CN203761825U - 新型轴分段式双调节变量施肥机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型轴分段式双调节变量施肥机，包括肥料箱、左侧挡板、右侧挡板、支撑架、左输入主轴、右输入主轴、排肥漏斗、外槽轮式排肥器、第一直流无刷行星减速电机、第二直流无刷行星减速电机、步进电机、丝杆滑轨、控制箱、测速雷达、霍尔传感器、位移传感器和高光谱传感器；本施肥机械价格低廉、控制单元的稳定性强实时性强。通过高光谱传感器可以及时的准确地获取作物冠层的光谱信息，专家系统根据反馈的光谱信息、机具行进速度、外槽轮排肥器的转速以及外槽轮的开度，实时地调整施肥量，实现精准追肥的目的。

Description

新型轴分段式双调节变量施肥机

技术领域

本实用新型涉及一种新型轴分段式双调节变量施肥机。

背景技术

变量施肥(又称精准施肥)，是以不同空间单元的产量数据与土壤理化性质、病虫草害、气候等信息的多层数据的综合分析为依据，以作物生长模型、作物营养专家系统为支持，以高产、优质、环保为目的的因土、因时、因作物全面平衡施肥的技术。

变量施肥的技术原理来源于精准农业，是精准农业的六大组成部分之一。精准农业是现有农业生产措施与新近发展的高新技术的有机结合，是信息农业的重要组成部分，其核心技术是地理信息系统(GIS)、全球卫星定位系统(GPS)、遥感技术(RS)、农业专家系统和计算机自动控制系统，其特点是应用GIS将已有的土壤和作物信息资料整理分析，作为属性数据，并与矢量化地图数据一起制成具有实效性和可操作性的田间管理信息系统，通过GIS、GPS、RS和自动化控制技术的应用，按照田间每一操作单元上的具体条件，相应调整投入物资的施入量，达到减少浪费、增加收入和保护农业资源和环境质量的目的。

大量试验研究表明，对作物进行合理科学的追肥，特别是氮肥，可以促进作物生长，提高产量。由于不同地区的土壤特性存在很大的空间差异性，传统的定量施肥容易造成肥料浪费和环境污染，变量施肥可以根据实际的土壤特性，施用相应的肥料，在保障作物养分需求的前提下，能提高肥料的利用率，保持土壤养分充足、均衡。

对于颗粒肥料变量的控制，目前主要采用电控、液控、气控、机械无极变速和振动等控制方式。常用的机型主要来自欧美发达国家，这些机构控制难度大，价格高，不适合在国内推广。当前，国内的一些科研单位及高等院校也都对变量施肥机具进行了研究，但都存在一些不足，没有实现产品化推广。因此，很有必要研制一种新型的变量施肥机械，其实价格低廉，操作简单，适合推广。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有变量施肥机械的不足，提供了一种新型轴分段式双调节变量施肥机，其实时性好、操作简单，适合推广，改善了传统施肥机械的不足：操作复杂，稳定性差，时效性差。

为了实现以上目的，本实用新型解决其技术方案是：新型轴分段式双调节变量施肥机，包括肥料箱、左侧挡板、右侧挡板、支撑架、左输入主轴、右输入主轴、排肥漏斗、外槽轮式排肥器、第一直流无刷行星减速电机、第二直流无刷行星减速电机、步进电机、丝杆滑轨、控制箱、测速雷达、霍尔传感器、位移传感器和高光谱传感器；

所述的肥料箱的两端固定于左侧挡板和右侧挡板上；

所述的肥料箱的底部开有N个排肥口，排肥口连接外槽轮式排肥器的输入口，外槽轮式排肥器的输出口连接排肥漏斗的输入口；N是偶数；

所述的左输入主轴和右输入主轴设置于肥料箱的下方，左输入主轴横向穿过N/2个外槽轮式排肥器的内部，右输入主轴横向穿过另外N/2个外槽轮式排肥器的内部；

第一直流无刷行星减速电机输出轴通过联轴器带动左输入主轴转动从而实现外槽轮式排肥器的转速控制；

第二直流无刷行星减速电机输出轴通过联轴器带动右输入主轴转动从而实现外槽轮式排肥器的转速控制；

所述的步进电机输出轴通过联轴器与丝杆滑轨相连，丝杆滑轨上的丝杆滑块通过杠杆与外槽轮式排肥器的输入轴相连，步进电机旋转带动丝杆滑轨移动，从而带动外槽轮式排肥器改变作业长度；

