CN108112325A - 一种自动配肥施肥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动配肥施肥方法，该方法包括以下步骤：A、利用GIS系统对目标土壤进行分析定位，并将目标土壤划分网格形成单元格；B、对目标土壤的单元格中的土壤进行采样分析，得出每个单元格的土壤中各元素的实际元素含量M实；C、计算出每个单元格中每个元素所要施肥的施肥元素量M施储存至配肥数据库中；D、利用一个带GPS接收器的农用车作为施肥动力，利用步进电机控制拨肥轮的转速；E、农用车在目标土壤上行走，分析控制装置调取配肥数据库中该单元格中的施肥参数控制并控制拨肥轮按照该单元格所对应的转速旋转变量施肥。该方法可根据土壤的各元素含量和土壤用途自动配肥施肥，从而提高了肥料的利用率，减少了浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动配肥施肥方法，属于农业技术领域。
背景技术
传统的肥料的施用是采用粗放的方式一次性混合施肥，这样容易造成土壤中某种营养的缺失而另一种营养出现过剩的现象。又使土壤环境的营养平衡受到破坏，长期如此造成地下水的污染。合理地利用化肥及研究施肥技术对中国农业发展有着非常积极的意义。实践表明，实施按需配肥施肥，可大大地提高肥料利用率、减少肥料的浪费以及多余肥料对环境的不良影响，因此其经济、社会和生态效益显著，是未来施肥技术的发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种自动配肥施肥方法，该方法可根据土壤的各元素含量和土壤用途自动配肥施肥，从而提高了肥料的利用率，减少了浪费。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自动配肥施肥方法，该方法包括以下步骤：
A、利用GIS系统对目标土壤进行分析定位，利用分析控制装置分析出目标土壤的形状，并将目标土壤划分网格形成单元格，对每个单元格进行编号并储存到配肥数据库中，该编号中包含了该目标土壤中的地理信息；
B、对目标土壤的每个单元格中的土壤进行采样分析，得出每个单元格的土壤中各元素的实际元素含量M实并储存至配肥数据库中；
C、根据该目标土壤的用途制定目标元素含量M目，将每个单元格的每个元素的实际元素含量M实和目标元素含量M目进行比较得出该单元格中每个元素所要施肥的施肥元素量M施储存至配肥数据库中；
D、利用一个带GPS接收器的农用车作为施肥动力，农用车上设置了配肥箱，每个配肥箱上划分了多个独立的用来盛放不同种肥料的盛放空间，每个盛放空间的底部安装有多个由步进电机驱动的拨肥轮；农用车上设置了用于控制步进电机运行的分析控制装置，当需要对目标土壤施肥时，农用车上的GPS接收器与GIS系统对接，农用车上的分析控制装置调取配肥数据库中该目标土壤中所有单元格的施肥元素量作为决策依据；分析控制装置利用车速传感器监控农用车的车速，利用转速传感器监控步进电机的转速，分析控制装置根据车速传感器和步进电机的转速来闭环控制农用车的行进速度和步进电机的转速；设定拨肥轮转动一次的施肥量为r，每个单元格的施肥距离为S，车辆行进速度为V，行走时间为t，步进电机转速为N,每米施肥量为m，上述各参数满足一下关系式：
1：
2：M施＝N×t×r；
E、农用车在目标土壤上行走，GIS系统定位农用车行走到每个单元格中，分析控制装置调取配肥数据库中该单元格中的施肥参数控制并控制拨肥轮按照该单元格所对应的转速旋转变量施肥。
作为一种优选的方案，所述步骤A中，将目标土壤划分网格形成单元格的方法为：
