CN111699812A - 一种可调式喷灌施肥机 - Google Patents

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岳焕芳
王克武
安顺伟
胡潇怡
张赓
王志平
朱鹏浩
赵懿
王福利
刘朝辉
曾烨
贾松涛
祝宁
孙雪娇
杨雪松
朱岳
苏铁
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
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    • A01C23/04—Distributing under pressure; Distributing mud; Adaptation of watering systems for fertilising-liquids
    • A01C23/042—Adding fertiliser to watering systems
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    • A01C23/007—Metering or regulating systems

Abstract

本发明公开了一种可调式喷灌施肥机，涉及喷灌施肥领域。可调式喷灌施肥机包括控制系统、系统采集器、施肥设备和喷灌机，控制系统包括实时数据检测单元、喷灌机参数输入单元、施肥参数设定单元和位置指示单元。实时数据检测单元用于检测喷灌机的速度、流量、入机压力、施肥速度和施肥总量。喷灌机参数输入单元用于将喷灌机长度、跨体长度、悬臂长度、喷灌机控制面积、最快转速下旋转一周的时间、尾跨最快行走速度及预设速度输入。通过控制系统改变注肥速度，则圆形喷灌机行走速度同步改变，通过面板改变转速百分比控制圆形喷灌机行走速度，则注肥速度同步改变，通过这种联动控制机制，最终实现了单位面积土地施肥量的一致性和均匀性。

