CN113484069A - 一种土壤信息采集车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤信息采集车，包括采集车本体、信息采集模块、信息处理模块、信息输出模块以及开沟模块，采集车本体包括轮式底盘、车架以及控制模块；开沟模块设置在车架的前端，开沟模块包括开沟刀以及开沟驱动机构；信息采集模块设置在所述车架的后端，信息采集模块包括多源传感器以及传感驱动机构，所述多源传感器的位置与所述开沟刀的位置对应；所述信息采集模块和信息输出模块分别与信息处理模块电连接。本发明的土壤信息采集车的采集动作简单，能够对土壤进行连续采样，不仅采样数据准确，而且对传感器具有保护作用。

Description

一种土壤信息采集车

技术领域

本发明涉及一种信息采集设备，具体涉及一种土壤信息采集车。

背景技术

土壤信息作为精准农业研究的重要参数，是分析土壤肥力、实行精确施肥的根本依据；土壤品质的好坏直接影响到农作物的生长，要想提高农作物的产量，对土壤品质的研究并做出合理改善是不可或缺的。传统技术中，在对农田的土壤进行信息采集的工作主要是通过在土壤中埋设固定土壤信息传感器的方式或是采用由基层农业技术人员手持传感器进行人工采集以及通过人工将土壤带回实验室检测的方式。但由于农田面积广阔，需要进行土壤信息采集的区域较多，造成定点采集数据不全面的问题，而且人工进行采集不仅存在费时、费力的问题，还存在工作效率低、采集土壤精准度低的问题。

为了解决上述问题，申请公布号为CN 101776538 A的发明专利公开了一种基于位移倍增机构的车载土壤采集装置，包括动力承载车，支撑油缸、导向支撑架、液压马达、采样管和升降油缸；所述支撑油缸铰连接在动力承载车上，支撑油缸的活塞杆前端铰连接在导向支撑架上，导向支撑架铰连接在动力承载车上；所述液压马达通过一滑块滑动连接在导向支撑架上；采样管可拆卸地连接在所述液压马达的输出轴上；所述导向支撑架是一封闭箱体结构，升降油缸布置在导向支撑架的内部空间中，连接在导向支撑架的底部或顶部；上述升降油缸的活塞杆通过一位移倍增机构与所述液压马达相连；位移倍增机构布置在导向支撑架的外侧。在非工作状态时，导向支撑架处于倾斜位置，其与动力承载车的前进方向大致呈120°夹角；在工作状态时，支撑油缸将导向支撑架顶起，让其处于竖直状态。采样时，升降油缸可控制液压马达沿着导向支撑架向下滑动，由液压马达带动采样管旋转，通过套钻的方式，实现土壤的采集。但是上述车载土壤采集装置仍然存在以下问题：

1、土壤采集动作复杂，需要由支撑油缸将导向支撑架顶起，再由升降油缸控制液压马达向下滑动，最后由液压马达带动采样管旋转，通过钻套的方式，进行土壤采集；复杂的采用动作耗费的时间更多，从而导致采样效率低。

2、通过钻孔采样的方式，每对一个采样点进行采样，均需要钻一个孔，导致采样到的土壤信息只是一些散点数据，数据采样基数有限，影响采样结果。

3、由于采样时，采样管由地面往下钻进土壤进行采样，因此采集到土壤信息会因为不同深度土层的互相干扰而出现偏差，测量结果不准确。

4、直接利用采样管钻土的方式，当采样管遇到石头时，可能会造成传感器的损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种土壤信息采集车，该土壤信息采集车的采集动作简单，能够对土壤进行连续采样，不仅采样数据准确，而且对传感器具有保护作用。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种土壤信息采集车，包括采集车本体、用于采集土壤信息的信息采集模块、用于接收信息采集模块信息的信息处理模块、用于将信息采集模块的信息传达出来的信息输出模块以及用于对土壤进行开沟的开沟模块，其中，所述采集车本体包括轮式底盘、设置在轮式底盘上的车架以及用于控制采集车作业的控制模块；沿着采集车的前进方向，所述开沟模块设置在所述车架的前端，所述开沟模块包括用于翻土的开沟刀以及用于驱动所述开沟刀运动的开沟驱动机构；所述信息采集模块设置在所述车架的后端，所述信息采集模块包括多源传感器以及用于驱动所述多源传感器与土壤接触或分离的传感驱动机构，所述多源传感器的位置与所述开沟刀的位置对应；所述信息采集模块和信息输出模块分别与信息处理模块电连接。