当目标土壤的形状为矩形或近似矩形时，按照目标土壤的长宽划分多个矩形单元格，目标土壤中的单元格数量小于200个，每个单元格的宽度和长度均大于GPS定位的最小精度；
当目标土壤的形状为异形时，对目标土壤划分多个矩形单元格，该矩形单元格的长边与目标土壤边缘各点连线中的最长线平行，目标土壤中的单元格数量小于200个，每个单元格的宽度和长度均大于GPS定位的最小精度。
作为一种优选的方案，所述配肥箱的数量为多个且等间距设置，每个配肥箱上的各盛放空间的底部均设置了成排的所述拨肥轮，配肥箱的同一个盛放空间上的所有拨肥轮由同一个步进电机驱动，每个盛放空间内的肥料经过对应的拨肥轮拨出后混合后施肥。
作为一种优选的方案，所述培肥施肥方法还包括手动施肥模式，农用车上设置有手动输入终端用来手动输入施肥参数，手动施肥模式的优先级大于配肥数据库中的培肥参数的优先级。
作为一种优选的方案，所述手动输入终端为采用触摸屏。
作为一种优选的方案，所述步骤B中对目标土壤的每个单元格中的土壤进行采样分析的具体方式为以下两种的一种；
第一种方式为在农用车上集成一个土壤养份测试仪，利用土壤养份测试仪对目标土壤的每个单元格的土壤进行实时分析，得出每个单元格的土壤中各元素的实际元素含量M实；
第二种方式为：在每个单元格中的土壤中人工采取定量的土壤在实验室中对氮、磷、钾和有机质进行常规分析后将分析结果上传至配肥数据库中；
其中第一种方式和第二中方式中采样土壤深度均为0-20cm，且采样需要对土壤剔除杂质。
作为一种优选的方案，所述的配肥数据库为集成在农用车上的硬盘或者为云储存，当为云储存时，分析控制装置与云储存之间通过无线移动数据传输。
采用了上述技术方案后，本发明的效果是：该自动配肥施肥方法利用GIS系统对目标土壤定位后，对土壤划分多种单元格，然后分析每个单元格的土壤的元素成分以及土壤的使用用途，从而得到个各元素的盈缺，通过对农用车的精确定位来确定农用车所处的单元格，并调用施肥参数控制步进电机进而调控拨肥轮旋转速度，变量施肥，该施肥方法合理，可根据土壤的实际情况准确控制，同一块土壤中不同的部位也可精准配肥施肥，这样极大的提高了肥料的利用率，减少了肥料的浪费，减少了化肥对环境的污染。
又由于所述步骤A中，将目标土壤划分网格形成单元格的方法为：
当目标土壤的形状为矩形或近似矩形时，按照目标土壤的长宽划分多个矩形单元格，目标土壤中的单元格数量小于200个，每个单元格的宽度和长度均大于GPS定位的最小精度；
当目标土壤的形状为异形时，对目标土壤划分多个矩形单元格，该矩形单元格的长边与目标土壤边缘各点连线中的最长线平行，目标土壤中的单元格数量小于200个，每个单元格的宽度和长度均大于GPS定位的最小精度，这种目标土壤的划分网格的方法可以使单元格的尺寸不会出现过大或过小的情况，一方面确保农用车的定位准确，同时也避免了单元格数量过多而造成数据剧增，影响分析控制装置的数据调用速度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的方框原理图；
图2是本发明实施例的自动施肥机省略了农用车的结构示意图；
图3是本发明中一个配肥箱结构侧面示意图；
图4是拨肥轮的结构示意图；
附图中：1.配肥箱；2.机架；3.拨肥轮；31.拨肥槽；4.分管；5.集料盒；6.总管；7.驱动轴；8.步进电机；9.联轴器；10.分隔板；11.盛装空腔。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，一种自动配肥施肥方法，该方法包括以下步骤：
