制系统,该系统包括:测速装置、控制器和计量机构。其中，测速装置用于测量农用机械的行进速度,并将该行进速度信号转换成电信号，且将电信号传送至控制器；控制器用于根据每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度,来控制计量机构的往复运动；计量机构受控于控制器而控制液态肥料的施肥量。优选地，控制系统还包括：驱动器和步进电机，其中，控制器产生脉冲宽度调制PWM信号，发送至驱动器；驱动器接收控制器产生的PWM信号，并对PWM信号进行放大，来驱动步进电机；步进电机受控于驱动器而控制计量机构的往复运动。通过本发明，至少部分地解决了如何控制液态肥料流量并均匀施肥的问题。

Description

液态肥料施肥控制系统

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种液态肥料施肥控制系统。

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液态肥料施肥控制系统，其至少部分地解决了如何控制液态肥料流量并均匀施肥的问题。

为了实现发明目的，采用如下技术方案：

根据一个方面，提供一种液态肥料施肥控制系统,该系统包括:

测速装置，用于测量所述农用机械的行进速度,并将该行进速度信号转换成电信号，且将所述电信号传送至所述控制器；

控制器，用于根据每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度,来控制计量机构的往复运动；

所述计量机构，其受控于控制器而控制液态肥料的施肥量。

进一步地，所述计量机构为双缸式活塞联动往复泵。

进一步地，该控制系统还包括：

上位机，用于将每亩地的施肥参数传送至控制器。

进一步地，控制系统还包括：驱动器和步进电机，其中，

所述控制器，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，发送至所述驱动器；

所述驱动器，用于接收控制器产生的PWM信号，并对所述PWM信号进行放大，来驱动步进电机；

所述步进电机，其受控于驱动器而控制计量机构的往复运动。

进一步地，该控制系统还包括至少两个限位开关，其中，

至少两个限位开关，其用于对所述计量机构的往复运动的位移区间和往复运动方向进行定位；

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

进一步地，所述控制系统还包括：

缓冲罐，其安装在计量机构的下端；

压力表，其设置在所述缓冲罐上；

压力变送器，其设置在所述缓冲罐和电磁阀之间，且用于将所述缓冲罐的压力信号转换成电流信号，并将电流信号传送给控制器；

所述电磁阀，其受控于所述控制器，且通过打开和闭合动作实现对液态肥料流经管道的通、断控制。

进一步地，所述控制系统还包括：

流量分配器，其与电磁阀相连，并用于将液态肥料流经管道内的液态肥料分为多路，并分别输送至下料管；

下料管，其与所述流量分配器相连，并排出所述液态肥料。

进一步地，控制系统还包括：

储料箱，其用于储存所述液态肥料。

进一步地，储料箱内设置有液位报警开关，该液位报警开关用于测量所述储料箱的液位，并在低液位时报警。

进一步地，液位报警开关为鸭嘴式侧装浮球液位开关。

采用上述技术方案，本发明较现有技术的优势在于：

由于控制器根据每亩地的施肥参数和农用机械的行进速度,来控制步进电机的正反转和转速，再由步进电机控制计量机构进行往复运动，通过计量机构的往复运动来控制所述液态肥料的流量。在电磁阀关闭的情况下，计量机构进行往复运动，从而对计量机构内的液态肥料形成挤压，使液态肥料在管道内处于填充状态，在电源上电的时候，打 开电磁阀，使液态肥料流经的管道形成通路，从而确保肥料在管道中平稳、均匀地流动。由此，解决了如何控制液态肥料流量并均匀施肥的问题。

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液态肥料施肥控制系统的结构示意图；

图2为根据另一示例性实施例示出的液态肥料施肥控制系统的结构示意图。

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液态肥料施肥装置。为了解决了如何控制液态肥料施肥量并均匀施肥的问题。对此,本发明实施例提供了一种液态肥料施肥控制系统,其可以用于农用机械，图1为根据一示例性实施例示出的液态肥料施肥控制系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括:测速装置、控制器及计量机构。其中,测速装置用于测量所述农用机械的行进速度,并将该行进速度信号转换成电信号，且将所述电信号传送至所述控制器。控制器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,来控制计量机构的往复运动。计量机构受控于所述控制器而控制所述液态肥料的流量。

在实际应用中，农用机械可以是播种机、拖拉机等。该控制系统可适用于小麦、玉米或棉花等农作物的液态肥料施肥中。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相连，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。控制器通过对每亩地的施肥参数以及测速装置输出的有关农用机械行进速度的电信号，进行处理，输出控制信号，该控制信号可以用于控制计量机构的往复运动，从而控制液态肥料的流量。

在一个可选的实施例中，计量机构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。

活塞将缸体分为两个腔体，推杆带动活塞可以做左右水平移动，分别将左侧腔体或右侧腔体的液体从两侧的出口排出。同时，优选地，缸筒两端的排液管道安装有单向阀，该单向阀限制排液管道内的液态肥料的流向为：从储料箱流向双缸式活塞联动往复泵的内部。

