CN106856763A - 一种基于作物生长信息的实时变量撒肥机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于作物生长信息的实时变量撒肥机，涉及农业机械技术领域，包括作物生长信息采集系统、行走系统、变量撒肥系统、控制通信系统。作物生长信息采集系统通过支架设置在行走系统的前端，由光谱传感器实时获取作物冠层“面状”信息，通过数据交换器传输给设置在行走系统内部的车载控制终端，结合速度传感器实时监测施肥机的行进速度和GPS数据信息，经过控制通信系统运行变量施肥决策系统，将信息反馈给智能变量控制器，执行变量撒肥系统，调节液压马达和步进电机转速，控制肥量调节机构开口位置大小，实现施肥量的在线调整。本发明的撒肥圆盘为凹球面上翘形状，且撒肥叶片截面为曲线形状，有助于撒肥均匀性。

Description

一种基于作物生长信息的实时变量撒肥机

技术领域

本发明属于农业工程技术领域，涉及光谱传感技术和变量施肥技术，特别地说，是一种基于作物生长信息的实时变量撒肥机。

背景技术

随着我国人口数量的激增、耕地面积的骤减，合理科学地施用肥料成为现代农业可持续发展的必要措施和亟待解决的问题，从而作为现代精准农业重要组成部分的变量施肥技术成为全世界现代农机装备领域研究的重点内容。

变量施肥技术依托现代先进的科学技术，涉及到农田信息采集与处理、土壤地理信息系统建立与施肥决策、变量施肥控制及实施三部分。目前成熟的变量施肥控制技术主要包括两种方式：一种是实时控制施肥，一是处方信息控制施肥。

目前，国内外现有的变量施肥技术的研究多集中在测土配方变量施肥技术研究，但由于技术操作繁琐、技术难度大等问题并未实现大面积推广使用。近年来，国外积极的开展基于传感监测技术的在线实时控制变量施肥机具，该类机具由传感器实时获得土壤养分组成或作物营养需求状态，实现施肥量在线调节，从而达到变量施肥的目标。但是，目前国内关于此类变量施肥机械研究较少，特别是缺乏基于作物长势的在线实时控制的离心式变量撒肥机具。

因此有必要设计一种针对作物生长的农艺和技术指标，基于光谱传感器监测技术的实时变量撒肥机，可根据作物长势空间差异性进行按需精准变量撒肥。

发明内容

本发明的目的在于克服现有变量施肥技术存在上述不足，提供一种基于作物生长信息的实时变量撒肥机。

为了实现以上目的，本发明所采取的解决技术方案是：一种基于作物生长信息的实时变量撒肥机，涉及农业机械技术领域，包括作物生长信息采集系统、行走系统、变量撒肥系统、控制通信系统。作物生长信息采集系统通过支架设置在行走系统的前端，由光谱传感器实时获取作物冠层“面状”信息，通过数据交换器传输给设置在行走系统内部的车载控制终端，结合速度传感器实时监测施肥机的行进速度和GPS数据信息，经过控制通信系统运行变量施肥决策系统，将信息反馈给智能变量控制器，执行变量撒肥系统，调节液压马达和步进电机转速，控制肥量调节机构开口位置大小，实现施肥量和撒肥范围的在线调整。

优选的，所述的采集作物生长信息的光谱传感器通过螺栓固定在水平支架上，保证光谱传感器发生光源正对作物冠层距离80-120cm，通过数据交换器将获得的数据传输给车载控制终端。

优选的，所述的行走系统的牵引机构安装有速度传感器，实时监测施肥机的行进速度，牵引机构可以是水田轮胎或者是旱田轮胎(高地隙)，以适用于水稻或小麦等粮食经济作物。

优选的，所述的变量撒肥系统通过三点悬挂安装在行走系统的牵引臂上，驱动机构由液压马达和步进电机构成，通过拖拉机上的液压控制阀和驱动器控制液压马达和步进电机的转速。

优选的，所述的变量撒肥系统的撒肥机构包括转轴、撒肥圆盘、撒肥叶片、挡板和匀肥罩构成。

优选的，所述的转轴由液压马达控制转速，所述的撒肥圆盘呈凹球面上翘形状，所述的撒肥叶片紧贴撒肥圆盘且截面为曲线形状，所述的匀肥罩为柱形罩底部开口分料，保证肥料在圆盘上不被洒落浪费，有助于均匀撒肥。

