CN116158324B - 一种新型智能标准化农田预制钢畦埂 - Google Patents

Abstract

本发明为一种新型智能标准化农田预制钢畦埂，取代了传统的土埂，其高度为50cm，宽度为40cm，长度为40cm，顶板与侧板采用10mm厚一次性弯折制作，内置橡胶储水袋，再将侧板焊制在钢制底座上。采用子母套接的形式，设置通用节和转角节。在钢畦埂安装以及拆卸时，利用可更换弹簧卡扣，不需要辅助工具即可完成，同时可通过内置导线对刚畦埂出现破坏时，准确定位破损位置。依靠51单片机和采集芯片实现对于埂内水体的PH值和氮磷钾含量监测；通过水泵与储水袋连接实现埂内水面高度控制，能够对水体的温度和ph值以及氮磷钾含量测定，根据数值进行变量调整。通过在转角节布置的图像采集系统和超声波及红外线测距系统能够对虫害和入侵的鸟兽所在的三维坐标传递给上位机后，由上位机对终端无人机发出指令，实现无农药的超声波杀虫，以及驱赶鸟兽，同时实现对冠层图像识别结合龄期进行产量预测，既能够及时观测长势，又能为收获提供数据支持。

Description

一种新型智能标准化农田预制钢畦埂

技术领域

本发明属于农业设备技术领域，具体涉及一种新型智能标准化农田预制钢畦埂。

背景技术

随着我国农业的迅猛发展，对设施农业的要求也逐渐增加。水稻是我国农业种植的主要粮食作物，为提高水稻种植工作效率，机械插秧机已完全代替人工插秧方式，基本实现水稻生产全程机械化作业要求。但由于现有的水田池埂为土埂，这样水稻秧苗的补给作业仍靠人工完成，水稻田间管理也基本为人工劳作，不仅浪费大量人工成本、时间及劳动力，而且降低工作效率，增加劳动强度。所以，一直延用的土埂无法实现水稻整个种植过程的机械化作业。另外，土埂极易部分坍塌，在雨季坍塌更为严重，甚至毁埂，稳定性较差，需要频繁填土维护，浪费人力，还需要间断性的除掉埂上的杂草，毁损的土埂无法隔断水流，极易造成串畦跑水；土埂浪费了大量的土地，同时现阶段水稻田仍然属于大田作业，靠天吃饭的情况明显，对于长势人为干预因素较少，在实际作业的过程中，对于水分的控制缺乏有效的管理，导致水分蒸发以及下渗量过大，在遇到大雨天气不能有效排水，并且在现阶段种植过于依赖农药除虫，并且对于家畜鸟兽对水稻的破坏没有较好的办法。在对大田长势监测和精准除虫的管理方面尚没有很好的解决方式。同时在大田作业的过程中，对于水面高度的控制只能够依靠人工按照经验控制，由此可知设计一种能够取代传统土埂，并且能够对破损位置进行及时精准的定位实现长势预测施肥管理以及无农药精准除虫的驱赶鸟兽与家畜的智能化标准化农田预制钢畦埂是十分必要的。

发明内容

本发明目的是：

本发明的目的是提供一种能够实现简易拆装的预制钢畦埂，解决了传统的土埂的破损失水及垮塌的问题，对可能出现破损的位置实现了精准的预测，对水稻田动态管理，实现水面高度控制，水体水温、PH值及氮磷钾含量监测与控制，同时在大田作业的过程中，实现了无农药除虫，实现了长势动态监测以及动态施肥控制，节省人力。结构简单，增产增效，安全省力，易于大规模地推广和使用。

本发明的方案是：

本发明涉及一种新型智能标准化农田预制钢畦埂，具有拆装简便，并且对使用中可能出现的破损位置制定了精准的破损定位监测装置。尤其是在水稻田使用的过程中，可以通过对水质水位的监测实现动态调整水面高度与氮磷钾含量，并且能够实现无农药种植，通过冠层拍照实现长势及产量预测，能够通过储水袋和储水罐实现节水灌溉，通过无人机进行超声波杀虫，避免了农药的使用，提升了产品的产量与质量，并且能够对区域内的飞鸟以及家畜进行驱赶，减少粮食损耗达到增产增收的效果。一种新型智能标准化农田预制钢畦埂，所述钢畦埂包括两个侧板和顶板，顶板和侧板焊接，两侧板和顶板及底板围成的槽腔内设置橡胶储水袋用以与水泵采用三通的形式连接，多余一路采用红外线控制开关与储水罐采用管路连接。同时水泵与橡胶储水袋连接处设置自动双向控制开关，当橡胶储水袋满水后开启开关将水分通过管道储存在储水罐中，当橡胶储水袋水分排出后，开启开关将储水罐中的水分抽到埂内，实现对水面的动态控制，并且在上部设置PVC管内置电阻丝来监测工作状态，在电阻丝内通入12V直流电，当出现破损时通过断路位置确定破损处，在钢畦埂破损时通过检测电阻丝断点来实现精准的损伤位置确定。通用节与转角节通过可拆卸卡扣和侧板预留安装孔连接。