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，从而使液态肥料填满管道，进而可以保证液态肥料流动的平稳性。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。

在一个可选的实施例中，液态肥料施肥控制系统还包括上位机。上位机用于将每亩地的施肥参数传送至控制器。

在该实施例中，上位机可以是一台计算机。

在一个可选的实施例中，液态肥料施肥控制系统还包括：驱动器和步进电机，其中，控制器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；驱动器用于接收所述控制器的PWM信号，并对所述PWM信号进行放大，来驱动步进电机；步进电机受控于所述驱动器而控制所述计量机构的往复运动。

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。所以需要驱动器来对PWM信号进行放大处理。该步进电机优选为直流无刷步进电机。控制器通过调整PWM信号的周期，就可以调整PWM信号的频率，进而控制步进电机的转速。步进电机与计量机构相连，步进电机的正反转转换为计量机构的往复运动，步进电机的转速控制着计量机构往复运动的频率。

在一个可选的实施例中，液态肥料施肥控制系统还包括至少两个限位开关，限位开关用于对所述计量机构的往复运动的位移区间和往复运动方向进行定位；所述步进电机连接有减速箱，该减速箱的轴承安装有齿轮，该齿轮连接有导轨，导轨的末端与所述计量机构相连，减速箱的传动杆上固定有金属片，使得该金属片在所述传动杆的带动下，在所述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。限位开关对计量机构往复运动方向的定位，也就是对步进电机正反转进行定位。两个限位开关通过对往复泵推杆的往复运动数进行计数，就能计算出实际排出的液态肥料的流量，并传给控制器，从而形成反馈回路。

在一个可选的实施例中，液态肥料施肥控制系统还包括缓冲罐、压力表、压力变送器和电磁阀。

其中，缓冲罐安装在计量机构的下端，优选地，缓冲罐安装在靠近出料端的位置。缓冲罐的作用主要是存储一部分的液态肥料，保证各条管道内液态肥料的压力，使液态肥料填充满管道，从而保证液态肥料的流量稳定，进而提高施肥装置的施肥流量的控制精确度。压力表设置在所述缓冲罐上，并用于测量所述缓冲罐内部的空气压力。压力变送器设置在所述缓冲罐和电磁阀之间，且用于将压力表测得的压力信号转换成电流信号，并将所述电流信号传送给所述控制器。所述电磁阀受控于所述控制器，且通过打开和闭合动作实现对液态肥料流经管道的通、断控制。

在实际应用中，压力表可以为注油式弹簧管压力表。该压力表测量的是缓冲罐内部的空气压力。该压力信号间接地反映了液态肥料在整个管道内的流通状况，因此在液态肥料施肥控制系统的管道出现堵塞时，可以及时发现并停止运行设备，以进行必要的检修。另外，该压力表安装中需要连接导压管，导压管的管口应该与连接处的内部接口保持平齐。

压力变送器的安装主要是取压位置的选择，因为测量的是静压信号，选择的安装部位要能真实地反映被测压力的变化，所以选择在管道被测液态肥料的直线流动位置；同时管道上游部分没有影响管道阻力的元件，此外，安装位置宜选在易于观察和维修的地方，并且避免强烈震动和高温影响。综合考虑，压力变送器的安装位置选在缓冲罐和电磁阀之间，这样能较好地测量管道压力的变化。在实际应用中，由于压力变送器所要求的电压是24V，所以需要用电压转换模块将12V电源电压转换成为压力变送器所需供电的24V直流电压，又因为压力变送器是将压力信号转换为电流信号，所以压力变送器、24V电源以及控制器之间的连线应为串联方式。

电磁阀在该控制系统中起到了节流阀的作用。电磁阀可以为1/4直动式电磁阀。由于电磁阀的功率较大，所以采用继电器对电磁阀进行驱动控制。电磁阀在液态肥料施肥控制系统刚开始运行时，处于关闭状态，而同时计量机构正常运转，在电磁阀关闭的情况下，计量机构进行往复运动，从而对计量机构内的液态肥料形成挤压，液态肥料从计 量机构中流出，进入缓冲罐，这样使得液态肥料在管道内处于填充状态，这样就实现了对液态肥料的加压处理。在电源上电的时候，内部的通电线圈通过电磁力将铁芯从阀座上吸起，此时阀门打开，使液态肥料流经的管道形成通路，从而确保肥料在管道中平稳、均匀地流动。当电源断电的时候，电磁力就会瞬间消失，被压缩的弹簧就会恢复形变，并把铁芯压在阀座上，阀门关闭，从而阻断液态肥料流过管道。

在一个可选的实施例中，液态肥料施肥控制系统还包括：流量分配器和下料管。其中，流量分配器用于将管道内的所述液态肥料分为多路，并分别输送至下料管。下料管与所述流量分配器相连，并排出所述液态肥料。