优选的，所述的调节机构置于肥箱底部，由动盘和定盘构成，动、定盘上设有下料口，通过调节动、定盘上下料口的相互位置大小，调节排肥流量。

优选的，所述的动、定盘上下料口的相互位置通过步进电机控制齿条连杆驱动调节。

优选的，所述撒肥结构转轴安装有转速传感器和角度位移传感器，将转轴转速信号和调节定盘转角信号反馈给车载控制终端。

优选的，所述撒肥结构可以通过相同的原理设置成双圆盘撒肥机构。

相比现有技术，本发明的基于作物生长信息的实时变量撒肥机有益效果在于：撒肥圆盘为凹球面上翘形状，且撒肥叶片截面为曲线形状，控制了肥料在圆盘上不被洒落浪费，有助于撒肥均匀性。由光谱传感器实时获得作物冠层“面状”信息，基于作物长势空间差异性，发明一种实时控制离心式变量撒肥机，实现施肥量在线调节，从而达到精准变量施肥的目标。

附图说明

图1本发明的整机结构示意图。

图2本发明的变量撒肥机结构示意图。

图3本发明的撒肥量调节机构结构示意图。

图4本发明的撒肥机构结构示意图。

图中1、液压马达，2、撒肥机构，21、撒肥圆盘，22、撒肥叶片，23、匀肥罩，24、匀肥出口，3、撒肥量调节机构，31、步进电机，32、齿轮齿条传动，33、齿条连杆，34、撒肥量调节盘，341、定盘，342、动盘，4、肥箱，5、GPS接收器，6、GPS流动站，7、行走系统(拖拉机)，8、车载计算机(控制终端)，9、控制通信系统，10、光谱传感器，11、测速传感器，12、传感器支架，13、悬挂系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步的描述。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

一种基于作物生长信息的实时变量撒肥机，如图1、图2所示，包括作物生长信息采集系统即是光谱传感器10、行走系统7、变量撒肥系统、控制通信系统。作物生长信息采集系统设置在行走系统的前端，由6个阵列布置的光谱监测传感器Green Seeker Sensors组成，通过螺栓固定在传感器支架12上，保证光谱传感器10发生光源正对作物冠层距离80-120cm，用于实时获取作物冠层归一化植被指数，通过数据交换器将获得的数据传输给车载控制终端。

行走系统置于整机的中间部位，作为整机的牵引部件，包括车载计算机、传感器接收终端、测速传感器、GPS接收单元、无线模块接收单元，接受各传感器的数据信息，运行变量施肥决策系统，执行智能变量施肥控制程序，将信息反馈给施肥控制器。牵引机构安装有速度传感器，实时监测施肥机的行进速度，牵引机构可以是水田轮胎或者是旱田轮胎(高地隙)，以适用于水稻或小麦等粮食经济作物。

参照图2，变量撒肥系统通过三点悬挂连接安装在行走系统的后部，由支架、肥箱、驱动机构、调节机构、撒肥机构挡板组成，将经过变量控制的颗粒肥料在离心力的作用下抛撒出去。驱动机构由液压马达和步进电机构成，通过拖拉机上的液压控制阀控制液压流量和驱动器控制PWM波分别控制液压马达和步进电机的转速，从而控制撒肥范围和撒肥量。

参照图3，调节机构置于肥箱底部，由动盘和定盘构成，动、定盘上设有扇形下料口，通过调节动、定盘上下料口的相互位置大小，调节排肥流量。动、定盘上扇形下料口的相互位置通过步进电机控制齿条连杆驱动调节。

参照图4，变量撒肥系统的撒肥机构包括转轴、撒肥圆盘、撒肥叶片、挡板和匀肥罩构成。转轴由液压马达控制转速，撒肥圆盘呈凹球面上翘形状，撒肥叶片紧贴撒肥圆盘且截面为曲线形状，匀肥罩为柱形罩底部开口分料，保证肥料在圆盘上不被洒落浪费，有助于均匀撒肥。撒肥结构转轴安装有转速传感器和角度位移传感器(图中未标出)，将转轴转速信号和调节定盘转角信号反馈给车载控制终端，所述撒肥结构可以通过相同的原理设置成双圆盘撒肥机构。

