CN108738573B - 智能施肥机控制系统及方法、智能施肥机 - Google Patents

Abstract

智能施肥机控制系统，施肥机前端铰接用于施肥的工作头，施肥机控制系统包括用于执行工作头升降动作和自动施肥动作的液压动力系统，与液压动力系统连接用于控制液压动力系统执行工作头升降动作的升降控制模块和与液压动力系统连接用于控制液压动力系统执行自动施肥动作的施肥控制模块，升降控制模块与施肥控制模块并联，且均与系统电源连接，液压动力系统与施肥机的柴油驱动系统传动连接，由施肥机的柴油驱动系统为液压动力系统提供动力源，工作头的初始位置为最高位置；升降控制模块通过与树木碰触而导通，控制液压动力系统执行工作头下降动作，工作头下降至最低位置按压导通施肥控制模块，控制液压动力系统执行自动施肥动作，实现智能施肥。

Description

智能施肥机控制系统及方法、智能施肥机

技术领域

本发明涉及一种智能施肥机控制系统及方法、属于农机控制技术领域，本发明还涉及一种智能施肥机。

背景技术

果园的管理包括种植、施肥、灌溉、整枝和病虫害的防治等多个生产环节，其中果

树的施肥是一项非常重要也是必须进行的果园管理作业工序，目前我国的果树施肥方式主要采用传统的人工施肥，这种施肥方式由于施肥不均且施肥量难以控制，不仅影响果品的质量，造成人力、物力的严重浪费，而且化肥的腐蚀性会对人体健康造成严重伤害，对环境也有一定的污染。

近年来，一部分的工作头只能进行机械的开沟或者挖坑操作，还需要果农的辅助才能完成施肥作业，不能实现覆土和施肥量的定点、定量控制，没有实现劳动力的完全解放，施肥效益较低，成本较高。还有一部分的工作头通过激光扫描仪及传感器确定的位置信息，控制施肥装置在果园对果树进行定点定量施肥，虽然解放了劳动力，实现了定点定量的智能施肥，但激光扫描仪和传感器故障率高，且成本投入高，使用可靠性和实用性还有待提高。

检索到的相关现有专利：

CN 101398677A，采用一种变量施肥控制系统,包括单片机,用于接收外部存储信息、输入信息、反馈信息、通讯信息,经单片机内部运算处理后输出控制信息、显示信息,控制信息是对排肥机械排肥量的控制。单片机经转换器还与电液比例阀连接,电液比例阀的输入端与转换器连接、输出端与液压马达连接;液压马达的输出端与排肥机械的排肥轴连接,在排肥轴的一端装有光电码盘,将光电码盘的电信号反馈到单片机;在单片机上还连接有调节旋钮电路;电液比例阀和调节旋钮电路由单片机控制,用于调节所述排肥机械排肥轴的排肥量。

CN 104698959 A，公开了一种智能施肥机自动控制系统，属于农机控制技术领域。本发明的智能施肥机自动控制系统，其特征在于 ：包括上位机、显示模块、电源模块、系统总线、报警模块、系统复位模块、下位机、一号肥料罐液位检测模块、EC 值检测模块、流量检测模块、可编程逻辑控制器、压力检测模块、PH 值检测模块、二号肥料罐液位检测模块、PLC、电磁开关、灌溉阀、施肥阀、调压阀、肥料泵。

CN 104521397 A，公开了一种树木施肥控制方法及自动工作头自动控制系统，该方法是根据树干直径，建立施肥孔数量、施肥孔离树距离，施肥孔钻孔深度、单孔施肥量的关系对应表 ；用视觉传感器测量树干直径，将该直径与所述关系对应表进行比较，选择对应的施肥孔数量、施肥孔离树距离，施肥孔钻孔深度、单孔施肥量数据 ；用该数据作为悬臂和施肥钻动作的依据，确定施肥钻钻孔的准确位置，对树木进行周围钻孔施肥。

发明内容

本发明提供的智能施肥机控制系统及方法，通过与树木的碰触即可实现智能施肥，控制可靠性高，定点施肥的准确性高，可有效降低施肥机的生产投入成本，提高施肥机的使用可靠性和实用性。本发明还提供一种智能施肥机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

