CN116698468B - 播种施肥质量检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业智能装备技术领域，提供一种播种施肥质量检测装置及检测方法，用于搭载在施肥播种机组上，包括位于机架与第一连接架铰接处的施肥开沟器姿态传感器、位于机架与第二连接架铰接处的机架姿态传感器、位于机架与第三连接架铰接处的播种单体角度传感器、肥料流量传感器、种子传感器、卫星天线以及处理器，处理器根据施肥开沟器姿态传感器、机架姿态传感器和播种单体角度传感器采集的角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度，并结合卫星天线采集的施肥播种机组的作业速度和位置、种子传感器采集的种子下落时间和肥料流量传感器采集的肥料下落时间生成种子与肥料的相对位置信息，从而精准检测施肥质量和播种质量。

Description

播种施肥质量检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及农业智能装备技术领域，尤其涉及一种播种施肥质量检测装置及检测方法。

背景技术

玉米是我国的主要粮食作物之一，玉米播种施肥又是玉米生产的重要环节，提高播种质量和施用合理肥料是苗齐苗壮的重要保障。由于玉米株距大，玉米播种时的肥料条施方式会把肥料施在两株玉米之间的空白地，造成了肥料的浪费，肥料利用率低。因此，以降低农业生产成本，提高农作物产量，保证农产品质量，减少环境污染为目的的玉米对靶穴施肥技术应运而生。

玉米对靶穴施肥技术虽然好，可精准施肥的质量不容易检测，如果施肥量或者施肥位置不到位，会直接影响玉米的产量。现有玉米施肥质量的检测还是依靠人工采样用尺子测量，主要依靠人工挖掘出播施在土壤中的种肥再进行测量，但由于玉米种肥深埋在地下，需要在不能破坏种肥位置的情况下把覆盖在种肥上面的土壤清理掉，这种方式进行大面积采样测量比较困难。为了便于检测，相关技术中还采用种肥地表面撒施采样的测试方式，但这样的检测数据不能反应真实播种施肥质量，也没办法检测种肥播施深度。

因此，有必要提供一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种播种施肥质量检测装置及检测方法，用以解决现有播种施肥装置无法精准检测施肥质量和播种质量的问题。

本发明提供一种播种施肥质量检测装置，用于搭载在施肥播种机组上，所述施肥播种机组包括机架、支撑地轮、施肥机构和播种机构，所述施肥机构包括施肥开沟器和导肥管，所述施肥开沟器通过第一连接架铰接在所述机架的中部，所述支撑地轮通过第二连接架铰接在所述机架的尾部，所述播种机构包括播种开沟器和导种管，所述播种开沟器通过第三连接架铰接在所述机架的尾部；

所述播种施肥质量检测装置包括卫星天线、监控终端、施肥开沟器姿态传感器、肥料流量传感器、机架姿态传感器、种子传感器以及播种单体角度传感器，其中，所述卫星天线、所述施肥开沟器姿态传感器、所述肥料流量传感器、所述机架姿态传感器、所述种子传感器以及所述播种单体角度传感器均与所述监控终端电性连接；

所述施肥开沟器姿态传感器设置在所述机架与所述第一连接架的铰接处，用于采集所述机架与所述第一连接架之间的第一角度信息；

所述肥料流量传感器设置于所述导肥管的底部，用于实时采集所述施肥机构的施肥量和肥料下落时间；

所述种子传感器设置于所述导种管的底部，用于实时采集所述播种机构的漏种信息和种子下落时间；

所述机架姿态传感器设置在所述机架与所述第二连接架的铰接处，用于采集所述机架与所述第二连接架之间的第二角度信息；

所述播种单体角度传感器设置在所述机架与所述第三连接架的铰接处，用于采集所述机架与所述第三连接架之间的第三角度信息；

所述卫星天线用于测量所述施肥播种机组的实时作业速度和位置；

所述监控终端包括处理器，所述处理器被配置为：根据所述第一角度信息、所述第二角度信息、所述第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度，根据所述卫星天线的安装位置在施肥播种机组行进方向上相对种肥开沟播施点的相对距离和种肥下落时间获得种肥播施位置，并根据所述种肥播施位置、所述种肥下落时间、所述作业速度以及所述种肥播施深度生成种子与肥料在行进方向上的第一相对位置信息和垂直于地面方向的第二相对位置信息。

本发明还提供一种播种施肥质量检测方法，使用如上所述的播种施肥质量检测装置，检测方法包括以下步骤：

播种施肥作业时，所述施肥开沟器姿态传感器实时采集所述机架与所述第一连接架之间的第一角度信息，所述机架姿态传感器实时采集所述机架与所述第二连接架之间的第二角度信息，所述播种单体角度传感器实时采集所述机架与所述第三连接架之间的第三角度信息，并且所述施肥开沟器姿态传感器、所述机架姿态传感器、所述播种单体角度传感器分别将所述第一角度信息、所述第二角度信息以及所述第三角度信息反馈至所述处理器；