上述土壤信息采集车的工作原理是：

作业人员通过手持遥控器将采集车开到作业地点，通过控制模块控制采集车的作业。在对土壤进行信息采集时，首先控制模块控制采集车前进；然后，开沟模块启动，开沟驱动机构驱动开沟刀往下运动，使得开沟刀进入土壤中，这样，采集车的前进带动开沟刀在土壤中前进，从而将土壤翻开，实现开沟的功能。接下来，控制模块继续控制采集车前进，多源传感器的位置与开沟刀的位置对应，多源传感器跟随开沟刀的轨迹前进，在多源传感器来到开好沟的土壤中后，传感驱动机构驱动所述多源传感器向下运动，使得多源传感器与土壤接触，从而对已经开好沟的土壤进行信息采集，并将采集到的土壤信息传送到信息处理模块；下一步，信息处理模块对信息采集模块传送过来的土壤信息进行分析处理，并将处理结果传送到信息输出模块；最后，信息输出模块将土壤信息显示出来，使得作业人员获取土壤的信息，方便进行下一步的操作。对于土壤信息的采集，在采集车前进时，只需要开沟刀开沟后，驱动多源传感器往下与土壤接触即可完成信息的采样，动作简单且高效；采集车能够一边前进一边对土壤信息进行采集，不仅采集效率高，而且能够土壤信息进行连续采集，采集数据准确；由于多源传感器对开沟后的土壤进行信息的采集，一方面，开沟的深度是确定的，因此采集到的信息是一定深度土壤中的信息情况，该信息不会因为不同土层深度的互相干扰而出现偏差，测量数据更准确；另一方面，开沟刀在翻土开沟的同时，把坚硬的石头等翻到一边，设置在开沟刀后方的多源传感器在往下与土壤接触时，不会碰撞到石头等坚硬物，从而对传感器起到保护的作用。

本发明的一个优选方案，所述控制模块包括控制装置以及动力装置；所述控制装置包括控制板、驱动器以及与所述控制板电连接的遥控器；所述动力装置包括用于驱动车轮转动的驱动电机以及电源；所述控制板、驱动器、驱动电机以及电源分别电连接。

优选地，所述电源为48V30AH锂电池。

优选地，所述驱动电机有两个，所述两个驱动电机分别安装在所述车架的两侧，所述驱动电机的转轴通过传动机构与采集车的车轮连接。

优选地，所述驱动电机为48V直流无刷电机。

本发明的一个优选方案，所述开沟刀包括刀杆以及设置在刀杆上的刀体，所述刀体包括左半刀体以及右半刀体，所述左半刀体与右半刀体的前端连接形成一个箭头形状。

本发明的一个优选方案，所述开沟刀有多个，所述多个开沟刀由前往后依次排列设置；所述多个开沟刀向下延伸的深度由前往后依次增加，且多个开沟刀的宽度由前往后依次增大。

本发明的一个优选方案，所述开沟驱动机构包括前电动推杆，所述前电动推杆沿竖直方向设置在所述车架的前端，所述刀杆设置在所述前电动推杆的活塞杆上，且所述刀杆的轴线平行于采集车的前进方向。

本发明的一个优选方案，所述信息采集模块还包括用于安装所述多源传感器的安装架；所述传感驱动机构包括后电动推杆，所述后电动推杆沿竖直方向设置在所述车架的后端，所述安装架的后端设置在所述后电动推杆的活塞杆上。

优选地，所述多源传感器包括用于检测土壤温度和湿度的温湿度传感器、用于检测土壤中酸碱度的PH传感器以及用于检测土壤的电导率的电导率传感器。

本发明的一个优选方案，还包括用于将土壤刮平的平土装置，所述平土装置包括刮刀以及用于驱动所述刮刀向下运动的平土驱动机构；所述平土驱动机构包括能够向上或向下活动的驱动件；所述刮刀包括刮刀杆以及设置在所述刮刀杆上后端上的刮板，所述刮刀杆通过连接架设置在所述驱动件上。

优选地，所述平土驱动机构为所述后电动推杆，所述驱动件为所述后电动推杆的活塞杆。

优选地，所述刮刀有两个，所述两个刮刀设置在连接架的左右两侧；所述两个刮板的后端形成一个夹角。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的土壤信息采集车，在采集车开沟前进时，只要驱动多源传感器往下与土壤接触，即可完成对土壤信息的采集，动作简单且高效。

