CN109348805B - 一种均匀排肥器及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种均匀排肥器及控制系统，包括执行机构及测控系统；所述的执行机构包括储肥系统和排肥系统；所述的测控系统包括超声波传感器、驱动控制电机和控制器。进行施肥作业时，可自动检测各排肥口的工作状态，根据实时状态进行调节，使各排肥口的施肥量保持稳定一致。本发明不仅可以实现排肥作业的稳定执行，还能避免过程中卡顿和不均匀的情况，保证肥料的合理利用，均匀施撒，从而节约资源，减少对自然环境的影响。
Description
技术领域
本发明属于农业工程领域，具体涉及一种均匀排肥器及控制系统。
背景技术
化肥的合理利用与均匀施撒，在现代农业中有着重要的地位，不仅影响到资源的利用率，还会给自然水土环境带来一定的影响，所以提高施肥机械的工作效率与准确率，有重要的意义。传统的施肥机械会出现排肥驱动轴受力不均匀，导致各个排肥口的肥量不均匀，还可能造成肥料卡塞堵死的等问题，既影响了施肥机本身的寿命，造成排肥不均匀，更重要的会对农作物的生长产生不可逆的损害。因此，为了能够使排肥作业更稳定均匀的进行，提高机械本身的效率和使用寿命，本发明提出的排肥器及控制系统有极其重要的意义。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出的一种均匀排肥器及控制系统，能够实时检测各个排肥口的工作状态，并根据检测的信号计算出相应的调节策略，保证排肥口不出现卡塞堵转，使施肥均匀完成。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案是：
一种均匀排肥器及控制系统，包括执行机构及测控系统，其特征在于：
所述执行机构包括储肥箱、排肥盒、导肥管、驱动控制电机、排肥轴；储肥箱底部有多组排肥盒和导肥管，每个排肥盒都独立设置一根贯穿的排肥轴，每一个排肥轴均由一个驱动控制电机独立驱动；
所述的测控系统包括超声波传感器和控制器，每根导肥管上与排肥盒连接处安装有一组对称的超声波传感器，用于实时发射超声波信号并接收反射波信号；
超声波传感器、驱动控制电机均与控制器相连，控制器能够设定排肥量，并且内部集成有信号采集模块与自动决策算法；控制器通过信号采集模块收集所述超声波传感器发射超声波信号与接收反射波信号之间的时间间距、驱动控制电机的转速，并通过自动决策算法实时调节驱动控制电机的转速，使每一个导肥管中的排肥量与设定排肥量相等。
进一步地，所述控制器内置的自动决策算法为：
每根导肥管上的两个超声波传感器之间从发射信号到接收到反射信号的响应时间分别为ta和tb，时间均值
为控制器的输入信号，控制器通过判断时间均值t与预设值t0的大小，计算时间阈值函数T(t)作为决策算法的输入值，
激活的阈值函数为时间阈值函数
其中K1、b1、K2、b2为时间信号计算常参数，t0为响应时间的阈值，在0.05-0.1s之间取值；K1、b1、K2、b2、t0的取值均与排肥器的结构有关，
驱动控制电机的反馈信号的激活阈值函数为
其中x为转速偏差绝对值，K3、b3为电机反馈计算常参数，v为激活阈值，代表设定偏差值，当转速偏差绝对值小于v时函数不激活，当转速偏差大于v时激活函数；K3、b3、v的取值均与外槽轮式排肥器的槽数和尺寸结构有关；
控制决策函数F＝mT(t)+nW(x)，即向驱动控制电机发送的控制脉冲频率，m和n分别为超声波传感器的响应时间权系数和驱动控制电机的反馈值的权系数，满足关系m+n＝1。
进一步地，所述的排肥盒为外槽轮式排肥盒。
进一步地，K1取3-5，b1取0.2-0.3，K2取1-2，b2取0.05-0.1，t0一般取0.3s。
进一步地，
进一步地，v取电机额定转速的3-5％，
进一步地，所述的驱动控制电机为伺服步进电机。