所述处理器根据所述第一角度信息、所述第二角度信息、所述第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度；

所述肥料流量传感器实时采集所述施肥机构的施肥量和肥料下落时间，并将所述施肥量和所述肥料下落时间反馈至所述处理器；

所述种子传感器实时采集所述播种机构的漏种信息和种子下落时间，并将所述漏种信息和所述种子下落时间反馈至所述处理器；

所述卫星天线实时测量所述施肥播种机组的实时作业速度和位置，并将所述作业速度和位置反馈至所述处理器；

所述处理器根据所述卫星天线的安装位置在施肥播种机组行进方向上相对种肥开沟播施点的相对距离和种肥下落时间获得种肥播施位置，并根据所述种肥播施位置、所述种肥下落时间、所述作业速度以及所述种肥播施深度生成种子与肥料在行进方向上的第一相对位置信息和垂直于地面方向的第二相对位置信息。

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明的播种施肥质量检测装置及检测方法，通过在机架与第一连接架的铰接处设置施肥开沟器姿态传感器，以采集机架与第一连接架之间的第一角度信息；在机架与第二连接架的铰接处设置机架姿态传感器，以采集机架与第二连接架之间的第二角度信息；在机架与第三连接架的铰接处设置播种单体角度传感器，以采集机架与第三连接架之间的第三角度信息；在导肥管的底部设置肥料流量传感器，以采集施肥机构的施肥量和肥料下落时间；以及在导种管的底部设置种子传感器，以检测漏种信息和采集种子下落时间；同时还利用卫星天线实时测量施肥播种机组的实时作业速度和位置；处理器根据接收到的第一角度信息、第二角度信息、第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度，根据卫星天线的安装位置在施肥播种机组行进方向上相对种肥开沟播施点的相对距离和种肥下落时间获得种肥播施位置，并根据种肥播施位置、种肥下落时间、作业速度、种肥播施深度生成种子与肥料在行进方向（x轴）上的第一相对位置信息和垂直于地面方向（z轴）的第二相对位置信息。又由于种子与肥料在垂直于行进方向且平行于地面的方向（y轴）上的第三相对位置信息是由导种管出口和导肥管出口之间的间距决定的，通常为机组安装时提前设定的定值，因此，本发明可以在播种施肥作业过程中实时监测种子与肥料的水平间距（x轴、y轴方向间距）、种子与肥料的相对深度（z轴方向间距）、播种深度、施肥深度、种子漏种信息以及施肥量等质量数据，从而实现对施肥质量和播种质量的精准检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的播种施肥质量检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的播种施肥质量检测装置的结构简化图；

图3为本发明实施例提供的计算播种施肥质量检测装置中的机架与地面之间的第四角度的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的计算播种深度和施肥深度的原理示意图。

附图标记：

1、监控终端；2、机架；3、GPRS天线；4、卫星天线；5、肥箱；6、单体角度传感器；7、第三连接架；8、种箱；9、播种限深轮；10、种子传感器；11、导种管；12、播种开沟器；13、支撑地轮；14、机架姿态传感器；15、施肥开沟器；16、导肥管；17、肥料流量传感器；18、施肥限深轮；19、施肥开沟器姿态传感器；20、第一连接架；21、第二连接架；22、固定架；71、第一摇臂；72、第二摇臂；100、地面；200、种子；300、肥料；A、机架的牵引点；B、第一连接架与机架的铰接点；C、第二连接架与机架的铰接点；D、机架与第三连接架的铰接点；E、第一摇臂与播种机构的铰接点；F、播种开沟器的转轴；G、支撑地轮的转轴；J、施肥开沟器的转轴；H、机架的牵引点到地面之间的距离；H1、机架与第一连接架的铰接点距离地面的第一高度；H2、机架与第三连接架的铰接点距离地面的第二高度；h1、施肥深度；h2、播种深度；h3、施肥开沟器的转轴距地面的高度；h4、播种开沟器的转轴距地面的高度；R1、施肥开沟器的半径；R2、支撑地轮的半径；R3、播种开沟器的半径；a1、第一角度；a2、第二角度；a3、第三角度；a、第四角度。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种播种施肥质量检测装置及其检测方法，用于在种子播种施肥的过程中在线快速检测播种质量和施肥质量。本发明实施例以玉米种子播种施肥为例进行说明。

请参阅图1，本发明提供一种播种施肥质量检测装置，应用于施肥播种机组上，施肥播种机组包括机架2、支撑地轮13、施肥机构和播种机构，播种施肥质量检测装置包括监控终端1、GPRS（General Packet Radio Services,通用分组无线业务）天线3、卫星天线4、施肥开沟器姿态传感器19、肥料流量传感器17、机架姿态传感器14、种子传感器10以及播种单体角度传感器6。

其中，GPRS天线3、卫星天线4、支撑地轮13、施肥机构和播种机构均安装在机架2上，卫星天线4、施肥开沟器姿态传感器19、肥料流量传感器17、机架姿态传感器14、种子传感器10以及播种单体角度传感器6均与监控终端1电性连接。