进一步地，所述内置PVC管可内置电阻丝，当发生破损时，电阻丝断裂，则可精准判定断裂位置，同时上位机发出响铃信号，提示维修人员及时进行维修。

进一步地，所述钢畦埂标准节相互之间通过侧板预留安装孔和可更换弹簧卡扣进行连接，在转角区与转角节采用同样方式连接，可实现手工连接，提升连接效率。

进一步地，通过水泵系统可以将埂内水分抽取后储存在橡胶储水袋中，同时可以通过51单片机系统结合传感器对埂内水体的温度和PH值进行测量，同时能够对水体中的氮磷钾含量进行测量，通过wifi系统传递给中心控制系统，可以通过设置水面高度阈值，当水面高于设计值时启动水泵将水储存在橡胶储水袋中，储水袋装满后，如果水面仍然高于设定值，此时向中心控制系统发出排水信号开启水泵的排水开关将水分利用管道抽至储水罐中。当液面低于设定值时，可以将橡胶储水袋中的水通过水泵注入到埂内，当全部注入仍未满足要求时则向上位机发出注水信号，开启水泵与储水罐连接开关，将储水罐的水体注入埂内，当需要进行施肥时则通过单片机发出变量施肥信号，当畦埂内水体温度过低时，开启辅助加热功能，放置冻害对产量的影响。其实施结构如附图1附图2附图3。

进一步地，所述钢畦埂标准节为矩形埂，其高度为50cm，宽度为40cm。转角节采用的是50cm，宽度为40cm，两侧长度为40cm。在转角节布置的红外线和超声波系统结合图像识别系统能够对存在的害虫以及入侵的鸟兽进行三维精准定位，同时将三维坐标发送给中心控制系统，为控制系统指导无人机进行精准除虫提供实时的坐标指导。

进一步地，采用超声波红外线采集系统和录像采集系统对埂内害虫位置实现三维精准定位后，将信号传输至控制中心，控制中心根据三维坐标对驱虫无人机发出指令，采用超声波杀虫的方式，避免农药的使用。

进一步地，通过图像识别系统对作物进行冠层拍照分析，通过冠层拍照分析结合龄期进行比对，找到作物在实际生长的过程中的长势分析，能够及时发现是否缺少相应的元素，同时也可以进行产量预测，为后期的收割的机械设备安置提供可供数据参考。

进一步地，在作业区域内，采用若干通用节和4个直角节相连接，形成闭合区域如图8，能够对所围区域内进行无农药杀虫，以及对区域内的鸟兽进行监测。

本发明的积极效果是：

提供了一种能够实现水稻田无人管理的可靠的新型标准化农田预制钢畦埂，该钢畦埂上可以架设用于田间管理的机械管理设施，实现埂间的插秧及收割等一系列机械化作业，提高生产效率，同时还可以对田间的水面，水质，以及长势进行动态监测，智能识别虫害的发生，以及虫害的三维坐标，实现了无人管理以及无农药杀虫的目的。钢制畦埂能够彻底隔断水流，防止串畦跑水，增产增效，对破损实现时时监测，而且钢畦埂无需填土除草维护，节省人力。结构简单，增产增效，安全省力，易于大规模地推广和使用。

钢结构畦埂将代替土埂，大大节省土的用量；钢畦埂内置储水带，可进行输水灌溉，并且可以将多余水分通过事先布设管路进行回收；抗水流强度相比土埂大大提高；两侧用以隔断水流，防止串畦跑水；挡水及标准化管理；当钢畦埂落成后，便比土埂更节省人工。