进一步地，控制器还与液晶显示屏相连，液晶显示屏用于显示各组排肥盒的工作状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出的排肥器每个排肥口的驱动轴相互独立，可以避免一根轴连接受力不均匀造成的排肥不均匀。
2、本发明导肥管的超声波传感器可以实时的检测通过肥料的流量，判断出肥量施撒是卡塞还是偏少，并由控制器即使调节驱动电机转速。
3、本发明的驱动连接轴都很短，并且相互独立，对电机的扭力和扭矩性能要求降低，可提高施肥作业的精确性。
4、本发明的测控系统简单易操作，工作状态的调节稳定合理，还可以显示各排肥口的状态参数。
附图说明
图1为本发明所述均匀排肥器及控制系统的结构主视图；
图2是本发明所述均匀排肥器及控制系统的侧视图；
图3是所述超声波传感器的工作原理图；
图4是本发明所述均匀排肥器及控制系统的控制流程图。
图中：1、储肥箱；2、排肥盒；3、导肥管；4、超声波传感器；5、控制器；6、驱动调速电机；7、排肥轴；8、颗粒肥料。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1、2所示为本发明所述均匀排肥器及控制系统，所述的排肥器包括执行机构及测控系统。
所述执行机构包括储肥箱1、排肥盒2、导肥管3、驱动控制电机6、排肥轴7；储肥箱1底部有多组排肥盒2和导肥管3，所述的排肥盒2为外槽轮式排肥盒，针对于固体颗粒肥料的施撒。每个排肥盒2都独立设置一根贯穿的排肥轴7，每一个排肥轴7均由一个驱动控制电机6独立驱动；每个排肥盒2各自独立工作，互不影响。
所述的测控系统包括超声波传感器4和控制器5，每根导肥管3上与排肥盒2连接处安装有一组对称的超声波传感器4，如图3所示，用于实时发射超声波信号并接收反射波信号；作为判定排肥量的依据。
所述的控制器5上有多路输入输出接口，超声波传感器4、驱动控制电机6均与控制器5相连，控制器5能够设定排肥量，并且内部集成有信号采集模块与自动决策算法；控制器5发送控制信号并接收反馈信号，进行决策处理。所述的驱动控制电机6为伺服步进电机，可通过控制器发送相应频率的脉冲数，实时调节转速，驱动排肥轴7的不同排肥量，还可以将转速信息反馈回控制器5，进行修正调节。控制器5通过信号采集模块收集所述超声波传感器4发射超声波信号与接收反射波信号之间的时间间距、驱动控制电机6的转速，并通过自动决策算法实时调节驱动控制电机6的转速，使每一个导肥管3中的排肥量与设定排肥量相等，如图4所示。控制器5还与液晶显示屏相连，液晶显示屏可显示各组排肥盒2的工作状态。
所述控制器5内置的自动决策算法为：
每根导肥管3上的两个超声波传感器4之间从发射信号到接收到反射信号的响应时间分别为ta和tb，时间均值
为控制器5的输入信号，控制器5通过判断时间均值t与预设值t0的大小，计算时间阈值函数T(t)作为决策算法的输入值，
激活的阈值函数为时间阈值函数
其中K1、b1、K2、b2为时间信号计算常参数，t0为响应时间的阈值，在0.05-0.1s之间取值；K1、b1、K2、b2、t0的取值均与排肥器的结构有关。对于外槽轮式排肥盒，K1取3-5，b1取0.2-0.3，K2取1-2，b2取0.05-0.1，t0一般取0.3s。
驱动控制电机6的反馈信号的激活阈值函数为
其中x为转速偏差绝对值，K3、b3为电机反馈计算常参数，v为激活阈值，代表设定偏差值，当转速偏差绝对值小于v时函数不激活，当转速偏差大于v时激活函数；K3、b3、v的取值均与外槽轮式排肥器的槽数和尺寸结构有关，v取电机额定转速的3-5％。
控制决策函数F＝mT(t)+nW(x)，即向驱动控制电机6发送的控制脉冲频率，m和n分别为超声波传感器4的响应时间权系数和驱动控制电机6的反馈值的权系数，满足关系m+n＝1。
