CN109379930B - 一种撒肥控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种撒肥控制系统及方法,它解决了现有技术中撒肥设备均匀性难以保证的问题,具有能够提高撒肥效率,降低劳动强度,减少肥料的浪费的效果;其技术方案为:包括中央控制器、人机交互模块和视觉识别系统,中央控制器的输入端与负载传感器、转速传感器和视觉识别系统相连,中央控制器的输出端连接电子节气门和电磁阀;在人机交互模块输入预设撒肥量,负载传感器获取肥料变化数据,并传输至中央控制器;转速传感器收集车轮转动速度信号,并传输至中央控制器,中央控制器计算实际撒肥量、撒肥车实际行走速度;视觉识别系统识别出肥料落点边界,并由中央控制器计算出抛撒距离。
Description
技术领域
本发明涉及农业设备相关技术领域,尤其涉及一种撒肥控制系统及方法。
背景技术
现有的撒肥机主要撒施化肥、复合肥、有机肥这些成品肥料,成品肥料性状稳定,呈颗粒状、粉末状等,均匀,流动性好,使用常规撒肥机,只要保持好行走速度和抛撒器转速即可基本满足均匀施肥的要求。
而针对畜禽粪便堆沤有机肥这种高含水率肥料,肥料高湿、多结块、高粘度的物理特性就决定了,撒肥的均匀性难以保证,缺少撒施这种肥料的撒肥设备,更缺少相关的控制方法和控制系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种撒肥控制系统及方法,其具有能够实现对高含水率肥料的定量撒施,以及撒肥设备的自动化控制,提高撒肥效率,降低劳动强度,减少肥料的浪费的效果。
本发明采用下述技术方案:
一种撒肥控制系统,包括中央控制器、人机交互模块和视觉识别系统,中央控制器的输入端与负载传感器、转速传感器和视觉识别系统相连,中央控制器的输出端连接电子节气门和电磁阀;
在人机交互模块输入预设撒肥量,负载传感器获取肥料变化数据,并传输至中央控制器;转速传感器收集车轮转动速度信号,并传输至中央控制器,中央控制器计算实际撒肥量、撒肥车实际行走速度;视觉识别系统识别出肥料落点边界,并由中央控制器计算出抛撒距离。
进一步的,所述电磁阀包括与液压马达相连的电磁阀I、与液压伸缩油缸相连的电磁阀II;
所述负载传感器安装于肥料箱和撒肥车车轴之间,实时测量肥料箱中的肥料减少量;
所述转速传感器安装于撒肥车车轮内侧,用于测量车轮旋转速度。
进一步的,所述肥料箱内部安装抛撒主轴,抛撒主轴上安装有搅拌机构和抛撒机构。
进一步的,所述搅拌机构包括穿过抛撒主轴的搅料板,位于抛撒主轴一侧的搅料板外侧套设有第一甩块,位于抛撒主轴另一侧的搅料板通过安装杆连接弹簧;
所述搅料板一端具有用于阻挡第一甩块的限位板,搅料板另一端连接安装杆,安装杆外侧套装弹簧,且安装杆的端部设有与弹簧相连的锁紧板。
进一步的,所述抛撒机构包括多组与抛撒主轴固定连接的柔性甩料机构,每组柔性甩料机构均包括多个沿抛撒主轴周向均匀分布的环链,环链的端部连接第二甩块。
进一步的,所述柔性甩料机构包括四个环链,相邻环链之间的夹角为90°且相对设置的两个环链位置错开。
进一步的,所述人机交互模块包括触摸屏和语音提示模块。
一种撒肥控制方法,包括以下步骤:
步骤(1)预设撒肥量,获取单位时间内撒肥量、抛撒距离和撒肥车行走速度,并计算出实际撒肥量;
步骤(2)将实际撒肥量与预设撒肥量对比:
当实际撒肥量<预设撒肥量时,中央控制器控制抛撒主轴转速升高、料仓盖开启角度减小、撒肥车行进速度降低;
当实际撒肥量>预设撒肥量时,中央控制器控制抛撒主轴转速降低,料仓盖开启角度增大、撒肥车行进速度升高。
进一步的,所述步骤(1)中,根据单位时间内的行走速度、撒肥量和肥料抛撒距离,由中央控制器计算出单位面积上的撒肥量,即实际撒肥量。
进一步的,所述步骤(1)中,由转速传感器收集车轮转动速度信号,并传输至中央控制器,中央控制器计算出撒肥车行走速度。