智能施肥机控制系统，施肥机前端铰接用于施肥的工作头，其特征在于施肥机控制系统包括用于执行工作头升降动作和自动施肥动作的液压动力系统，与液压动力系统连接用于控制液压动力系统执行工作头升降动作的升降控制模块和与液压动力系统连接用于控制液压动力系统执行自动施肥动作的施肥控制模块，所述的升降控制模块与施肥控制模块并联，且均与系统电源连接，所述的液压动力系统与施肥机的柴油驱动系统传动连接，由施肥机的柴油驱动系统为液压动力系统提供动力源，所述工作头的初始位置为最高位置；升降控制模块通过与树木碰触而导通，控制液压动力系统执行工作头下降动作，工作头下降至最低位置按压导通施肥控制模块，控制液压动力系统执行自动施肥动作，实现智能施肥。

优选的，所述的液压动力系统包括用于带动工作头升降的升降油缸、用于带动工作头自动送出肥料的施肥油缸、与升降油缸连接用于控制升降油缸伸长的换向电磁阀0Y1、与升降油缸连接用于控制升降油缸缩短的换向电磁阀0Y2、与施肥油缸连接用于控制施肥油缸伸长的换向电磁阀1Y1、与施肥油缸连接用于控制施肥油缸缩短的换向电磁阀1Y2。

优选的，所述的升降控制模块包括连接系统电源正极的电源开关SB8、与电源开关SB8串联且与树木碰触即导通的触树导通电路、与液压动力系统连接用于控制工作头上升的顶升电路、与液压动力系统连接用于控制工作头下降的下降电路，所述的触树导通电路、顶升电路和下降电路并联，再连接系统电源负极。

优选的，所述的触树导通电路包括与树木碰触即闭合的常开开关SB3和与常开开关SB3串联用于改变升降控制模块内部导通状态的继电器K1。

优选的，所述的顶升电路包括用于控制工作头工作状态和非工作状态互相转变的双向开关SB4、用于在非工作状态下控制工作头上升的常开开关SB1、继电器K1的常闭触点和换向电磁阀0Y1，所述的双向开关SB4输入端的常闭向与常开开关SB1串联，常开向与继电器K1的常闭触点串联，双向开关SB4的输出端与换向电磁阀0Y1串联；

所述的下降电路包括双向开关SB4、用于在非工作状态下控制工作头下降的常开开关SB2、继电器K1的常开触点和换向电磁阀0Y2，所述的双向开关SB4输入端的常闭向与常开开关SB2串联，常开向与继电器K1的常开触点串联，双向开关SB4的输出端与换向电磁阀0Y2串联。

优选的，所述的施肥控制模块包括用于控制工作头自动施肥动作启闭的施肥导通电路、与液压动力系统连接用于控制施肥油缸伸长开始施肥动作的伸长电路和与液压动力系统连接用于控制施肥油缸缩回结束施肥动作的缩回电路，所述的施肥导通电路、伸长电路和缩回电路并联，且输入端连接电源开关SB8，输出端连接系统电源负极。

优选的，所述的施肥导通电路包括在施肥油缸完全缩回时被压紧闭合的常开开关SB5、在施肥油缸完全伸长时被压紧而断开的常闭关开SB6、在工作头下降到最低位置而被压紧闭合的常开开关SB7和用于改变施肥控制模块内部导通状态的继电器K2，常开开关SB5、常闭开关SB6、常开开关SB7和继电器K2依次串联，且常开开关SB5与继电器K2的常开触点并联。

优选的，所述的伸长电路包括继电器K2的常开触点和与继电器K2的常开触点串联的换向电磁阀1Y1，所述的缩回电路包括继电器K2的常闭触点和与继电器K2的常闭触点串联的换向电磁阀1Y2。

智能施肥机控制方法，采用以上所述的智能施肥机控制系统，其特征在于升降控制模块与树木碰触而导通，控制液压动力系统执行施肥机下降动作，工作头下降，工作头下降至最低位置按压导通施肥控制模块，控制液压动力系统执行自动施肥动作；