附图说明

图1：显示了模块电路图；

图2：显示了电路图；

图3：显示了程序图；

图4：显示了红外线测距仿真图

图5：显示了超声波测距仿真图

图6：显示了通用节示意图

图 7：转角节示意图

图8：安装完成后作业示意图

图9：作业原理图

图6中的标记表示：1侧板、2连接板、3顶板、4橡胶储水袋、5侧板预留安装孔、6可更换弹簧卡扣、7内置PVC管

图7中：8水泵、9超声波红外线采集系统、10录像采集系统。

图8中：若干通用节11，与4个转角节12相连，形成一个直角区域，为正常作业的田畦埂。

实施方式

以下结合附图及实例对本专利作进一步的说明。

实施例

参照图1和图2图3图5图6，一种新型智能标准化农田预制钢畦埂，所述钢畦埂采用水泵，对水体温度的感应采用DS18B20热电感应芯片，通过水体PH值以及水体的氮磷钾含量进行信息采集，通过51单片机设定阈值，当PH值超过阈值时单片机向中心控制系统传输抄表数据，进行控制。同时也能够通过水面高度控制阈值来对水面高度进行监督，当水面高度超过阈值时则开启水泵将垡内水分注入到橡胶储水袋4中。反之则从橡胶储水袋4中抽取水分。

实施例

参照图4可实现通过红外线进行测距，参照图5可实现超声波测距。

实施例

参照图6为标准段预制钢畦埂，包括两个侧板1和顶板3，顶板3和侧板1焊接，两侧板1和顶板3围成的槽腔为钢板一次压制成型；所述侧板1两端分别设置为侧板预留安装孔5和可更换弹簧卡扣6实现连接；其高度为50cm，宽度为40cm。

实施例

参照图7转角钢畦埂，其主要的作用是将常规钢畦埂与转角钢畦埂相连实现90度转弯，通过4个转角钢畦埂与若干常规钢畦埂连接成为矩形整体，同时也通过预留的水泵8组件超声波及红外线测距9和录像采集系统10实现对大田长势的动态监测，对害虫以及长势和水体的PH值以及氮磷钾含量进行监测。结合龄期对长势进行判定，同时可以通过长势实现产量预测，为收获提供参考数据。

作为整个水稻种植机械化作业的基础平台，可增加钢畦埂的高度、宽度及强度，提高承载能力，基础为钢板。将水稻的整个种植过程进行机械化作业，即以钢畦埂为机械系统的安装平台，将耙田系统、灌溉系统、插秧系统，补苗系统、再实现水稻种植的整体机械化，提高水稻的生产效率，增产增效的同时，还能够实现对于大田农田的虫害监测，实现无农药除虫，以及长势产量动态监测，实现智能化管理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同变化与修饰，都应视为本发明方案的技术范畴，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种新型智能标准化农田预制钢畦埂，其特征在于：

所述钢畦埂包括两个侧板（1）和顶板（3），顶板（3）和侧板（1）采用一次性弯折成型，其高度为50cm，宽度为40cm，长度为40cm；两侧板（1）焊接在钢制底板（2）上，在围成的槽腔内放置橡胶储水袋（4），橡胶储水袋与水泵控制系统（8）相连，通用节与转角节接触采用预留安装孔（5）和可拆卸更换弹簧卡扣（6）相连接，转角节为高度50cm，宽度为40cm长度两侧各40cm，转角节上面布设图像采集系统（10）、超声波红外线采集系统（9）和水泵控制系统（8），畦埂内置PVC管（7）为导线提供安装路径，所述侧板（1）左端具有两个侧板预留安装孔（5），右端为可拆卸更换弹簧卡扣（6），在作业时，通用节（11）与转角节（12）通过可拆卸更换弹簧卡扣（6）与预留安装孔（5）相连接形成整体，在转角处与转角节组成钢畦埂整体；PVC管（7）内部布置通电导线，采用直流12V电源对导线通电，当出现破损时，精准找到破坏位置进行维修，超声波红外线采集系统（9），对畦埂内的鸟兽以及昆虫采用红外线结合超声波的形式确定精准动态的三维坐标，图像采集系统（10），通过图像识别技术，对畦埂内作物进行冠层拍照，通过不同龄期的冠层情况对作物长势进行预测，同时也能够通过对作物拍照利用图像识别出虫害，并且结合红外线及超声测距，准确定位虫害的三维坐标，并将其采用wifi传输给中心控制系统，中心控制系统将命令传输给无人机，采用超声波杀虫的方式，实现无农药杀虫，水泵控制系统（8），能够通过对畦埂内水体的温度，PH值，以及水位进行动态监测，中心控制系统根据设定阈值进行判定，当超过阈值时，通过水泵的启停，实现对水面的动态调整，当畦埂内水体温度过低时，开启辅助加热功能，防止冻害对产量的影响，同时根据水体的PH值以及氮磷钾含量的监测来实现肥料施用的动态调整。