Description

一种可调式喷灌施肥机
技术领域
本发明涉及喷灌施肥领域，具体涉及一种可调式喷灌施肥机。
背景技术
水资源短缺是制约农业发展的重要因素，喷灌技术作为世界各国公认的最先进的工程节水灌溉技术之一，具有节约水资源、节省劳动力、增加产量、提高品质、对灌溉作物、地形适应性强等显著特点，在许多国家得到重点应用和推广。圆形喷灌机具有自动化程度高、灌溉质量好、单机控制面积大、对地形适应性强、对水源要求低等优点，因而非常适合人少地多地区的农业生产。但是圆形喷灌机覆盖范围内土壤墒情存在区域差异，对不同地块实行精量灌溉的变量灌溉技术，能更好的提高水资源利用效率，精准灌溉的变量技术是指根据专家决策系统或用户经验输入的基本变量参数，来改变或随机变化灌溉系统的结构参数或性能参数，达到实时、精准灌溉的目的。
将喷灌系统的管道化优势与施肥灌溉系统有机结合，实现水肥一体化作业是现代精准农业的重要特征，施肥均匀性是衡量喷灌施肥灌溉系统性能的重要指标。国内外许多研究表明，在利用喷灌系统施肥时，较高的施肥均匀性能够有效提高作物对氮素的吸收利用率，提高作物产量，降低因深层渗漏引起的氮素淋失。施肥装置的工作性能将直接影响施肥灌溉系统肥液浓度均匀性及施肥量均匀性，为了配合圆形喷灌机的变量灌溉，在精准灌溉的基础上实现精量施肥，施肥设备可以根据需求实时调节注肥量，确保实现按需灌溉施肥。
发明内容
本发明的目的是提出了一种通过控制系统控制施肥设备与喷灌机联动，实现施肥设备的注肥速度与喷灌机行走速度一致性的喷灌施肥机。
本发明具体采用如下技术方案：
一种可调式喷灌施肥机，包括控制系统、系统采集器、施肥设备和喷灌机，控制系统包括实时数据检测单元、喷灌机参数输入单元、施肥参数设定单元和位置指示单元；
实时数据检测单元用于检测喷灌机的速度、流量、入机压力、施肥速度和施肥总量；
喷灌机参数输入单元用于将喷灌机长度、跨体长度、悬臂长度、喷灌机控制面积、最快转速下旋转一周的时间、尾跨最快行走速度及预设速度输入；
施肥参数设定单元用于输入施肥总量、注肥速度、施肥开始时间、结束时间和间隔天数；喷灌机灌溉面积内需要施用肥料的总量，计算如下：
Mc＝mcA (1)
Mc表示控制灌溉面积内施肥量，kg；mc表示某种肥料的单位面积施肥量，kg/hm2；
A表示圆形喷灌机旋转一周控制的灌溉面积，hm2；
位置指示单元用于实时显示喷灌机的行走路径和位置。
优选地，施肥设备采用自吸增压泵，喷灌机采用圆形喷灌机，通过调节自吸增压泵调节注肥速度，调控圆形喷灌机转速百分比调节喷灌机行走速度，通过控制施肥设备注肥速度与喷灌机行走速度的一致性，实现单位面积土地施肥量的一致性和均匀性。
优选地，系统采集器用于收集圆形喷灌机行走速度和流量值，施肥速度和行走速度成正比关系，用户预先输入施肥总量、喷灌机行走一周所用的时间和喷灌机的长度。
优选地，控制系统包括处理器、数据存储电路、电源电路、流量采集电路和通讯电路。
优选地，处理器采用STM32F103RET6单片机，XTAL_38K和XTAL_12M引脚为处理器提供时钟源，BOOT0、BOOT1引脚决定处理器启动时的起始运行位置，UARTX_TX、UARTX_RX为通讯引脚，通过RS485芯片与位置指示单元进行通讯。
优选地，数据存储电路用于掉电存储以及存储喷灌机长度、跨体长度信息。
优选地，电源电路用于为逻辑处理部分提供电源供给，电源电路的输入为24V，输出为5V，电路具备防反接，防高压输入，输出指示功能。
优选地，流量采集电路用于采集流量计发出的脉冲数据M，每个脉冲对应流量数据N，M*N即为总流量数据，计量时间T，则在时间T内的流速即为M*N/T。
优选地，通讯电路用于与速度传感器进行通讯，采集实时的尾跨行走速度。
本发明具有如下有益效果：
该施肥机通过调节自吸增压泵调节注肥速度，通过调控圆形喷灌机转速百分比调节喷灌机行走速度，并可实现联动变化，在肥液桶肥料浓度一定的情况下，通过面板改变转速百分比控制圆形喷灌机行走速度，则注肥速度同步改变。
通过控制系统改变注肥速度，则圆形喷灌机行走速度同步改变，通过这种联动控制机制，实现了施肥机注肥速度与喷灌机行走速度的一致性，最终实现了单位面积土地施肥量的一致性和均匀性。
附图说明
图1为可调式喷灌施肥机的控制系统的处理器的电路示意图；
图2为数据存储电路示意图；
图3为电源电路示意图；
图4流量采集电路示意图；
图5为通讯电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
可调式喷灌施肥机，包括控制系统、系统采集器、施肥设备和喷灌机，控制系统包括实时数据检测单元、喷灌机参数输入单元、施肥参数设定单元和位置指示单元；
实时数据检测单元用于检测喷灌机的速度、流量、入机压力、施肥速度和施肥总量；
喷灌机参数输入单元用于将喷灌机长度、跨体长度、悬臂长度、喷灌机控制面积、最快转速下旋转一周的时间、尾跨最快行走速度及预设速度输入；
施肥参数设定单元用于输入施肥总量、注肥速度、施肥开始时间、结束时间和间隔天数；喷灌机灌溉面积内需要施用肥料的总量，计算如下：
Mc＝mcA (1)
Mc表示控制灌溉面积内施肥量，kg；mc表示某种肥料的单位面积施肥量，kg/hm2；
A表示圆形喷灌机旋转一周控制的灌溉面积，hm2；
位置指示单元用于实时显示喷灌机的行走路径和位置。
一般情况下，根据灌水量的多少，系统计算出施肥泵的百分率计时器值，从而确定出注肥时间，部分计算数据如表1所示。
表1
Figure BDA0002596845700000031
施肥设备采用自吸增压泵，喷灌机采用圆形喷灌机，通过调节自吸增压泵调节注肥速度，调控圆形喷灌机转速百分比调节喷灌机行走速度，通过控制施肥设备注肥速度与喷灌机行走速度的一致性，实现单位面积土地施肥量的一致性和均匀性。
系统采集器用于收集圆形喷灌机行走速度和流量值，施肥速度和行走速度成正比关系，用户预先输入施肥总量、喷灌机行走一周所用的时间和喷灌机的长度。