其中，施肥机构包括肥箱5、施肥开沟器15、导肥管16、施肥限深轮18以及第一连接架20。施肥机构安装在机架2的中部，其中，肥箱5位于机架2的上方，施肥开沟器15通过第一连接架20铰接在机架2的下方，并且施肥开沟器15和施肥限深轮18相对设置，导肥管16靠近施肥开沟器15设置并与肥箱5连通。其中，施肥开沟器姿态传感器19设置在机架2与第一连接架20的铰接处，用于采集机架2与第一连接架20之间的第一角度信息。所述肥料流量传感器17设置于导肥管16的底部，用于采集施肥机构的施肥量和肥料下落时间。

支撑地轮13通过第二连接架21铰接在机架2的尾部，机架姿态传感器14设置在机架2与第二连接架21的铰接处，用于采集机架2与第二连接架21之间的第二角度信息。

播种机构包括种箱8、播种限深轮9、播种开沟器12、导种管11、第三连接架7和固定架22。其中，种箱8、播种限深轮9、播种开沟器12均安装在固定架22上，固定架22通过第三连接架7铰接在机架2的尾部，播种限深轮9与播种开沟器12相对设置，导种管11靠近播种开沟器12设置并与种箱8连通。其中，播种单体角度传感器6设置在机架2与第三连接架7的铰接处，用于采集机架2与第三连接架7之间的第三角度信息。种子传感器10设置于导种管11的底部，用于采集播种机构的漏种信息和种子下落时间。

GPRS天线3主要通过无线网络进行远程数据传输，使得该播种施肥质量检测装置可以进行远程监管。当然，如果无需远程监管的话，播种施肥质量检测装置也可以不设置GPRS天线3。

卫星天线4主要是测量施肥播种机组的实时作业速度和位置。

其中，监控终端1包括处理器，处理器被配置为：根据第一角度信息、第二角度信息、第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度，根据卫星天线的安装位置在施肥播种机组行进方向上相对种肥开沟播施点的相对距离和种肥下落时间获得种肥播施位置，并根据种肥播施位置、种肥下落时间、施肥播种机组的作业速度和种肥播施深度生成种子与肥料在施肥播种机组行进方向上的第一相对位置信息（即x轴的相对位置信息）和垂直于地面方向的第二相对位置信息（即z轴的相对位置信息）。

可以理解的是，种肥播施深度指的是播种深度和施肥深度，种肥开沟播施点指的是施肥播种机组上的种子开沟播种点位和肥料开沟施肥点位，种肥播施位置指的是播种位置和施肥位置，种肥下落时间指的是种子传感器检测到的种子下落时间和肥料流量传感器检测到的肥料下落时间，种子的播种速度和肥料的施肥速度与施肥播种机组的作业速度同步。其中，卫星天线4可测得其自身安装位置，综合卫星天线4的安装位置和导肥管16出口（即肥料开沟施肥点位）在行进方向上的相对距离和肥料下落时间即可得到田间的施肥位置，以及综合卫星天线4的安装位置和导种管11出口（即种子开沟播种点位）在行进方向上的相对距离和种子下落时间即可得到田间的播种位置。

本实施例通过在播种施肥质量检测装置上设置卫星天线4、施肥开沟器姿态传感器19、机架姿态传感器14、播种单体角度传感器6、肥料流量传感器17和种子传感器10，并结合预设算法可以在播种施肥作业过程中实时监测种子200与肥料300的水平间距、种子200与肥料300的相对深度、播种深度、施肥深度、种子漏种信息以及施肥量等质量数据，从而实现对施肥质量和播种质量的精准检测。

进一步的，监控终端1还包括存储器，存储器与处理器偶接，存储器上存储有导种管出口和导肥管出口在垂直于施肥播种机组行进方向上的第三相对位置信息，即导种管出口和导肥管出口在垂直于施肥播种机组行进方向上的间距信息（也即种子与肥料在y轴的相对位置信息）。由于种子和肥料在垂直于施肥播种机组行进方向上的间距取决于施肥播种机组上的导种管出口和导肥管出口的间距，该间距可在机器本身调整好后通过测量可得，因此第三相对位置信息同时也表示种子和肥料在垂直于行进方向上的位置信息，第三相对位置信息可在玉米施肥播种前进行提前设定。

其中，处理器还被配置为：根据种肥播施位置、种肥下落时间、施肥播种机组的作业速度、种肥播施深度、漏种信息、施肥量以及第三相对位置信息绘制种子与肥料相对于地面的三维质量数据分布图，并显示在监控终端上。

如此，便可在智能监控终端或者远程电脑上呈现区域内种子、肥料相对于地面的三维分布位置，也可查看或导出种肥播施质量数据，如种子深度、肥料深度、漏种信息、施肥量、种子和肥料的相对位置信息（水平距离、相对深度）等。