2、本发明的土壤信息采集车，在一边开沟前进的同时，一边对土壤信息进行采集，从而能够持续不断地获取土壤的信息，增加了数据样本，采样数据更准确。

3、本发明的土壤信息采集车，多源传感器对已经开好沟的土壤进行信息采集，开沟的深度是确定的，因此多源传感器对一定深度的土壤的信息进行测量，土壤信息不会因为不同土层深度的互相干扰而出现偏差，从而保证测量结果更准确。

4、本发明的土壤信息采集车，开沟刀在翻土开沟时，将石头等坚硬物体翻开，从而避免后方的多源传感器与石头等坚硬物接触，对多源传感器起到保护作用。

附图说明

图1-图4为本发明的土壤信息采集车第一种实施方式的结构示意图，其中，图1为俯视图，图2为第一个视角的立体图，图3为第二个视角的立体图，图4为第三个视角的立体图。

图5为本发明的土壤信息采集车第二种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1-图4，本发明的一种土壤信息采集车，包括采集车本体、用于采集土壤信息的信息采集模块、用于接收信息采集模块信息的信息处理模块、用于将信息采集模块的信息传达出来的信息输出模块以及用于对土壤进行开沟的开沟模块，其中，所述采集车本体包括轮式底盘1、设置在轮式底盘1上的车架2以及用于控制采集车作业的控制模块；沿着采集车的前进方向，所述开沟模块设置在所述车架2的前端，所述开沟模块包括用于翻土的开沟刀3以及用于驱动所述开沟刀3运动的开沟驱动机构；所述信息采集模块设置在所述车架2的后端，所述信息采集模块包括多源传感器以及用于驱动所述多源传感器与土壤接触或分离的传感驱动机构，所述多源传感器的位置与所述开沟刀3的位置对应；所述信息采集模块、信息处理模块以及信息输出模块分别电连接。

参见图1-图4，所述控制模块包括控制装置以及动力装置；所述控制装置包括控制板4、驱动器5以及与所述控制板4电连接的遥控器；所述动力装置包括用于驱动车轮转动的驱动电机6以及电源7；所述控制板4、驱动器5、驱动电机6以及电源7分别电连接。设置上述控制装置，在手动控制采集车前进时，手持遥控器发送信号到控制板4，控制板4将指令信息发送到驱动器5，驱动器5控制驱动电机6的转动，从而实现采集车的前进、后退以及转向功能，此外，手持遥控器发送信号到控制板4，使得控制板4控制开沟驱动机构、传感驱动机构的动作，从而实现开沟以及土壤信息的采集；在自主导航时，控制板4发出控制指令，并将控制指令传送到驱动器5，驱动器5控制驱动电机6的转动，从而实现采集车的前进、后退以及转向功能，此外，控制板4发出指令，控制开沟驱动机构、传感驱动机构的动作，从而实现开沟以及土壤信息的采集。

本实施例中，所述电源7为48V30AH锂电池。

参见图1-图4，所述驱动电机6有两个，所述两个驱动电机6分别安装在所述车架2的两侧，所述驱动电机6的转轴通过传动机构与采集车的车轮连接。这样，在驱动电机6转动时，通过传动机构，将电机的动力传送到采集车的车轮，从而实现采集车的前进、后退以及转向功能。

本实施例中，所述驱动电机6为48V直流无刷电机。

参见图1-图4，所述开沟刀3包括刀杆3-1以及设置在刀杆3-1上的刀体，所述刀体包括左半刀体3-2以及右半刀体体3-3，所述左半刀体3-2与右半刀体体3-3的前端连接形成一个箭头形状。设置上述结构的开沟刀3，在开沟时，刀杆3-1推动刀体前进，刀体的前端形成一个箭头形状的尖角，从而将土壤向两边分开，实现开沟的功能。