升降控制模块与树木分离而断开，控制液压动力系统执行工作头上升动作，工作头上升与施肥控制模块分离，施肥控制模块断开，控制液压动力系统停止执行自动施肥动作。

智能施肥机，包括支架、装在支架上的柴油驱动系统、装在支架下方与柴油驱动系统驱动连接的履带式行走底盘、操作台、驾驶座和绞接在支架前端的工作头，其特征在于还包括以上所述的智能施肥机控制系统，所述的智能施肥机控制系统装在工作头和支架之间。

本发明的有益效果是：

本发明的智能施肥机控制系统，包括液压动力系统、升降控制模块和施肥控制模块，升降控制模块通过与树木碰触而导通，控制液压动力系统执行工作头下降动作，工作头下降至最低位置按压导通施肥控制模块，控制液压动力系统执行自动施肥动作，自动完成检测树木位置、工作头升降、施肥三个工作从而实现智能施肥。

相比于现有技术中通过传感器感应或激光扫描确认树木的位置，本发明通过与树木的碰触即可实现智能施肥，控制可靠性高，定点施肥的准确性高，可有效降低施肥机的生产投入成本，提高施肥机的使用可靠性和实用性。

升降控制模块的导通通过与树木的碰触实现，施肥控制模块的导向通过工作头按压实现，即均通过实际的接触来实现导通，可有效降低误施肥，实现准确点定施肥，而通过液压动力系统统一执行施肥动作，也可以实现定量施肥。

升降控制模块和施肥控制模块均中通过电路的设计，实现对液压动力系统的控制，使整个系统的稳定性高，故障率低，有效提高树木施肥机的自动化水平，减少施肥作业劳强度。

附图说明

图1为本发明的智能施肥机控制系统的原理框图。

图2为液压动力系统的结构原理图。

图3为升降控制模块和施肥控制模块的电路原理图。

图4为本发明的智能施肥机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图4对本发明的实施例做详细说明。

智能施肥机控制系统，施肥机前端铰接用于施肥的工作头，其特征在于施肥机控制系统包括用于执行工作头升降动作和自动施肥动作的液压动力系统1，与液压动力系统1连接用于控制液压动力系统1执行工作头升降动作的升降控制模块2和与液压动力系统连接用于控制液压动力系统1执行自动施肥动作的施肥控制模块3，所述的升降控制模块2与施肥控制模块3并联，且均与系统电源连接，所述的液压动力系统1与施肥机的柴油驱动系统传动连接，由施肥机的柴油驱动系统为液压动力系统1提供动力源，所述工作头的初始位置为最高位置；升降控制模块2通过与树木碰触而导通，控制液压动力系统1执行工作头下降动作，工作头下降至最低位置按压导通施肥控制模块3，控制液压动力系统1执行自动施肥动作，实现智能施肥。

当施肥机向前行走时，如升降控制模块2碰触树木则自动导通，从而通过碰触完成树木位置检测，升降控制模块2导通后，控制液压动力系统1执行工作头下降动作，工作头下降，当工作头下降至最至位置按压导通施肥控制模块3，控制液压动力系统1执行施肥动作，实现智能施肥，升降控制模块2的导通通过与树木的碰触实现，施肥控制模块3的导通通过工作头按压实现，即均通过实际的接触来实现导通，可有效降低误施肥，实现准确点定施肥，而通过液压动力系统1统一执行施肥动作，也可以实现定量施肥，施肥的控制可靠性高，准确性好，可有效提高树木施肥作业的自动化水平 ，减少人力劳动强度。

其中，所述的液压动力系统1包括用于带动工作头升降的升降油缸11、用于带动工作头自动送出肥料的施肥油缸12、与升降油缸11连接用于控制升降油缸伸长的换向电磁阀0Y1、与升降油缸11连接用于控制升降油缸缩短的换向电磁阀0Y2、与施肥油缸12连接用于控制施肥油缸伸长的换向电磁阀1Y1、与施肥油缸12连接用于控制施肥油缸缩短的换向电磁阀1Y2。通过对各换向电磁阀的控制，即可实现对升降油缸11和施肥油缸12的伸缩控制，达到智能施肥的目的。