具体地，第三连接架7为平行四连杆机构，平行四连杆机构包括平行设置的第一摇臂71和第二摇臂72，第一摇臂71和第二摇臂72的首端均与机架2的尾端连接，第一摇臂71和第二摇臂72的尾端均与固定架22连接。其中，机架2的尾端、第一摇臂71、第二摇臂72以及固定架22构成平行四连杆机构。

其中，处理器还被配置为根据机架与地面之间的第四角度信息、机架与第一连接架的铰接点距离地面的第一高度信息、第一距离信息、施肥开沟器的半径信息、第一角度信息以及第一预设算法计算施肥深度。

具体地，处理器还被配置为：根据第二角度信息、第二距离信息、第三距离信息、支撑地轮的半径信息、第四距离信息以及第二预设算法计算第四角度信息，以及根据第四角度信息和第三预设算法计算第一高度信息。

处理器还被配置为：根据第四角度信息以及第四预设算法计算机架与第三连接架的铰接点距离地面的第二高度信息，并且根据第四角度信息、第二高度信息、第一摇臂的长度信息、第五距离信息、第五角度信息、播种开沟器的半径信息、第三角度信息以及第五预设算法计算播种深度。

请参阅图2、图3和图4，以下对处理器根据第一角度信息、第二角度信息、第三角度信息以及预设算法计算出播种深度和施肥深度的原理进行阐述。

在播种施肥前，根据播种施肥质量检测装置的机身尺寸以及农艺要求，在存储器上存储以下参数信息：导肥管出口和导种管出口在垂直于施肥播种机组行进方向上的第三相对位置信息、第一连接架20与机架2的铰接点B到施肥开沟器15的转轴J之间的第一距离信息、机架的牵引点A到地面100之间的第二距离信息、机架的牵引点A到第二连接架21与机架2的铰接点C之间的第三距离信息、支撑地轮13的半径信息、第二连接架21与机架2的铰接点C到支撑地轮13的转轴G之间的第四距离信息、施肥开沟器15的半径信息、第一摇臂71的长度信息、第一摇臂71与播种机构的铰接点E到播种开沟器12的转轴F之间的第五距离信息、机架2与第一连线所在方向之间的第五角度信息以及播种开沟器12的半径信息。

其中，第一连线为第一摇臂71和第二摇臂72分别与机架2的铰接点之间的连线。

在播种施肥作业时，通过机架姿态传感器14采集机架2与第二连接架21之间的第二角度信息，以及结合第一预设算法、第二预设算法和第三预设算法就可推算出机架2与地面100之间的第四角度信息以及机架2与第一连接架20的铰接点B距离地面100的第一高度信息。

具体地，如图3所示，H表示机架的牵引点A 到地面100之间的距离，A1表示AC延长线与地面100的交点，G1表示CG延长线与地面100的交点，b表示CG与地面100之间的角度，R2表示支撑地轮的半径，则处理器可利用第二预设算法计算出机架2与地面100之间的第四角度a，第二预设算法如下：

AA1=H/sina，GG1=R2/sinb；

由三角形正弦定理可得：A1C/sinb=CG1/sina；

（AA1+AC）/sinb=(GG1+CG)/sina；

（H/sina +AC）/sinb=( R2/sinb +CG)/sina； （1）

由三角形的外角等于与它不相邻的两个内角的可得：

a2=a+b； （2）

处理器计算由公式（1）和（2）组成的方程组，即可计算出第四角度a。

继而，处理器可利用第四角度a和第三预设算法求出机架2与第一连接架20的铰接点B距离地面100的第一高度H1，第三预设算法如下：

H1=A1B·sina=（AA1+AB）·sina=（H/sina +AB）·sina；

由此，处理器可计算出第一高度H1。

如图4所示，处理器可根据第四角度a、第一高度H1、第一连接架20与机架2的铰接点B到施肥开沟器15的转轴J之间的第一距离、施肥开沟器的半径R1、机架2与第一连接架20之间的第一角度a1以及第一预设算法计算施肥深度h1，第一预设算法如下：

c=π/2-a；h3= H1-BJ1；

d=π-a1-c=π-a1-（π/2-a）=π/2+a-a1；

BJ1=BJ·cosd= BJcos（π/2+a-a1）；

h1=R1-h3= R1-（H1-BJ1）= R1-（H1- BJ·cos（π/2+a-a1））；

其中，c表示机架2与垂直于地面所在方向的平面之间的角度，h3表示转轴J距地面100的高度，J1表示过转轴J且平行于地面100的直线与过铰接点B且垂直于地面100的直线之间的交点，d表示BJ与BJ1之间的角度。