进一步的,行走速度与单位时间的乘积为单位时间内撒肥区域的长度,抛撒距离为单位时间内撒肥区域的宽度,长度与宽度的乘积即为单位时间内的撒肥区域面积,单位时间内撒肥量与单位时间内撒肥区域面积之比,即为实际撒肥量。
进一步的,撒肥行走速度由电子节气门控制。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明设置三个控制变量,即撒肥量、抛撒距离、行走速度,撒肥量由主轴转速控制,抛撒距离由主轴转速和料仓盖开启角度控制,行走速度由拖拉机牵引速度控制,通过撒肥量、抛撒距离、行走速度得到实际撒肥量,达到精确控制高含水率肥料的撒适量的效果;
(2)本发明设置视觉识别系统,视觉识别系统实时拍摄撒肥的画面,视频信号通过中央控制器的转化,最终在人机交互模块的触摸屏上显示出来,并在画面中实时模拟显示抛撒边界线,便于驾驶员控制撒肥车行进方向;
(3)本发明能够实现按照土地肥力精准化撒施、区别化撒施,只需输入预设撒肥量,整套系统即可自动进行调整,达到预设的撒肥量,操作简便,降低劳动强度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的控制系统图;
图2为本发明的撒肥机结构示意图;
图3为本发明的肥料箱结构示意图;
图4为本发明的搅拌机构结构示意图;
图5为本发明的抛撒机构结构示意图;
图6为本发明的抛撒机构侧视图;
图7为本发明的柔性甩料机构结构示意图;
其中,1-拖拉机,2-肥料箱,3-液压伸缩油缸,4-车轮,5-液压马达,6-料仓盖,7-抛撒主轴,8-转速传感器,9-限位板,10-搅料板,11-第一甩块,12-弹簧,13-锁紧板,14-抛撒机构,15-环链,16-螺栓组I,17-第二甩块,18-甩料板。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的,现有技术中存在撒肥设备均匀性难以保证的不足,为了解决如上的技术问题,本申请提出了一种撒肥控制系统及方法。
本申请的一种典型的实施方式中,如图1所示,提供了一种撒肥控制系统,针对用于高含水率(30%-60%)、多结块的畜禽粪便堆肥的撒肥设备,包括中央控制器、人机交互模块、视觉识别系统等。
中央控制器的输入端分别与负载传感器、转速传感器和视觉识别系统相连,负载传感器安装于肥料箱2和撒肥车车轴之间,用于实时测量肥料箱2中的肥料减少量。
所述转速传感器8安装于撒肥车车轮4内侧,用于测量车轮4旋转速度。
中央控制器的输出端连接拖拉机1的电子节气门、电磁阀I和电磁阀II,所述电磁阀I与撒肥车的液压马达5相连,液压马达5与抛撒主轴7相连;电磁阀II与液压伸缩油缸3相连,液压伸缩油缸3安装在料仓盖6上。
撒肥量由抛撒主轴7的转速控制,抛撒主轴7转速由液压马达5控制;抛撒距离由主轴转速和料仓盖6开启角度控制,料仓盖6开启角度由液压伸缩油缸3控制;行走速度由拖拉机1牵引速度控制,行走速度由拖拉机1电子节气门控制。
如图3所示,肥料箱2内部安装有抛撒机构和搅拌机构。
所述抛撒主轴7的两端通过安装槽安装搅拌机构,如图4所示。
所述搅拌机构包括搅料板10、第一甩块11、安装杆、弹簧12、限位板9和锁紧板13,搅料板10一端固定有限位板9,搅料板10另一端连接安装杆的一端,安装杆的另一端连接锁紧板13。
搅料板10穿过安装槽,位于安装槽一侧的一段搅料板10的周向外侧套设有第一甩块11,第一甩块11可沿搅料板10移动。
第一甩块11的尺寸大于十字型槽的长度且小于限位板9尺寸,第一甩块11可以沿着搅料板10在限位板9和抛撒主轴7之间移动。
安装杆的外侧套设有弹簧12,弹簧12一端与抛撒主轴7固定,弹簧12另一端与锁紧板13相连,弹簧12在抛撒主轴7与锁紧板13之间伸缩。