其中，所述的升降控制模块2包括连接系统电源正极的电源开关SB8、与电源开关SB8串联且与树木碰触即导通的触树导通电路21、与液压动力系统1连接用于控制工作头上升的顶升电路22、与液压动力系统1连接用于控制工作头下降的下降电路23，所述的触树导通电路21、顶升电路22和下降电路23并联，再连接系统电源负极。

所述的触树导通电路21包括与树木碰触即闭合的常开开关SB3和与常开开关SB3串联用于改变升降控制模块2内部导通状态的继电器K1。

所述的顶升电路22包括用于控制工作头工作状态和非工作状态互相转变的双向开关SB4、用于在非工作状态下控制工作头上升的常开开关SB1、继电器K1的常闭触点和换向电磁阀0Y1，所述的双向开关SB4输入端的常闭向与常开开关SB1串联，常开向与继电器K1的常闭触点串联，双向开关SB4的输出端与换向电磁阀0Y1串联；

所述的下降电路23包括双向开关SB4、用于在非工作状态下控制工作头下降的常开开关SB2、继电器K1的常开触点和换向电磁阀0Y2，所述的双向开关SB4输入端的常闭向与常开开关SB2串联，常开向与继电器K1的常开触点串联，双向开关SB4的输出端与换向电磁阀0Y2串联。

所述的施肥控制模块3包括用于控制工作头自动施肥动作启闭的施肥导通电路31、与液压动力系统1连接用于控制施肥油缸12伸长开始施肥动作的伸长电路32和与液压动力系统1连接用于控制施肥油缸12缩回结束施肥动作的缩回电路33，所述的施肥导通电路31、伸长电路32和缩回电路33并联，且输入端连接电源开关SB8，输出端连接系统电源负极。

所述的施肥导通电路31包括在施肥油缸12完全缩回时被压紧闭合的常开开关SB5、在施肥油缸12完全伸长时被压紧而断开的常闭关开SB6、在工作头下降到最低位置而被压紧闭合的常开开关SB7和用于改变施肥控制模块3内部导通状态的继电器K2，常开开关SB5、常闭开关SB6、常开开关SB7和继电器K2依次串联，且常开开关SB5与继电器K2的常开触点并联。

所述的伸长电路32包括继电器K2的常开触点和与继电器K2的常开触点串联的换向电磁阀1Y1，所述的缩回电路33包括继电器K2的常闭触点和与继电器K2的常闭触点串联的换向电磁阀1Y2。

如图3所示，SB8为整个电路的总开关。当双向开关SB4未按下时，此时施肥机处于非工作状态，此时常开开关SB1和常开开关SB2用于控制作业工作头的升降，当常开开关SB1闭合，换向电磁阀0Y1得电，升降油缸11伸长，工作头上升；当常开开关SB2闭合换向电磁阀0Y2得电，升降油缸11缩短，即作业工作头下降；此过程是为了方便在平时施肥机换工作头或者检修的时候使用。

当按下双向开关SB4时，线路c和e断开，即常开开关SB1和常开开关SB2失效，此时施肥机处于工作状态，线路b导通，换向电磁阀0Y1得电，升降油缸伸长，工作头上升，使工作头的初始位置为最高位置；当常开开关SB3碰触到树干闭合时，继电器K1得电，线路b处继电器的常闭触点断开，线路d处继电器的常开触点闭合，换向电磁阀0Y2得电，升降油缸缩短，工作头下降，当下降到底时，压紧常开开关SB7使其闭合，开始施肥作业。

当施肥作业未开始时，常开开关SB7断开，继电器K2未得电，线路i处继电器K2的常闭触电闭合，线路i导通，换向电磁阀1Y2得电，施肥油缸12缩短，处于最短的状态，此时常开开关SB5被压紧闭合，因此常开开关SB5的起始状态为闭合状态。