如图4所示，排肥器工作前，打开控制器5，设置需要的排肥量，驱动调速电机6转动开始工作，带动排肥轴7同步转动，驱动排肥盒2进行排肥作业，外槽轮式排肥盒将储肥箱1中的颗粒肥料8送入导肥管3，同时导肥管3两侧的超声波传感器4开始工作，发出超声波信号，超声波信号遇到颗粒肥料8会形成反射波，并由超声波传感器4本身接收到，记录发射信号到接收到反射信号的响应时间分别为ta和tb，求出时间均值
可反映出本排肥器2此工作状态下的排肥量，根据响应时间的长短，判断出导肥管3中的排肥流量，并将信号传入控制器5，同时控制器5接收到驱动调速电机6的转速反馈信号。控制器5根据超声波传感器4的信号和驱动调速电机6的信号，由内置算法计算决策出相应的调整指令，发送给驱动调速电机6，调整实施转速，从而改变排肥量。排肥器上的四组排肥盒3以同样的原理独立工作，互不影响，可以实现各个排肥口的稳定运行，均匀排肥。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种均匀排肥器及控制系统，包括执行机构及测控系统，其特征在于：
所述执行机构包括储肥箱(1)、排肥盒(2)、导肥管(3)、驱动控制电机(6)、排肥轴(7)；储肥箱(1)底部有多组排肥盒(2)和导肥管(3)，每个排肥盒(2)都独立设置一根贯穿的排肥轴(7)，每一个排肥轴(7)均由一个驱动控制电机(6)独立驱动；
所述的测控系统包括超声波传感器(4)和控制器(5)，每根导肥管(3)上与排肥盒(2)连接处安装有一组对称的超声波传感器(4)，用于实时发射超声波信号并接收反射波信号；
超声波传感器(4)、驱动控制电机(6)均与控制器(5)相连，控制器(5)能够设定排肥量，并且内部集成有信号采集模块与自动决策算法；控制器(5)通过信号采集模块收集所述超声波传感器(4)发射超声波信号与接收反射波信号之间的时间间距、驱动控制电机(6)的转速，并通过自动决策算法实时调节驱动控制电机(6)的转速，使每一个导肥管(3)中的排肥量与设定排肥量相等；
所述控制器内置的自动决策算法为：
每根导肥管(3)上的两个超声波传感器(4)之间从发射信号到接收到反射信号的响应时间分别为ta和tb，时间均值
为控制器(5)的输入信号，控制器(5)通过判断时间均值t与预设值t0的大小，计算时间阈值函数T(t)作为决策算法的输入值，
激活的阈值函数为时间阈值函数
其中K1、b1、K2、b2为时间信号计算常参数，t0为响应时间的阈值，在0.05-0.1s之间取值；K1、b1、K2、b2、t0的取值均与排肥器的结构有关，
驱动控制电机(6)的反馈信号的激活阈值函数为
其中x为转速偏差绝对值，K3、b3为电机反馈计算常参数，v为激活阈值，代表设定偏差值，当转速偏差绝对值小于v时函数不激活，当转速偏差大于v时激活函数；K3、b3、v的取值均与外槽轮式排肥器的槽数和尺寸结构有关；
控制决策函数F＝mT(t)+nW(x)，即向驱动控制电机(6)发送的控制脉冲频率，m和n分别为超声波传感器(4)的响应时间权系数和驱动控制电机(6)的反馈值的权系数，满足关系m+n＝1。
2.根据权利要求1所述的均匀排肥器及控制系统，其特征在于：所述的排肥盒(2)为外槽轮式排肥盒。
3.根据权利要求2所述的均匀排肥器及控制系统，其特征在于：K1取3-5，b1取0.2-0.3，K2取1-2，b2取0.05-0.1，t0一般取0.3s。
4.根据权利要求1所述的均匀排肥器及控制系统，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的均匀排肥器及控制系统，其特征在于：v取电机额定转速的3-5％，
6.根据权利要求1所述的均匀排肥器及控制系统，其特征在于：所述的驱动控制电机(6)为伺服步进电机。
7.根据权利要求1所述的均匀排肥器及控制系统，其特征在于：控制器(5)还与液晶显示屏相连，液晶显示屏用于显示各组排肥盒(2)的工作状态。
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