随着抛撒主轴7转速的提高,肥料也在不断的抛出减少,搅料板10的第一甩块11受到远离抛撒主轴7中心的离心力作用,会沿着搅料板10向限位板9方向移动,在这个过程中,弹簧12被逐渐压缩,搅料板10伸出的长度逐渐增长,与肥料的接触面积随之增大,对肥料箱9中的搅料作用逐渐增强,直至搅料板10达到最长伸出长度。在整个撒肥过程中,实现了搅料板10的伸出长度随肥料的负载大小由短变长的自适应变化。在整个撒肥过程中,平衡负载,减轻传动系统的负荷,降低撒肥机配套动力源的功率。
如图5-图7所示,抛撒机构14包括多组与主轴固定连接的柔性甩料机构,每组柔性甩料机构均包括多个沿抛撒主轴7周向均匀分布的环链15。
优选地,每组柔性甩料机构包括四个环链15,相邻环链15之间的夹角为90°且相对设置的两个环链15位置错开。
环链15的一端通过螺栓组II与抛撒主轴7侧面的固定板相连,环链15的另一端通过螺栓组I16连接第二甩块17,第二甩块17周向外侧套设有可沿环链15移动的甩料板18,且第二甩块17的端部具有对甩料板18起限位作用的限位板,螺栓组I16不影响甩料板18沿环链15的运动。
所述第二甩块17通过模锻制造,其表面焊接有2mm的耐磨合金。
抛撒主轴7静止状态时,环链15、第二甩块17、甩料板18在重力作用下自然垂下。肥料箱2装满肥料并启动后,环链15首先绕着抛撒主轴7缠绕,在抛撒主轴7转速逐渐提高的过程中,环链15逐渐甩开伸展,直至伸展至最长状态。在这个过程中,甩料板18在环链15上,随着肥料负载力的变化自由移动,由于抛撒主轴7上安装有多组、多条环链15,甩料板18在移动的过程中,能够将各个深度上的肥料抛撒出去,实现肥料均匀撒施的目的。
所述人机交互模块连接中央控制器,其包括触摸屏、语音提示模块。
所述触摸屏安装于拖拉机1操作室内,能够输入预设值和实时显示抛撒画面。
优选地,所述触摸屏采用UART串口触摸屏,中央控制器的型号为Arduino mega2560,语音提示模块采用MP3提示器。
视觉识别系统用于检测肥料抛撒的距离,安装在肥料箱2侧板的顶端位置,安装角度满足既能观测到肥料箱2内部,也能观测到肥料抛洒出去的边界。
所述视觉识别系统包括cmucam5(pixy)图像传感器、OpenMV3智能摄像头和存储卡。
上述撒肥控制系统的控制方法为:
首先,通过触摸屏输入预设撒肥量L,预设撒肥量数值来自于对土地养分含量的测量;触摸屏将数值信息传输到中央控制器,中央控制器将预设值与存储器中的数据库进行比对,自动调用标准数据启动撒肥车;
按照数据库标准数据控制电子节气门,即控制撒肥车行进速度,按照数据库标准数据控制主轴抛撒转速,按照数据库标准数据将料仓盖6开启到固定角度。此时撒肥车开始撒肥。
此处数据库标准数据来自于前期大量试验所得。
负载传感器将肥料箱2中肥料减少量数据信息传输到中央控制器,由中央控制器计算出撒肥速度K。
视觉识别系统通过识别肥料抛撒边缘的分界线,并将数据传输到中央控制器,由中央控制器计算出抛撒距离S。
转速传感器8测量车轮旋转速度,并将数据传输到中央控制器,由中央控制器计算出撒肥车瞬时行进速度V。
单位时间t内的撒肥量Lt的计算公式为:
然后,将实际撒肥量与预设撒肥量对比:
(1)当Lt<L时,中央控制器发布指令提高抛撒主轴7转速,减小料仓盖6开启角度,降低撒肥车行进速度,直至Lt=L时,中央控制器保持撒肥车在既有参数下运转;
(2)当Lt>L时,中央控制器发布指令降低抛撒主轴7转速,增大料仓盖6开启角度,提高撒肥车行进速度,直至Lt=L时,中央控制器保持撒肥车在既有参数下运转;
(3)当Lt=L时,中央控制器不做指令调整。
其中,控制抛撒主轴转速的过程是:
中央控制器控制电磁阀Ⅰ,从而控制液压油流量,进而控制与抛撒主轴7直连的液压马达转速。
控制抛撒距离的过程是:
中央控制器控制电磁阀Ⅱ,从而控制液压伸缩油缸3的进油与出油,进而控制液压伸缩油缸3的伸缩,液压伸缩油缸3带动料仓盖6绕支点旋转,改变料仓盖6开启角度,开启角度直接影响肥料抛出的切线方向,因此可以改变肥料的抛撒距离。