当施肥作业开始时，即常开开关SB7闭合，常开开关SB5起始状态为闭合，而且SB6为常闭开关，所以线路f导通，继电器K2线圈得电，继电器K2的常闭触点断开，换向电磁阀1Y2失电，继电器K2的常开触点闭合，线路g和线路h导通，换向电磁阀1Y1得电，施肥油缸12开始伸长，推动施肥机构施肥，此时随施肥油缸12的伸长常开开关SB5自动断开，由于继电器K2的作用线路f 和g形成自保电路，继电器线圈K2继续得电直至施肥油缸12伸至最长位置，进行一次施肥动作，常闭开关SB6被压紧而断开，线路f断开，继电器线圈K2失电，继电器K2的常开触点重新断开，换向电磁阀1Y1失电，继电器K2的常闭触点闭合，换向电磁阀1Y2得电，施肥油缸12缩短，此时随施肥油缸12的缩短常闭开关SB6重新闭合，直至施肥油缸缩12至最短。在常开开关SB7断开之前，随着施肥油缸12的伸缩，可进行数次施肥动作。

当升降控制模块3与树木分离，常开开关SB3未碰触树干重新断开，继电器K1失电，继电器K1的常闭触点重新闭合，常开触点重新断开，即换向电磁阀0Y1得电，油缸伸长，工作头升起与常开开关SB7分离，使常开开关SB7断开，升降控制模块3断电。

本发明还保护一种智能施肥机控制方法，采用以上所述的智能施肥机控制系统，其特征在于升降控制模块2与树木碰触而导通，控制液压动力系统1执行施肥机下降动作，工作头下降，工作头下降至最低位置按压导通施肥控制模块3，控制液压动力系统1执行自动施肥动作；

升降控制模块2与树木分离而断开，控制液压动力系统1执行工作头上升动作，工作头上升与施肥控制模块3分离，施肥控制模块3断开，控制液压动力系统停止执行自动施肥动作。

以上所述的控制方法，自动完成检测树木位置、工作头升降、施肥三个工作从而实现智能施肥，相比于现有技术中通过传感器感应或激光扫描确认树木的位置的控制方法，控制可靠性高，定点施肥的准确性高，可有效降低施肥机的生产投入成本，提高施肥机的使用可靠性和实用性。升降控制模块2和施肥控制模块3均中通过电路的设计，实现对液压动力系统的控制，控制稳定性高，故障率低，有效提高树木施肥机的自动化水平，减少施肥作业劳强度。

本发明还保护一种智能施肥机，包括支架A、装在支架上的柴油驱动系统B、装在支架A下方与柴油驱动系统驱动连接的履带式行走底盘、操作台、驾驶座和绞接在支架A前端的工作头C，其特征在于还包括以上所述的智能施肥机控制系统，所述的智能施肥机控制系统装在工作头C和支架A之间。

以上所述的智能施肥机，可自动完成检测树木位置、工作头升降、施肥三个工作从而实现智能施肥，相比于现有技术中的施肥机控制可靠性高，定点施肥的准确性高，可有效降低施肥机的生产投入成本，使用可靠性和实用性更高。即可实现点定施肥，也可以实现定量施肥。故障率低，有效提高树木施肥机的自动化水平，减少施肥作业劳强度。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.智能施肥机控制系统，施肥机前端铰接用于施肥的工作头，其特征在于施肥机控制系统包括用于执行工作头升降动作和自动施肥动作的液压动力系统（1），与液压动力系统（1）连接用于控制液压动力系统（1）执行工作头升降动作的升降控制模块（2）和与液压动力系统连接用于控制液压动力系统（1）执行自动施肥动作的施肥控制模块（3），所述的升降控制模块（2）与施肥控制模块（3）并联，且均与系统电源连接，所述的液压动力系统（1）与施肥机的柴油驱动系统传动连接，由施肥机的柴油驱动系统为液压动力系统（1）提供动力源，所述工作头的初始位置为最高位置；升降控制模块（2）通过与树木碰触而导通，控制液压动力系统（1）执行工作头下降动作，工作头下降至最低位置按压导通施肥控制模块（3），控制液压动力系统（1）执行自动施肥动作，实现智能施肥；

所述的液压动力系统（1）包括用于带动工作头升降的升降油缸（11）、用于带动工作头自动送出肥料的施肥油缸（12）、与升降油缸（11）连接用于控制升降油缸伸长的换向电磁阀0Y1、与升降油缸（11）连接用于控制升降油缸缩短的换向电磁阀0Y2、与施肥油缸（12）连接用于控制施肥油缸伸长的换向电磁阀1Y1、与施肥油缸（12）连接用于控制施肥油缸缩短的换向电磁阀1Y2。