处理器可根据第四角度a和第四预设算法计算出机架2与第三连接架7的铰接点D距离地面100的第二高度H2，第三预设算法如下：

H2=A1D·sina=（AA1+AD）·sina=（H/sina +AD）·sina；

之后，处理器可根据第四角度a、第二高度H2、第一摇臂71的长度、第一摇臂71与播种机构的铰接点E到播种开沟器12的转轴F之间的第五距离、机架2与第一连线所在方向之间的第五角度e、播种开沟器的半径R3、机架2与第三连接架7之间的第三角度a3以及第五预设算法计算播种深度h2，第五预设算法如下：

c=π/2-a；h4= H2-DF1；∠DEF=π-a3；

△DEF可用余玄定理推算出DF；

DF²=DE²+EF²-2DE·EF·COS∠DEF；

DF²=DE²+EF²-2DE·EF·COS（π-a3）； （3）

由三角形正弦定理可得：

EF/sinf=DF/sin（π-a3）；

可求得角度f= arsin（EF·sin（π-a3）/DF）； （4）

g=（e-c）+（a3-f）=（e-（π/2-a））+（a3-f）=a+e+a3-f-π/2 （5）

因此可得：

h2=R3-h4= R3-（H2-DF1）= R3 -H2+DF1= R3 -H2+DF·cosg

把公式（3）、（4）、（5）已推算出的DF、g代入上式就可求解h2。

其中，F1表示过转轴F且平行于地面100的直线与过铰接点D且垂直于地面100的直线之间的交点，h4表示转轴F距地面100的高度，f表示铰接点D与转轴F之间的连线与第一摇臂71之间的角度，g表示DF1与DF之间的角度。

由于种子传感器10可以实时监测漏种信息并且记录单粒种子200下落的时间（即播种时间），肥料流量传感器17可以实时监测单穴施肥量并且记录单穴肥料300下落的时间（即施肥时间），高精度卫星天线4可以实时获取施肥播种机组的作业速度和位置，处理器根据卫星天线4的安装位置在行进方向上相对种肥开沟播施点的相对距离和种肥下落时间即可得到种肥播施位置，处理器通过获取漏种信息、种肥下落时间、施肥量、种肥播施位置和施肥播种机组的作业速度，即可生成水平面（即地面所在平面）内种子与肥料在施肥播种机组行进方向上的相对位置的分布图。

进一步的，处理器根据种子与肥料在施肥播种机组行进方向上的相对位置的分布数据、播种深度、施肥深度、种子与肥料在施肥播种机组行进方向上的第三相对位置信息生成相应区域内种子和肥料相对于地面的三维质量数据分布图，并在监控终端或者远程电脑上呈现出种子和肥料的三维分布位置信息。以此实现对播种质量和施肥质量的全方位的精准检测。

在本发明的一种实施例中，存储器上还存储有目标施肥量、目标播种深度、目标施肥深度以及种子与肥料之间的目标相对位置信息。

其中，处理器还被配置为：当种子传感器检测到漏种时，控制监控终端进行报警。

处理器还被配置为：计算实际施肥量与目标施肥量的偏差，当实际施肥量与目标施肥量的偏差大于施肥量偏差阈值时，控制监控终端进行报警。

处理器还被配置为：计算实际播种深度与目标播种深度的偏差，当实际播种深度与目标播种深度的偏差大于播种深度偏差阈值时，控制监控终端进行报警。

处理器还被配置为：计算实际施肥深度与目标施肥深度的偏差，当实际施肥深度与目标施肥深度的偏差大于施肥深度偏差阈值时，控制监控终端进行报警。

处理器还被配置为：计算种子与肥料之间的相对位置信息与目标相对位置信息之间的偏差，当种子与肥料之间的相对位置信息与目标相对位置信息之间的偏差大于位置偏差阈值时，控制监控终端进行报警。

因此，本实施例的播种施肥质量检测装置可实时在线检测玉米播种和施肥的质量，同时还可以根据目标施肥量、目标播种深度、目标施肥深度以及种子与肥料之间的目标相对位置信息对播种施肥作业进行实时预警，避免产生较大误差。

本发明实施例还提供一种播种施肥质量检测方法，该方法使用如上所述的播种施肥质量检测装置进行，其中，检测方法包括以下步骤：

（1）在播种施肥作业之前，将导种管出口和导肥管出口在施肥播种机组行进方向上的第三相对位置信息、第一连接架与机架的铰接点到施肥开沟器的转轴之间的第一距离信息、施肥开沟器的半径信息、机架的牵引点到地面之间的第二距离信息、机架的牵引点到第二连接架与机架的铰接点之间的第三距离信息、支撑地轮的半径信息、第二连接架与机架的铰接点到支撑地轮的转轴之间的第四距离信息、第一摇臂的长度信息、第一摇臂与播种机构的铰接点到播种开沟器的转轴之间的第五距离信息、机架与第一连线所在方向之间的第五角度信息、播种开沟器的半径信息、目标施肥量、目标播种深度、目标施肥深度以及种子与肥料之间的目标相对位置信息存储至存储器中；

（2）播种施肥作业时，施肥开沟器姿态传感器实时采集机架与第一连接架之间的第一角度信息，机架姿态传感器实时采集机架与第二连接架之间的第二角度信息，播种单体角度传感器实时采集机架与第三连接架之间的第三角度信息，并且施肥开沟器姿态传感器、机架姿态传感器、播种单体角度传感器分别将第一角度信息、第二角度信息以及第三角度信息反馈至处理器；