A、利用GIS系统对目标土壤进行分析定位，利用分析控制装置分析出目标土壤的形状，并将目标土壤划分网格形成单元格，对每个单元格进行编号并储存到配肥数据库中，该编号中包含了该目标土壤中的地理信息；其中，该步骤A中，将目标土壤划分网格形成单元格的方法为：
当目标土壤的形状为矩形或近似矩形时，按照目标土壤的长宽划分多个矩形单元格，目标土壤中的单元格数量小于200个，每个单元格的宽度和长度均大于GPS定位的最小精度；
当目标土壤的形状为异形时，对目标土壤划分多个矩形单元格，该矩形单元格的长边与目标土壤边缘各点连线中的最长线平行，目标土壤中的单元格数量小于200个，每个单元格的宽度和长度均大于GPS定位的最小精度。这样，当农用车位于任意一个单元格中时，由于每个单元格的宽度和长度大于定位精度，因此能对农用车准确定位，准确确定农用车所处哪一个编号的单元格。
B、对目标土壤的每个单元格中的土壤进行采样分析，得出每个单元格的土壤中各元素的实际元素含量M实并储存至配肥数据库中；所述步骤B中对目标土壤的每个单元格中的土壤进行采样分析的具体方式为以下两种的一种；
第一种方式为在农用车上集成一个土壤养份测试仪，利用土壤养份测试仪对目标土壤的每个单元格的土壤进行实时分析，得出每个单元格的土壤中各元素的实际元素含量M实；该土壤养份测试仪为目前的常规结构，本实施例中选用了浙江托普仪器有限公司生产的型号为YN-2000D的土壤养份速测仪。
第二种方式为：在每个单元格中的土壤中人工采取定量的土壤在实验室中对氮、磷、钾和有机质进行常规分析后将分析结果上传至配肥数据库中；土壤的常规分析方法中，利用碱解扩散法测试速效氮；利用钼锑抗比色法测试速效磷；利用火焰光度法测试速效钾，利用油浴加热-K2CrO7容量法测试有机质，利用电位法测试PH值。
其中第一种方式和第二中方式中采样土壤深度均为0-20cm，且采样需要对土壤剔除杂质，需要剔除的杂质主要是枯枝树叶、石头等，采样土壤的部位附近不能堆放肥料，以免影响检测结果。
C、根据该目标土壤的用途制定目标元素含量M目，将每个单元格的每个元素的实际元素含量M实和目标元素含量M目进行比较得出该单元格中每个元素所要施肥的施肥元素量M施储存至配肥数据库中；所述的配肥数据库为集成在农用车上的硬盘或者为云储存，当为云储存时，分析控制装置与云储存之间通过无线移动数据传输，例如2G或者3G或者4G。
D、利用一个带GPS接收器的农用车作为施肥动力，农用车上设置了配肥箱，每个配肥箱上划分了多个独立的用来盛放不同种肥料的盛放空间，每个盛放空间的底部安装有多个由步进电机驱动的拨肥轮；农用车上设置了用于控制步进电机运行的分析控制装置，当需要对目标土壤施肥时，农用车上的GPS接收器与GIS系统对接，农用车上的分析控制装置调取配肥数据库中该目标土壤中所有单元格的施肥元素量作为决策依据；分析控制装置利用车速传感器监控农用车的车速，利用转速传感器监控步进电机的转速，分析控制装置根据车速传感器和步进电机的转速来闭环控制农用车的行进速度和步进电机的转速；设定拨肥轮转动一次的施肥量为r，每个单元格的施肥距离为S，车辆行进速度为V，行走时间为t，步进电机转速为N,每米施肥量为m，上述各参数满足一下关系式：
1：
2：M施＝N×t×r；
E、农用车在目标土壤上行走，GIS系统定位农用车行走到每个单元格中，分析控制装置调取配肥数据库中该单元格中的施肥参数控制并控制拨肥轮按照该单元格所对应的转速旋转变量施肥。
所述培肥施肥方法还包括手动施肥模式，农用车上设置有手动输入终端用来手动输入施肥参数，手动施肥模式的优先级大于配肥数据库中的培肥参数的优先级。所述手动输入终端为采用触摸屏。