2.根据权利要求1所述的智能施肥机控制系统，其特征在于所述的升降控制模块（2）包括连接系统电源正极的电源开关SB8、与电源开关SB8串联且与树木碰触即导通的触树导通电路（21）、与液压动力系统（1）连接用于控制工作头上升的顶升电路（22）、与液压动力系统（1）连接用于控制工作头下降的下降电路（23），所述的触树导通电路（21）、顶升电路（22）和下降电路（23）并联，再连接系统电源负极。

3.根据权利要求2所述的智能施肥机控制系统，其特征在于所述的触树导通电路（21）包括与树木碰触即闭合的常开开关SB3和与常开开关SB3串联用于改变升降控制模块（2）内部导通状态的继电器K1。

4.根据权利要求3所述的智能施肥机控制系统，其特征在于所述的顶升电路（22）包括用于控制工作头工作状态和非工作状态互相转变的双向开关SB4、用于在非工作状态下控制工作头上升的常开开关SB1、继电器K1的常闭触点和换向电磁阀0Y1，所述的双向开关SB4输入端的常闭向与常开开关SB1串联，常开向与继电器K1的常闭触点串联，双向开关SB4的输出端与换向电磁阀0Y1串联；

所述的下降电路（23）包括双向开关SB4、用于在非工作状态下控制工作头下降的常开开关SB2、继电器K1的常开触点和换向电磁阀0Y2，所述的双向开关SB4输入端的常闭向与常开开关SB2串联，常开向与继电器K1的常开触点串联，双向开关SB4的输出端与换向电磁阀0Y2串联。

5.根据权利要求2所述的智能施肥机控制系统，其特征在于所述的施肥控制模块（3）包括用于控制工作头自动施肥动作启闭的施肥导通电路（31）、与液压动力系统（1）连接用于控制施肥油缸（12）伸长开始施肥动作的伸长电路（32）和与液压动力系统（1）连接用于控制施肥油缸（12）缩回结束施肥动作的缩回电路（33），所述的施肥导通电路（31）、伸长电路（32）和缩回电路（33）并联，且输入端连接电源开关SB8，输出端连接系统电源负极。

6.根据权利要求5所述的智能施肥机控制系统，其特征在于所述的施肥导通电路（31）包括在施肥油缸（12）完全缩回时被压紧闭合的常开开关SB5、在施肥油缸（12）完全伸长时被压紧而断开的常闭关开SB6、在工作头下降到最低位置而被压紧闭合的常开开关SB7和用于改变施肥控制模块（3）内部导通状态的继电器K2，常开开关SB5、常闭开关SB6、常开开关SB7和继电器K2依次串联，且常开开关SB5与继电器K2的常开触点并联。

7.根据权利要求6所述的智能施肥机控制系统，其特征在于所述的伸长电路（32）包括继电器K2的常开触点和与继电器K2的常开触点串联的换向电磁阀1Y1，所述的缩回电路（33）包括继电器K2的常闭触点和与继电器K2的常闭触点串联的换向电磁阀1Y2。

8.智能施肥机控制方法，采用权利要求1至权利要求7任一项所述的智能施肥机控制系统，其特征在于升降控制模块（2）与树木碰触而导通，控制液压动力系统（1）执行施肥机下降动作，工作头下降，工作头下降至最低位置按压导通施肥控制模块（3），控制液压动力系统（1）执行自动施肥动作；

升降控制模块（2）与树木分离而断开，控制液压动力系统（1）执行工作头上升动作，工作头上升与施肥控制模块（3）分离，施肥控制模块（3）断开，控制液压动力系统停止执行自动施肥动作。

9.智能施肥机，包括支架（A）、装在支架上的柴油驱动系统(B)、装在支架（A）下方与柴油驱动系统驱动连接的履带式行走底盘、操作台、驾驶座和绞接在支架（A）前端的工作头（C），其特征在于还包括权利要求1至权利要求7任一项所述的智能施肥机控制系统，所述的智能施肥机控制系统装在工作头（C）和支架（A）之间。

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