处理器根据第一角度信息、第二角度信息、第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度；

肥料流量传感器实时采集施肥机构的施肥量和肥料下落时间，并将施肥量和肥料下落时间反馈至处理器；

种子传感器实时采集播种机构的漏种信息和种子下落时间，并将漏种信息和种子下落时间反馈至处理器；

卫星天线实时测量施肥播种机组的实时作业速度和位置，并将作业速度和位置反馈至处理器；

处理器根据卫星天线的安装位置在施肥播种机组行进方向上相对种肥开沟播施点的相对距离和种肥下落时间获得种肥播施位置，并根据种肥播施位置、种肥下落时间、作业速度以及种肥播施深度生成种子与肥料在行进方向上的第一相对位置信息和垂直于地面方向的第二相对位置信息。

在本实施例中，播种施肥质量检测装置可以在播种施肥作业过程中实时监测种子与肥料的水平间距、种子与肥料的相对深度、播种深度、施肥深度、种子漏种信息以及施肥量等质量数据，从而实现对施肥质量和播种质量的精准检测。

其中，本实施例不对上述各传感器采集信息的先后顺序以及反馈信息的先后顺序进行限定，在上述步骤（2）中，开始播种施肥作业时各传感器均可实时采集相应的信息并实时反馈至处理器，处理器接收到各传感器采集的信息后，进行相应的数据处理。

其中，处理器根据第一角度信息、第二角度信息、第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度的步骤包括：

处理器根据第二角度信息、第二距离信息、第三距离信息、支撑地轮的半径信息、第四距离信息以及第二预设算法计算机架与地面之间的第四角度信息，并根据第四角度信息和第三预设算法计算机架与第一连接架的铰接点距离地面的第一高度信息，以及根据第四角度信息和第四预设算法计算机架与第三连接架的铰接点距离地面的第二高度信息；

处理器根据第四角度信息、第一高度信息、第一距离信息、施肥开沟器的半径信息、第一角度信息以及第一预设算法计算施肥深度；

处理器根据第四角度信息、第二高度信息、第一摇臂的长度信息、第五距离信息、第五角度信息、播种开沟器的半径信息、第三角度信息以及第五预设算法计算播种深度。

其中，计算施肥深度、播种深度的原理以及第一预设算法至第五预设算法的公式具体请参照上述实施例中的描述，此处不再赘述。

进一步的，在处理器生成种子与肥料在行进方向上的第一相对位置信息和垂直于地面方向的第二相对位置信息之后，检测方法还包括以下步骤：

（3）处理器根据种肥播施位置、种肥下落时间、作业速度、种肥播施深度、漏种信息、施肥量、以及第三相对位置信息绘制种子与肥料相对于地面的三维质量数据分布图；

（4）监控终端显示三维质量数据分布图。

另外，当监控终端检测到出现下列情况中的至少一种情况时，监控终端会通过声音或影像的方式进行报警，具体情况如下：

种子传感器检测到漏种、实际施肥量与目标施肥量的偏差大于施肥量偏差阈值、实际播种深度与目标播种深度的偏差大于播种深度偏差阈值、实际施肥深度与目标施肥深度的偏差大于施肥深度偏差阈值、以及种子与肥料之间的相对位置信息与目标相对位置信息之间的偏差大于位置偏差阈值等情况。

本发明的播种施肥质量检测装置及其检测方法，通过施肥开沟器姿态传感器、机架姿态传感器以及播种单体角度传感器来实时获取施肥播种机各部件的工作状态，推算各部件之间的相对位置关系；综合施肥播种机自身机械尺寸、安装尺寸、实时采集的各工作部件工作状态参数，通过建立施肥播种机种肥深度数学模型，推导出每个点的播种施肥深度，通过高精度卫星天线实时定位每一粒种子和每一堆肥量的落地位置和时间，绘制区域内已播的种肥位置分布图。从而实时在线检测玉米播种施肥质量，避免了种肥多施漏施以及播深和对靶施肥误差较大的问题，还可解决因机械故障或其他原因造成种肥相对位置不精准而产生玉米减产的问题。

本发明的播种施肥质量检测装置可用于玉米播种施肥质量的在线实时监测和预警，也可集成用于玉米精准播种施肥控制系统作业质量的信息反馈，形成作业闭环控制系统，进一步提高玉米播种施肥质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种播种施肥质量检测装置，用于搭载在施肥播种机组上，其特征在于，所述施肥播种机组包括机架、支撑地轮、施肥机构和播种机构，所述施肥机构包括施肥开沟器和导肥管，所述施肥开沟器通过第一连接架铰接在所述机架的中部，所述支撑地轮通过第二连接架铰接在所述机架的尾部，所述播种机构包括播种开沟器和导种管，所述播种开沟器通过第三连接架铰接在所述机架的尾部；