例如:流量分配器将液态肥料流经的管道分为三路，并将这三路分别连接到下料管，从而输出液态肥料。

在一个可选的实施例中，液态肥料施肥控制系统还包括：储料箱。其中，储料箱用于储存所述液态肥料。优选地,储料箱内可以安装过滤器，用于对液态肥料进行过滤。

储料箱结构采用长方体结构。这样能有效地节省空间。同时，储料箱焊接装有阀门，这样能够实现装置回流清洗的作用。此外，考虑液态肥料具有一定的腐蚀性，储料箱材料选择为不锈钢钢材。

在一个可选的实施例中，储料箱内设置有液位报警开关，该液位报警开关用于测量储料箱的液位，并在低液位时报警。因液态肥料无腐蚀性，所以液位报警开关的材料选择为塑料。优选地，该液位报警开关为鸭嘴式侧装浮球液位开关。

图2为根据另一示例性实施例示出的液态肥料施肥控制系统的结构示意图。如图2所示，该控制系统的工作原理为：

在上位机上设置每亩施肥参数，然后将每亩施肥参数输入控制器。测速装置将测得的农用机械的行进速度输入控制器。控制器根据每亩施肥参数和农用机械的行进速度，产生控制信号，该控制信号通过驱动器进行放大，进而控制步进电机的正反转和转速，最终控制计量机构的往复运动。打开储料箱的进液开关，在步进电机正反转带动计量机构推杆往复运动的作用下，储料箱内的液态肥料经过过滤器进入计量机构中，计量机构在推杆抽吸及电磁阀的共同作用下，对计量机构和管道内的液态肥料进行挤压，液态肥料进入缓冲罐中，待缓冲罐有一定的液态肥料后会产生一定的压力，当压力达到一定值时，控制器控制电磁阀打开，形成通路，液态肥料通过流量分配器和下料管排出。当储料罐里的液位处于低液位时，液位报警开关向控制器报警。压力表测量缓冲罐内部的空气压力。压力变送器将压力表测得的压力信号转换成电流信号，并将所述电流信号传送给所述控制器。限位开关对所述计量机构的往复运动的位移区间和往复运动方向进行定 位；步进电机连接有减速箱，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，该金属片在传动杆的带动下，在两个限位开关之间移动。通过限位开关，对计量机构推杆的往复次数进行计数，从而对排出的液态肥料进行计量。

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)

1.一种液态肥料施肥控制系统，该系统包括:

测速装置，用于实时测量所述农用机械的行进速度,并将该行进速度信号转换成电信号，且将所述电信号传送至所述控制器；

控制器，用于根据每亩地的施肥参数和所述农用机械的行进速度,来控制计量机构的往复运动；

所述计量机构，其受控于所述控制器而控制所述液态肥料的施肥量。

2.根据权利要求1所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，所述计量机构为双缸式活塞联动往复泵。

3.根据权利要求1所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，该控制系统还包括：

上位机，用于将每亩地的施肥参数传送至控制器。

4.根据权利要求1所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：驱动器和步进电机，其中，

所述控制器，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，发送至所述驱动器；

所述驱动器，用于接收所述控制器产生的PWM信号，并对所述PWM信号进行放大，来驱动步进电机；

所述步进电机，其受控于所述驱动器而控制所述计量机构的往复运动。

5.根据权利要求4所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，该控制系统还包括至少两个限位开关，其中，

至少两个限位开关，其用于对所述计量机构的往复运动的位移区间和往复运动方向进行定位；

所述步进电机连接有减速箱，所述减速箱的轴承安装有齿轮，该齿轮连接有导轨，所述导轨的末端与所述计量机构相连，所述减速箱的传动杆上固定有金属片，该金属片在所述传动杆的带动下，在所述至少两个限位开关之间移动。

6.根据权利要求1所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

缓冲罐，其安装在计量机构的下端；

压力表，其设置在所述缓冲罐上；

压力变送器，其设置在所述缓冲罐和电磁阀之间，且用于将所述缓冲罐的压力信号转换成电流信号，并将所述电流信号传送给所述控制器；

所述电磁阀，其受控于所述控制器，且通过打开和闭合动作实现对所述液态肥料流经管道的通、断控制。

7.根据权利要求6所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

流量分配器，其与所述电磁阀相连，并用于将所述液态肥料流经管道内的所述液态肥料分为多路，并分别输送至下料管；

下料管，其与所述流量分配器相连，并排出所述液态肥料。

8.根据权利要求1所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

储料箱，其用于储存所述液态肥料。

9.根据权利要求8所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，所述储料箱内设置有液位报警开关，该液位报警开关用于测量所述储料箱的液位，并在低液位时报警。

10.根据权利要求9所述的液态肥料施肥控制系统，其特征在于，所述液位报警开关为鸭嘴式侧装浮球液位开关。