控制系统包括处理器、数据存储电路、电源电路、流量采集电路和通讯电路。
将水溶性较好的肥料倒入施肥罐中，使用循环泵进行搅拌，使用注肥泵将肥液注入到圆形喷灌机的输水管道内，再由D3000折射式喷头喷洒出水肥混合液，喷头遵照喷头配置结果进行准确安装。系统采集器首先收集圆形喷灌机行走速度和流量值，施肥速度和行走速度成正比关系，用户事先输入施肥总量、喷灌机行走一圈所用的时间、喷灌机的长度，施肥机自动计算出喷灌机行走速度及施肥速度，当行走速度变化时，施肥机重新计算剩余灌溉时间，动态调整施肥速度，进而调控注肥泵施肥总量，实现灌溉施肥的精准控制。
吸肥泵采用大流量泵系列DY-S400SA型增压泵，工作稳定，活塞与肥液隔离开，不易腐蚀。具体参数如下：
进水压力：30PSI
工作压力：80PSI
额定电压：24VDC
最大压力：140PSI±10PSI(145PSI＝1MPa)
工作流量：80PSI≥2.4L PM(相当于144L/h)
工作电流：80PSI≤2.4AMP。
结合图1，处理器采用STM32F103RET6单片机，XTAL_38K和XTAL_12M引脚为处理器提供时钟源，BOOT0、BOOT1引脚决定处理器启动时的起始运行位置，UARTX_TX、UARTX_RX为通讯引脚，通过RS485芯片与位置指示单元进行通讯。
结合图2，数据存储电路用于掉电存储以及存储喷灌机长度、跨体长度信息。
结合图3，电源电路用于为逻辑处理部分提供电源供给，电源电路的输入为24V，输出为5V，电路具备防反接，防高压输入，输出指示功能。
结合图4，流量采集电路用于采集流量计发出的脉冲数据M，每个脉冲对应流量数据N，M*N即为总流量数据，计量时间T，则在时间T内的流速即为(M*N)/T。
结合图5，通讯电路用于与速度传感器进行通讯，采集实时的尾跨行走速度。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，包括控制系统、系统采集器、施肥设备和喷灌机，控制系统包括实时数据检测单元、喷灌机参数输入单元、施肥参数设定单元和位置指示单元；
实时数据检测单元用于检测喷灌机的速度、流量、入机压力、施肥速度和施肥总量；
喷灌机参数输入单元用于将喷灌机长度、跨体长度、悬臂长度、喷灌机控制面积、最快转速下旋转一周的时间、尾跨最快行走速度及预设速度输入；
施肥参数设定单元用于输入施肥总量、注肥速度、施肥开始时间、结束时间和间隔天数；
喷灌机灌溉面积内需要施用肥料的总量，计算如下：
Mc＝mcA (1)
Mc表示控制灌溉面积内施肥量，kg；mc表示某种肥料的单位面积施肥量，kg/hm2；A表示圆形喷灌机旋转一周控制的灌溉面积，hm2；
位置指示单元用于实时显示喷灌机的行走路径和位置。
2.如权利要求1所述的一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，施肥设备采用自吸增压泵，喷灌机采用圆形喷灌机，通过调节自吸增压泵调节注肥速度，调控圆形喷灌机转速百分比调节喷灌机行走速度，通过控制施肥设备注肥速度与喷灌机行走速度的一致性，实现单位面积土地施肥量的一致性和均匀性。
3.如权利要求2所述的一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，系统采集器用于收集圆形喷灌机行走速度和流量值，施肥速度和行走速度成正比关系，用户预先输入施肥总量、喷灌机行走一周所用的时间和喷灌机的长度。
4.如权利要求1所述的一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，控制系统包括处理器、数据存储电路、电源电路、流量采集电路和通讯电路。
5.如权利要求4所述的一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，处理器采用STM32F103RET6单片机，XTAL_38K和XTAL_12M引脚为处理器提供时钟源，BOOT0、BOOT1引脚决定处理器启动时的起始运行位置，UARTX_TX、UARTX_RX为通讯引脚，通过RS485芯片与位置指示单元进行通讯。
6.如权利要求4所述的一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，数据存储电路用于掉电存储以及存储喷灌机长度、跨体长度信息。
7.如权利要求4所述的一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，电源电路用于为逻辑处理部分提供电源供给，电源电路的输入为24V，输出为5V，电路具备防反接，防高压输入，输出指示功能。
8.如权利要求4所述的一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，流量采集电路用于采集流量计发出的脉冲数据M，每个脉冲对应流量数据N，M*N即为总流量数据，计量时间T，则在时间T内的流速即为M*N/T。
9.如权利要求4所述的一种可调式喷灌施肥机，其特征在于，通讯电路用于与速度传感器进行通讯，采集实时的尾跨行走速度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112949916A (zh) * 2021-02-18 2021-06-11 中国农业大学 圆形喷灌机精准变量灌溉施肥实现方法
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CN112949916B (zh) * 2021-02-18 2023-10-13 中国农业大学 圆形喷灌机精准变量灌溉施肥实现方法
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