所述播种施肥质量检测装置包括卫星天线、监控终端、施肥开沟器姿态传感器、肥料流量传感器、机架姿态传感器、种子传感器以及播种单体角度传感器，其中，所述卫星天线、所述施肥开沟器姿态传感器、所述肥料流量传感器、所述机架姿态传感器、所述种子传感器以及所述播种单体角度传感器均与所述监控终端电性连接；

所述施肥开沟器姿态传感器设置在所述机架与所述第一连接架的铰接处，用于采集所述机架与所述第一连接架之间的第一角度信息；

所述肥料流量传感器设置于所述导肥管的底部，用于实时采集所述施肥机构的施肥量和肥料下落时间；

所述种子传感器设置于所述导种管的底部，用于实时采集所述播种机构的漏种信息和种子下落时间；

所述机架姿态传感器设置在所述机架与所述第二连接架的铰接处，用于采集所述机架与所述第二连接架之间的第二角度信息；

所述播种单体角度传感器设置在所述机架与所述第三连接架的铰接处，用于采集所述机架与所述第三连接架之间的第三角度信息；

所述卫星天线用于测量所述施肥播种机组的实时作业速度和位置；

所述监控终端包括处理器，所述处理器被配置为：根据所述第一角度信息、所述第二角度信息、所述第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度，根据所述卫星天线的安装位置在施肥播种机组行进方向上相对种肥开沟播施点的相对距离和种肥下落时间获得种肥播施位置，并根据所述种肥播施位置、所述种肥下落时间、所述作业速度以及所述种肥播施深度生成种子与肥料在行进方向上的第一相对位置信息和垂直于地面方向的第二相对位置信息；

所述监控终端还包括存储器，所述存储器与所述处理器偶接，所述存储器上存储有所述第一连接架与所述机架的铰接点到所述施肥开沟器的转轴之间的第一距离信息和所述施肥开沟器的半径信息；

所述处理器还被配置为根据所述机架与地面之间的第四角度信息、所述机架与所述第一连接架的铰接点距离地面的第一高度信息、所述第一距离信息、所述施肥开沟器的半径信息、所述第一角度信息以及第一预设算法计算施肥深度；

所述第三连接架为平行四连杆机构，所述平行四连杆机构包括平行设置的第一摇臂和第二摇臂，定义所述第一摇臂和所述第二摇臂分别与所述机架的铰接点之间的连线为第一连线；

所述存储器上还存储有所述第一摇臂的长度信息、所述第一摇臂与所述播种机构的铰接点到所述施肥开沟器的转轴之间的第五距离信息、所述机架与所述第一连线所在方向之间的第五角度信息以及所述播种开沟器的半径信息；

所述处理器还被配置为：根据所述第四角度信息以及第四预设算法计算所述机架与所述第三连接架的铰接点距离地面的第二高度信息，并且根据所述第四角度信息、所述第二高度信息、所述第一摇臂的长度信息、所述第五距离信息、所述第五角度信息、所述播种开沟器的半径信息、所述第三角度信息以及第五预设算法计算播种深度。

2.根据权利要求1所述的播种施肥质量检测装置，其特征在于，所述存储器上存储有导种管出口和导肥管出口在垂直于所述施肥播种机组行进方向上的第三相对位置信息；

所述处理器还被配置为：根据所述种肥播施位置、所述种肥下落时间、所述作业速度、所述种肥播施深度、所述漏种信息、所述施肥量以及所述第三相对位置信息绘制种子与肥料相对于地面的三维质量数据分布图，并显示在所述监控终端上。

3.根据权利要求2所述的播种施肥质量检测装置，其特征在于，所述存储器上还存储有所述机架的牵引点到地面之间的第二距离信息、所述机架的牵引点到所述第二连接架与所述机架的铰接点之间的第三距离信息、所述支撑地轮的半径信息、所述第二连接架与所述机架的铰接点到所述支撑地轮的转轴之间的第四距离信息；

所述处理器还被配置为：根据所述第二角度信息、所述第二距离信息、所述第三距离信息、所述支撑地轮的半径信息、所述第四距离信息以及第二预设算法计算所述第四角度信息，以及根据所述第四角度信息和第三预设算法计算所述第一高度信息。

4.根据权利要求3所述的播种施肥质量检测装置，其特征在于，所述第一摇臂和所述第二摇臂的首端均与所述机架的尾端连接，所述播种机构还包括固定架，所述第一摇臂和所述第二摇臂的尾端均与所述固定架连接，所述机架的尾端、所述第一摇臂、所述第二摇臂以及所述固定架构成所述平行四连杆机构。