撒肥车行进速度的控制过程是:
中央控制器控制拖拉机1电子节气门的开启程度,即发动机的油气进入量,改变发动机的转速和输出功率,最终控制撒肥车的行进速度。
视觉识别系统实时拍摄撒肥的画面,视频信号通过中央控制器的转化,最终在人机交互模块的触摸屏上显示出来,并在画面中实时模拟显示抛撒边界线,便于驾驶员控制撒肥车行进方向。
如果撒肥边界线偏离上一轮的撒肥边界线过多,会触发语音提示模块报警,提醒驾驶员及时修正行进方向,避免肥料漏撒或者重复撒施。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种撒肥控制系统,其特征在于,包括中央控制器、人机交互模块和视觉识别系统,中央控制器的输入端与负载传感器、转速传感器和视觉识别系统相连,中央控制器的输出端连接电子节气门和电磁阀;
在人机交互模块输入预设撒肥量,负载传感器获取肥料变化数据,并传输至中央控制器;转速传感器收集车轮转动速度信号,并传输至中央控制器,中央控制器计算实际撒肥量、撒肥车实际行走速度;视觉识别系统识别出肥料落点边界,并由中央控制器计算出抛撒距离;
抛撒主轴上安装有搅拌机构和抛撒机构;
所述搅拌机构包括穿过抛撒主轴的搅料板,位于抛撒主轴一侧的搅料板外侧套设有第一甩块,位于抛撒主轴另一侧的搅料板通过安装杆连接弹簧;
所述搅料板一端具有用于阻挡第一甩块的限位板,搅料板另一端连接安装杆,安装杆外侧套装弹簧,且安装杆的端部设有与弹簧相连的锁紧板;
所述抛撒机构包括多组与抛撒主轴固定连接的柔性甩料机构,每组柔性甩料机构均包括多个沿抛撒主轴周向均匀分布的环链,环链的端部连接第二甩块;
所述电磁阀包括与液压马达相连的电磁阀I、与液压伸缩油缸相连的电磁阀II;
所述负载传感器安装于肥料箱和撒肥车车轴之间,实时测量肥料箱中的肥料减少量;
所述转速传感器安装于撒肥车车轮内侧,用于测量车轮旋转速度;
所述电磁阀I与撒肥车的液压马达相连,液压马达与抛撒主轴相连;电磁阀II与液压伸缩油缸相连,液压伸缩油缸安装在料仓盖上;
撒肥量由抛撒主轴的转速控制,抛撒主轴转速由液压马达控制;抛撒距离由主轴转速和料仓盖开启角度控制,料仓盖开启角度由液压伸缩油缸控制;行走速度由拖拉机牵引速度控制,行走速度由拖拉机电子节气门控制。
2.根据权利要求1所述的一种撒肥控制系统,其特征在于,所述人机交互模块包括触摸屏和语音提示模块。
3.一种撒肥控制方法,采用如权利要求1-2任一所述的控制系统,其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1)预设撒肥量,获取单位时间内撒肥量、抛撒距离和撒肥车行走速度,并计算出实际撒肥量;
步骤(2)将实际撒肥量与预设撒肥量对比:
当实际撒肥量<预设撒肥量时,中央控制器控制抛撒主轴转速升高、料仓盖开启角度减小、撒肥车行进速度降低;
当实际撒肥量>预设撒肥量时,中央控制器控制抛撒主轴转速降低,料仓盖开启角度增大、撒肥车行进速度升高。
4.根据权利要求3所述的一种撒肥控制方法,其特征在于,所述步骤(1)中,根据单位时间内的行走速度、撒肥量和肥料抛撒距离,由中央控制器计算出单位面积上的撒肥量,即实际撒肥量。
5.根据权利要求3所述的一种撒肥控制方法,其特征在于,所述步骤(1)中,由转速传感器收集车轮转动速度信号,并传输至中央控制器,中央控制器计算出撒肥车行走速度。
6.根据权利要求5所述的一种撒肥控制方法,其特征在于,行走速度与单位时间的乘积为单位时间内撒肥区域的长度,抛撒距离为单位时间内撒肥区域的宽度,长度与宽度的乘积即为单位时间内的撒肥区域面积,单位时间内撒肥量与单位时间内撒肥区域面积之比,即为实际撒肥量。
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