参见图1-图4，所述开沟驱动机构包括前电动推杆8，所述前电动推杆8沿竖直方向设置在所述车架2的前端，所述刀杆3-1设置在所述前电动推杆8的活塞杆上，且所述刀杆3-1的轴线平行于采集车的前进方向。设置上述开沟驱动机构，在开沟时，前电动推杆8动作，驱动活塞杆往下运动，由于刀杆3-1的设置在活塞杆上，因此活塞杆向下运动使得开沟刀3往下进入土壤中，从而在采集车前进过程中实现开沟的功能；在开沟完成后，前电动推杆8动作，驱动活塞杆往上运动，从而使得活塞杆带动开沟刀3往上运动，将开沟刀3收回原位。

参见图1-图4，所述信息采集模块还包括用于安装所述多源传感器的安装架9；所述传感驱动机构包括后电动推杆10，所述后电动推杆10沿竖直方向设置在所述车架2的后端，所述安装架9的后端设置在所述后电动推杆10的活塞杆上。这样，后电动推杆10动作，驱动活塞杆往下运动，设置在活塞杆上的安装架9跟随往下运动，使得设置在安装架9上的多源传感器往下运动，与土壤接触，从而采集土壤信息。

参见图1-图4，所述多源传感器包括用于检测土壤温度和湿度的温湿度传感器11、用于检测土壤中酸碱度的PH传感器12以及用于检测土壤的电导率的电导率传感器13。通过各组传感器的测量，获得土壤中温度、湿度、酸碱度以及导电率的信息，能够对农作物的精准施肥、精准施药起到指导作用，从而提高施肥的经济效益以及降低对环境的不良影响。

参见图1-图4，还包括用于将土壤刮平的平土装置，所述平土装置包括刮刀14以及用于驱动所述刮刀14向下运动的平土驱动机构；所述平土驱动机构包括能够向上或向下活动的驱动件；所述刮刀14包括刮刀杆14-1以及设置在所述刮刀杆14-1上后端上的刮板14-2，所述刮刀杆14-1通过连接架15设置在所述驱动件上。设置上述平土装置，平土驱动机构动作，使得驱动件往下运动时，通过连接架15设置在驱动件上的刮刀杆14-1跟随向下运动，这样刮板14-2往下运动并与堆积在沟槽两边的泥土接触，在采集车前进过程中，刮板14-2将沟槽两边的泥土刮到沟槽里，从而将沟槽刮平。

参见图1-图4，所述平土驱动机构为所述后电动推杆10，所述驱动件为所述后电动推杆10的活塞杆。这样，后电动推杆10驱动活塞杆往下运动时，在驱动多源传感器向下与泥土接触以检测土壤信息的同时，驱动刮刀14向下与泥土接触，从而将沟槽刮平，一个驱动机构同时完成架土壤信息的采集以及土壤的刮平，设计巧妙，功能强大。

优选地，所述刮刀14有两个，所述两个刮刀14设置在连接架15的左右两侧；所述两个刮板14-2的后端形成一个夹角。设置上述两个刮刀14，由于连个刮板14-2的后端形成一个夹角，因此刮刀14在前进是将沟槽两边的泥土往沟槽中间刮送，提高平土的效果。

参见图1-图4，上述土壤信息采集车的工作原理是：

将采集车开到需要作业地点，通过控制模块控制采集车的作业。在对土壤进行信息采集时，首先控制模块控制采集车前进；然后，开沟模块启动，开沟驱动机构驱动开沟刀3往下运动，使得开沟刀3进入土壤中，这样，采集车的前进带动开沟刀3在土壤中前进，从而将土壤翻开，实现开沟的功能。接下来，控制模块继续控制采集车前进，多源传感器的位置与开沟刀3的位置对应，多源传感器跟随开沟刀3的轨迹前进，在多源传感器来到开好沟的土壤中后，传感驱动机构驱动所述多源传感器向下运动，使得多源传感器与土壤接触，从而对已经开好沟的土壤进行信息采集，并将采集到的土壤信息传送到信息处理模块；下一步，信息处理模块对信息采集模块传送过来的土壤信息进行分析处理，并将处理结果传送到信息输出模块；最后，信息输出模块将土壤信息显示出来，使得作业人员获取土壤的信息，方便进行下一步的操作。对于土壤信息的采集，在采集车前进时，只需要开沟刀3开沟后，驱动多源传感器往下与土壤接触即可完成信息的采样，动作简单且高效；采集车能够一边前进一边对土壤信息进行采集，不仅采集效率高，而且能够土壤信息进行连续采集，采集数据准确；由于多源传感器对开沟后的土壤进行信息的采集，一方面，开沟的深度是确定的，因此采集到的信息是一定深度土壤中的信息情况，该信息不会因为不同土层深度的互相干扰而出现偏差，测量数据更准确；另一方面，开沟刀3在翻土开沟的同时，把坚硬的石头等翻到一边，设置在开沟刀3后方的多源传感器在往下与土壤接触时，不会碰撞到石头等坚硬物，从而对传感器起到保护的作用。