5.根据权利要求4所述的播种施肥质量检测装置，其特征在于，所述存储器上还存储有目标施肥量、目标播种深度、目标施肥深度以及种子与肥料之间的目标相对位置信息；

所述处理器还被配置为：当所述种子传感器检测到漏种时，控制所述监控终端进行报警；

所述处理器还被配置为：计算所述施肥量与所述目标施肥量的偏差，当所述施肥量与所述目标施肥量的偏差大于施肥量偏差阈值时，控制所述监控终端进行报警；

所述处理器还被配置为：计算所述播种深度与所述目标播种深度的偏差，当所述播种深度与所述目标播种深度的偏差大于播种深度偏差阈值时，控制所述监控终端进行报警；

所述处理器还被配置为：计算所述施肥深度与所述目标施肥深度的偏差，当所述施肥深度与所述目标施肥深度的偏差大于施肥深度偏差阈值时，控制所述监控终端进行报警；

所述处理器还被配置为：计算种子与肥料之间的相对位置信息与所述目标相对位置信息之间的偏差，当种子与肥料之间的相对位置信息与所述目标相对位置信息之间的偏差大于位置偏差阈值时，控制所述监控终端进行报警。

6.一种播种施肥质量检测方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任一项所述的播种施肥质量检测装置，检测方法包括以下步骤：

播种施肥作业时，所述施肥开沟器姿态传感器实时采集所述机架与所述第一连接架之间的第一角度信息，所述机架姿态传感器实时采集所述机架与所述第二连接架之间的第二角度信息，所述播种单体角度传感器实时采集所述机架与所述第三连接架之间的第三角度信息，并且所述施肥开沟器姿态传感器、所述机架姿态传感器、所述播种单体角度传感器分别将所述第一角度信息、所述第二角度信息以及所述第三角度信息反馈至所述处理器；

所述处理器根据所述第一角度信息、所述第二角度信息、所述第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度；

所述肥料流量传感器实时采集所述施肥机构的施肥量和肥料下落时间，并将所述施肥量和所述肥料下落时间反馈至所述处理器；

所述种子传感器实时采集所述播种机构的漏种信息和种子下落时间，并将所述漏种信息和所述种子下落时间反馈至所述处理器；

所述卫星天线实时测量所述施肥播种机组的实时作业速度和位置，并将所述作业速度和位置反馈至所述处理器；

所述处理器根据所述卫星天线的安装位置在施肥播种机组行进方向上相对种肥开沟播施点的相对距离和种肥下落时间获得种肥播施位置，并根据所述种肥播施位置、所述种肥下落时间、所述作业速度以及所述种肥播施深度生成种子与肥料在行进方向上的第一相对位置信息和垂直于地面方向的第二相对位置信息。

7.根据权利要求6所述的播种施肥质量检测方法，其特征在于，生成种子与肥料在行进方向上的第一相对位置信息和垂直于地面方向的第二相对位置信息之后，还包括以下步骤：

所述处理器根据所述种肥播施位置、所述种肥下落时间、所述作业速度、所述种肥播施深度、所述漏种信息、所述施肥量、以及导种管出口和导肥管出口在垂直于行进方向上的第三相对位置信息绘制种子与肥料相对于地面的三维质量数据分布图；

所述监控终端显示所述三维质量数据分布图。

8.根据权利要求7所述的播种施肥质量检测方法，其特征在于，所述第三连接架包括平行设置的第一摇臂和第二摇臂，定义所述第一摇臂和所述第二摇臂分别与所述机架的铰接点之间的连线为第一连线；

其中，在播种施肥作业之前，还包括以下步骤：

将所述第三相对位置信息、所述第一连接架与所述机架的铰接点到所述施肥开沟器的转轴之间的第一距离信息、所述施肥开沟器的半径信息、所述机架的牵引点到地面之间的第二距离信息、所述机架的牵引点到所述第二连接架与所述机架的铰接点之间的第三距离信息、所述支撑地轮的半径信息、所述第二连接架与所述机架的铰接点到所述支撑地轮的转轴之间的第四距离信息、所述第一摇臂的长度信息、所述第一摇臂与所述播种机构的铰接点到所述施肥开沟器的转轴之间的第五距离信息、所述机架与所述第一连线所在方向之间的第五角度信息、所述播种开沟器的半径信息、目标施肥量、目标播种深度、目标施肥深度以及种子与肥料之间的目标相对位置信息存储至所述监控终端的存储器中；

其中，所述处理器根据所述第一角度信息、所述第二角度信息、所述第三角度信息以及预设算法计算出种肥播施深度的步骤包括：

所述处理器根据所述第二角度信息、所述第二距离信息、所述第三距离信息、所述支撑地轮的半径信息、所述第四距离信息以及第二预设算法计算所述机架与地面之间的第四角度信息，并根据所述第四角度信息和第三预设算法计算所述机架与所述第一连接架的铰接点距离地面的第一高度信息，以及根据所述第四角度信息和第四预设算法计算所述机架与所述第三连接架的铰接点距离地面的第二高度信息；

所述处理器根据所述第四角度信息、所述第一高度信息、所述第一距离信息、所述施肥开沟器的半径信息、所述第一角度信息以及第一预设算法计算施肥深度；

所述处理器根据所述第四角度信息、所述第二高度信息、所述第一摇臂的长度信息、所述第五距离信息、所述第五角度信息、所述播种开沟器的半径信息、所述第三角度信息以及第五预设算法计算播种深度。