所述的左侧挡板和右侧挡板连接支撑架；

所述的支撑架前端设置有牵引机构；

所述的测速雷达设置于支撑架上，施肥机的对地行驶速度；

所述的霍尔传感器用于测量第一直流无刷行星减速电机、第二直流无刷行星减速电机的实时转速；

所述的位移传感器测量丝杆滑轨上丝杆滑块的实际位置，间接反映外槽轮式排肥器的开度；

所述的高光谱传感器设置于牵引施肥机的牵引机上；

所述的控制箱设置于肥料箱上，控制箱内设置有控制器，测速雷达、霍尔传感器、位移传感器和高光谱传感器采集的信号输入控制器，控制器控制电机的启停和转速。

更加优选技术方案，所述的N＝8。

更加优选技术方案，所述的步进电机采用57步进电机。

更加优选技术方案，所述的控制箱内部的控制器以STM32嵌入式系统为核心，并配备相关外围电路。

更加优选技术方案，所述的控制箱上设置有显示装置。

更加优选技术方案，所述的牵引施肥机的牵引机采用拖拉机。

更加优选技术方案，还包括排肥通道和软管固定梁；所述的排肥漏斗连接排肥通道，排肥通道通过软管固定梁固定，软管固定梁的两端固定于支撑架上。

更加优选技术方案，还包括圆盘开沟器，施肥作业时由圆盘开沟器先行开沟；所述控制箱的电源是采用48V的蓄电池转换为12V和24V的直流电压实现的。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本施肥机械价格低廉、控制单元的稳定性强实时性强。机械通过高光谱传感器可以及时的准确地获取作物冠层的光谱信息，专家系统根据反馈的光谱信息、机具行进速度、外槽轮排肥器的转速以及外槽轮的开度，实时地调整施肥量，实现精准追肥的目的。

附图说明

图1本实用新型一个具体实施例的主视图。

图2本实用新型一个具体实施例的俯视图。

图3本实用新型一个具体实施例的左视图。

图4本实用新型具体实施例程序流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施例做进一步的描述。

图1、图2与图3只是大致示意图，并不是真实实物视图，主要只是为了更好说明本实用新型专利而已。

新型轴分段式双调节变量施肥机，包括肥料箱13、左侧挡板11、右侧挡板28、支撑架31、左输入主轴10、右输入主轴27、排肥漏斗、外槽轮式排肥器3(外槽轮式排肥器的输出口安装排肥漏斗)、第一直流无刷行星减速电机7、第二直流无刷行星减速电机、步进电机26、丝杆滑轨16、控制箱18、测速雷达、霍尔传感器、位移传感器和高光谱传感器；所述的肥料箱13的两端固定于左侧挡板11和右侧挡板28上；所述的肥料箱13的底部开有八个排肥口33，排肥口33连接外槽轮式排肥器3的输入口，外槽轮式排肥器3的输出口连接排肥漏斗的输入口；所述的左输入主轴10和右输入主轴27设置于肥料箱13的下方，左输入主轴横向穿过四个外槽轮式排肥器的内部，右输入主轴横向穿过另外四个外槽轮式排肥器的内部；

第一直流无刷行星减速电机输出轴9通过联轴器带动左输入主轴10转动从而实现外槽轮式排肥器3的转速控制；第二直流无刷行星减速电机输出轴通过联轴器带动右输入主轴27转动从而实现外槽轮式排肥器3的转速控制；步进电机输出轴25通过联轴器与丝杆滑轨16相连，丝杆滑轨16上的丝杆滑块32通过杠杆24与外槽轮式排肥器3的输入轴相连，步进电机旋转带动丝杆滑轨16移动，从而带动外槽轮式排肥器3改变作业长度(即排肥开度)；