所述配肥箱的数量为多个且等间距设置，每个配肥箱上的各盛放空间的底部均设置了成排的所述拨肥轮，配肥箱的同一个盛放空间上的所有拨肥轮由同一个步进电机驱动，每个盛放空间内的肥料经过对应的拨肥轮拨出后混合后施肥。
本发明的自动配肥施肥方法采用了自动配肥施肥机，如图2至图4所示，一种自动施肥机，包括机架2，所述机架2安装于农用车上，农用车为目前的常用机械，其结构和原理都是清楚的。农用车座位自动施肥机的行走动力。
所述机架2上安装有至少一个配肥箱1，所述配肥箱1上设置有若干个分隔板10，所述分隔板10将配肥箱1分隔成若干个用于盛装肥料的盛装空腔11，该盛装空腔11一般为四个，包括用来单独盛装常用了氮磷钾之外，还配置了一个用来盛装其他微量元素的盛装空腔11。
每个盛装空腔11的底部均设置有至少一个出肥口，每个盛装空腔11的底部的设置成倾斜状，且出肥口设置于盛装空腔11的底部。
所述机架2上安装有若干根出肥管，每根出肥管包括与盛装空腔11数目相等的多段分管4和一段总管6，所述总管6与多段分管4的下端相连，总管6的下端则作为配置好的肥料的出料口，多段分管4的上端与每个盛装空腔11的出肥口一一对应连接，每段分管4上均转动安装有拨肥轮3，每个拨肥轮3的轮面与出肥口一一对应密封配合，所述拨肥轮3的轮面上设置有拨肥槽31，所述拨肥槽31对应的圆心角为90°。
所述拨肥槽31将盛装空腔11内的肥料拨入到总管6中，每个拨肥轮3均由对应的步进电机8驱动。所述出肥管还包括一个集料盒5，所述多段分管4的下端和总管6的上端之间通过集料盒5相连通，该集料盒5的体积大于分管4和总管6的直径，同时也大于四个拨肥槽31的体积之和。
同一个盛装空腔11上的出肥口所对应的拨肥轮3的轮轴连接同一根驱动轴7，驱动轴7为方形，所述驱动轴7通过联轴器9与步进电机8的输出轴连接。所述机架2上的配肥箱1的数目为三个且等间距布置，每个盛装空腔11上的出肥口为三个构成一组，每个出肥口上的拨肥轮3由同一个步进电机8驱动，所述步进电机8设置于机架2上且位于配肥箱1之间的空间内。也就是说，本实施例中，配肥箱1的数量为三个，每个配肥箱1上的盛装空腔11为四个，每个盛装空腔11上具有三个出肥口，对应安装一组拨肥轮3有一个步进电机8驱动，那么每个配肥箱1需要配置四个步进电机8，而电机设置于配肥箱1之间的空间内，节省空间，每个配肥箱1具有三个出肥口，那么就配置三个总管6，这样可以在一次施肥时一共施肥9行，提高了施肥的效果。
本实施例中提到的步进电机8、联轴器9以及车速传感器和转速传感器均为目前的常规技术，在2008年4月北京第五版第二十八次印刷的《机械设计手册第五版》中详细的公开了电机以及其他传动机构的具体结构和原理和其他的设计，属于现有技术，其结构清楚明了，2008年08月01日由机械工业出版社出版的现代实用气动技术第3版SMC培训教材中就详细的公开了真空元件、气体回路和程序控制，表明了本实施例中的气路结构也是现有的技术，清楚明了，在2015年07月01日由化学工业出版社出版的《电机驱动与调速》书中也详细的介绍了电机的控制以及行程开关，因此，电路、气路连接都是清楚。
以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述，不作为对本发明范围的限定，在不脱离本发明设计精神的基础上，对本发明技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种自动配肥施肥方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
A、利用GIS系统对目标土壤进行分析定位，利用分析控制装置分析出目标土壤的形状，并将目标土壤划分网格形成单元格，对每个单元格进行编号并储存到配肥数据库中，该编号中包含了该目标土壤中的地理信息；