实施例2

参见图5，本实施例与实施例1相比的不同之处在于，所述开沟刀3有多个，所述多个开沟刀3由前往后依次排列设置；所述多个开沟刀3向下延伸的深度由前往后依次增加，且多个开沟刀3的宽度由前往后依次增大。设置上述多个开沟刀3，在开沟刀3前进时，位于最前方的开沟刀3开出一条最浅且最窄的沟槽，由于后方的开沟刀3更宽且深度更深，因此在开沟刀3继续前进时，后方的开沟刀3一方面往下拓深，另一方面将沟槽拓宽，在开沟过程中从两侧掉落的泥土散落在沟槽底部的两侧，更宽的沟槽使得沟槽底部中间位置的泥土是该深度的泥土，从而保证了检测结果不会因为不同深度土层的影响而出现偏差。

参见图5，本实施例中，所述开沟刀有三个。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土壤信息采集车，其特征在于，包括采集车本体、用于采集土壤信息的信息采集模块、用于接收信息采集模块信息的信息处理模块、用于将信息采集模块的信息传达出来的信息输出模块以及用于对土壤进行开沟的开沟模块，其中，所述采集车本体包括轮式底盘、设置在轮式底盘上的车架以及用于控制采集车作业的控制模块；沿着采集车的前进方向，所述开沟模块设置在所述车架的前端，所述开沟模块包括用于翻土的开沟刀以及用于驱动所述开沟刀运动的开沟驱动机构；所述信息采集模块设置在所述车架的后端，所述信息采集模块包括多源传感器以及用于驱动所述多源传感器与土壤接触或分离的传感驱动机构，所述多源传感器的位置与所述开沟刀的位置对应；所述信息采集模块和信息输出模块分别与信息处理模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，所述控制模块包括控制装置以及动力装置；所述控制装置包括控制板、驱动器以及与所述控制板电连接的遥控器；所述动力装置包括用于驱动车轮转动的驱动电机以及电源；所述控制板、驱动器、驱动电机以及电源分别电连接。

3.根据权利要求2所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，所述驱动电机有两个，所述两个驱动电机分别安装在所述车架的两侧，所述驱动电机的转轴通过传动机构与采集车的车轮连接。

4.根据权利要求2所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，所述开沟刀包括刀杆以及设置在刀杆上的刀体，所述刀体包括左半刀体以及右半刀体，所述左半刀体与右半刀体的前端连接形成一个箭头形状。

5.根据权利要求4所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，所述开沟刀有多个，所述多个开沟刀由前往后依次排列设置；所述多个开沟刀向下延伸的深度由前往后依次增加，且多个开沟刀的宽度由前往后依次增大。

6.根据权利要求5所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，所述开沟驱动机构包括前电动推杆，所述前电动推杆沿竖直方向设置在所述车架的前端，所述刀杆设置在所述前电动推杆的活塞杆上，且所述刀杆的轴线平行于采集车的前进方向。

7.根据权利要求1所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，所述信息采集模块还包括用于安装所述多源传感器的安装架；所述传感驱动机构包括后电动推杆，所述后电动推杆沿竖直方向设置在所述车架的后端，所述安装架的后端设置在所述后电动推杆的活塞杆上。

8.根据权利要求7所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，所述多源传感器包括用于检测土壤温度和湿度的温湿度传感器、用于检测土壤中酸碱度的PH传感器以及用于检测土壤电导率的电导率传感器。

9.根据权利要求7所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，还包括用于将土壤刮平的平土装置，所述平土装置包括刮刀以及用于驱动所述刮刀向下运动的平土驱动机构；所述平土驱动机构包括能够向上或向下活动的驱动件；所述刮刀包括刮刀杆以及设置在所述刮刀杆上后端上的刮板，所述刮刀杆通过连接架设置在所述驱动件上。

10.根据权利要求9所述的一种土壤信息采集车，其特征在于，所述平土驱动机构为所述后电动推杆，所述驱动件为所述后电动推杆的活塞杆。

Images