本发明的工作流程为：变量撒肥机行进过程中，作物生长信息采集系统通过固定在支架上的光谱传感器实时获取作物冠层“面状”信息，将获得小麦冠层的归一化植被指数通过串行接口经无线串口模块传输给设置于行走系统的车载控制终端，实现变量施肥作业信息采集、显示和存储。车载计算机根据获得的作物生长数据信息运行设置的变量施肥决策系统，结合改进的Ruan模型计算生成实时目标需肥量，同时速度传感器实时监测施肥机的行进速度，霍尔传感器实时监测撒肥圆盘转速，角度位移传感器实时监测动调节盘角度，并将信息反馈给施肥控制器，形成闭环反馈控制。决策系统根据内置系列算法将施肥作业实时信息通过无线串口模块传输给控制器，执行变量撒肥系统。

根据目标施肥量信息，通过液压阀和控制器实时调节液压马达和步进电机转速，从而控制肥量调节机构动、定盘相对开口位置大小。颗粒肥料从动、定圆盘配合的下料口落入匀肥罩内，通过撒肥圆盘的旋转，颗粒肥料在离心力作用下不断地从匀肥罩出料口流出，被依次到达的撒肥叶片抛洒出去，整个过程实现施肥量的在线调整，完成基于作物生长信息的实时变量撒肥。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，用于示例性说明或解释本发明的工作原理，而不构成对本发明的限制。应当指出，任何熟悉此技术领域的技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于作物生长信息的实时变量撒肥机，包括作物生长信息采集系统、行走系统、变量撒肥系统、控制通信系统,其特征在于，所述的作物生长信息采集系统设置在行走系统的前端，由6个阵列布置的光谱传感器Green Seeker Sensors组成，用于实时获取作物冠层归一化植被指数，通过固定支架与行走系统连接；

所述的行走系统置于整机的中间部位，作为整机的牵引部件，包括车载计算机、光谱传感器接收终端、测速传感器、GPS接收单元、无线模块接收单元，运行变量施肥决策系统，执行智能变量施肥控制程序，将信息反馈给施肥控制器，实现施肥量的在线调整，达到精准变量施肥的目标；

所述的变量撒肥系统通过三点悬挂连接安装在行走系统的后部，由支架、肥箱、驱动机构、调节机构、撒肥机构、挡板组成，将经过变量控制的颗粒肥料在离心力的作用下抛撒出去；

所述的控制通信系统集成于控制箱内，设置于撒肥机架上，由核心控制器、驱动器、电压转换器、无线串口模块构成，将获得的数据通过无线串口模块传输给车载控制终端。

2.根据权利要求1所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述的采集作物生长信息的光谱传感器通过螺栓固定在水平支架上，保证光谱传感器发生光源正对作物冠层距离80-120cm，通过数据交换器将获得的数据传输给车载控制终端。

3.根据权利要求1所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述的行走系统的牵引机构安装有速度传感器，实时监测施肥机的行进速度，牵引机构可以是水田轮胎或者是旱田轮胎(高地隙)，以适用于水稻或小麦等粮食经济作物。

4.根据权利要求1所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述的变量撒肥系统通过三点悬挂安装在行走系统的牵引臂上，驱动机构由液压马达和步进电机构成，通过拖拉机上的液压控制阀和驱动器控制液压马达和步进电机的转速。

5.根据权利要求1所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述的变量撒肥系统的撒肥机构包括转轴、撒肥圆盘、撒肥叶片、挡板和匀肥罩构成。

6.根据权利要求5所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述的转轴由液压马达控制转速，所述的撒肥圆盘呈凹球面上翘形状，所述的撒肥叶片紧贴撒肥圆盘且截面为曲线形状，所述的匀肥罩为柱形罩底部开口分料，保证肥料在圆盘上不被洒落浪费，有助于均匀撒肥。

7.根据权利要求1所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述的调节机构置于肥箱底部，由动盘和定盘构成，动、定盘上设有下料口，通过调节动、定盘上下料口的相互位置大小，调节排肥流量。

8.根据权利要求7所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述的动、定盘上下料口的相互位置通过步进电机控制齿条连杆驱动调节。

9.根据权利要求1所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述撒肥结构转轴安装有转速传感器和角度位移传感器，将转轴转速信号和调节定盘转角信号反馈给车载控制终端。

10.根据权利要求1所述的基于作物生长信息的实时变量撒肥机，其特征在于，所述撒肥结构可以通过相同的原理设置成双圆盘撒肥机构。