B、对目标土壤的每个单元格中的土壤进行采样分析，得出每个单元格的土壤中各元素的实际元素含量M实并储存至配肥数据库中；
C、根据该目标土壤的用途制定目标元素含量M目，将每个单元格的每个元素的实际元素含量M实和目标元素含量M目进行比较得出该单元格中每个元素所要施肥的施肥元素量M施储存至配肥数据库中；
D、利用一个带GPS接收器的农用车作为施肥动力，农用车上设置了配肥箱，每个配肥箱上划分了多个独立的用来盛放不同种肥料的盛放空间，每个盛放空间的底部安装有多个由步进电机驱动的拨肥轮；农用车上设置了用于控制步进电机运行的分析控制装置，当需要对目标土壤施肥时，农用车上的GPS接收器与GIS系统对接，农用车上的分析控制装置调取配肥数据库中该目标土壤中所有单元格的施肥元素量作为决策依据；分析控制装置利用车速传感器监控农用车的车速，利用转速传感器监控步进电机的转速，分析控制装置根据车速传感器和步进电机的转速来闭环控制农用车的行进速度和步进电机的转速；设定拨肥轮转动一次的施肥量为r，每个单元格的施肥距离为S，车辆行进速度为V，行走时间为t，步进电机转速为N,每米施肥量为m，上述各参数满足一下关系式：
1：
2：M施＝N×t×r；
E、农用车在目标土壤上行走，GIS系统定位农用车行走到每个单元格中，分析控制装置调取配肥数据库中该单元格中的施肥参数控制并控制拨肥轮按照该单元格所对应的转速旋转变量施肥。
2.如权利要求1所述的一种自动配肥施肥方法，其特征在于：所述步骤A中，将目标土壤划分网格形成单元格的方法为：
当目标土壤的形状为矩形或近似矩形时，按照目标土壤的长宽划分多个矩形单元格，目标土壤中的单元格数量小于200个，每个单元格的宽度和长度均大于GPS定位的最小精度；
当目标土壤的形状为异形时，对目标土壤划分多个矩形单元格，该矩形单元格的长边与目标土壤边缘各点连线中的最长线平行，目标土壤中的单元格数量小于200个，每个单元格的宽度和长度均大于GPS定位的最小精度。
3.如权利要求2所述的一种自动配肥施肥方法，其特征在于：所述配肥箱的数量为多个且等间距设置，每个配肥箱上的各盛放空间的底部均设置了成排的所述拨肥轮，配肥箱的同一个盛放空间上的所有拨肥轮由同一个步进电机驱动，每个盛放空间内的肥料经过对应的拨肥轮拨出后混合后施肥。
4.如权利要求3所述的一种自动配肥施肥方法，其特征在于：所述培肥施肥方法还包括手动施肥模式，农用车上设置有手动输入终端用来手动输入施肥参数，手动施肥模式的优先级大于配肥数据库中的培肥参数的优先级。
5.如权利要求4所述的一种自动配肥施肥方法，其特征在于：所述手动输入终端为采用触摸屏。
6.如权利要求1所述的一种自动配肥施肥方法，其特征在于：所述步骤B中对目标土壤的每个单元格中的土壤进行采样分析的具体方式为以下两种的一种；
第一种方式为在农用车上集成一个土壤养份测试仪，利用土壤养份测试仪对目标土壤的每个单元格的土壤进行实时分析，得出每个单元格的土壤中各元素的实际元素含量M实；
第二种方式为：在每个单元格中的土壤中人工采取定量的土壤在实验室中对氮、磷、钾和有机质进行常规分析后将分析结果上传至配肥数据库中；
其中第一种方式和第二中方式中采样土壤深度均为0-20cm，且采样需要对土壤剔除杂质。
7.如权利要求1所述的一种自动配肥施肥方法，其特征在于：所述的配肥数据库为集成在农用车上的硬盘或者为云储存，当为云储存时，分析控制装置与云储存之间通过无线移动数据传输。
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