所述的左侧挡板11和右侧挡板28连接支撑架31；所述的支撑架31前端设置有牵引机构；所述的测速雷达设置于支撑架31上，施肥机的对地行驶速度；所述的霍尔传感器用于测量第一直流无刷行星减速电机、第二直流无刷行星减速电机的实时转速；所述的位移传感器测量丝杆滑轨16上丝杆滑块32的实际位置，间接反映外槽轮式排肥器的开度；所述的高光谱传感器设置于牵引施肥机的牵引机上；所述的控制箱设置于肥料箱13上，控制箱18内设置有控制器，测速雷达、霍尔传感器、位移传感器和高光谱传感器采集的信号输入控制器，控制器控制电机的启停和转速。

其中，步进电机采用57步进电机。所述的控制箱18内部的控制器以STM32嵌入式系统为核心，并配备相关外围电路。所述的控制箱18上设置有显示装置19。所述的牵引施肥机的牵引机采用拖拉机。所述的排肥漏斗连接排肥通道29，排肥通道29通过软管固定梁30固定，软管固定梁30的两端固定于支撑架31上。还包括圆盘开沟器48，施肥作业时由圆盘开沟器48先行开沟；所述控制箱18的电源是采用48V的蓄电池转换为12V和24V的直流电压实现的。丝杆滑块32轴向移动的长度界限通过限位开关23控制。

一共需要八个步进电机，每个步进电机分别控制一个外槽轮式排肥器的排肥开度；第一直流无刷行星减速电机和第二直流无刷行星减速电机分别控制四个外槽轮式排肥器的转速。外槽轮式排肥器也是八个，由于数量较多所以统一描述的。

图1中各个部件再具体描述一下。

其中肥料箱13、左输入主轴10与右输入主轴27、左侧挡板11、右侧挡板28、支撑架31、外槽轮式排肥器3、排肥漏斗、排肥口33、圆盘开沟器48、第一直流无刷行星减速电机7、电机固定座6、第一直流无刷行星减速电机输出轴9、步进电机26、步进电机输出轴25、电机支架14、接线盒15、丝杆滑轨16、限位开关23、杠杆24、排肥通道29、软管固定梁30、丝杆滑块32、控制箱18、显示装置19、铅蓄电池装置21、悬挂装置43、耳挂41、第一加强筋42、第二加强筋44。支撑架31的前端固定悬挂装置43、耳挂41、第一加强筋(42)、第二加强筋(44)，悬挂装置43用来与拖拉机相连。

铅蓄电池装置21通过U型螺栓固定在支撑架31的后梁上。电源采用12v，20A的四组蓄电池串联而成，其输入电源为48v的直流电源，功率为960W，通过电源转换器将其转换为直流电压分别为5V、12V和24V。直流电源分别为传感器、控制器、第一直流无刷行星减速电机、第二直流无刷行星减速电机和步进电机供电。

传感器主要包括RT200GreenSeeker高光谱传感器，雷达测速传感器，GPS传感器模块，霍尔传感器，位移传感器和限位开关。RT200GreenSeeker高光谱传感器信号由RT200GreenSeeker Interface Module采集，并通过转换器输送给Nomad900LC处理，处理得到的数据由串口发送给STM32嵌入式系统；雷达测速是测量施肥机具的行进速度，其信号经过A/D转换为数字信号，并在程序中转换为相应的实际数值；GPS传感器模块获取机具田间作业的时间位置，其内容由Nomad900LC接收处理；霍尔传感器用于测量电机的实时转速，输出为数字信号，信号经直流电机驱动器，由STM32直接采集；位移传感器是测量丝杆滑轨上丝杆滑块的实际位置，间接反映外槽轮式排肥器的开度，其输出为模拟信号，经过A/D转换为数字信号，并在程序中转换为相应的实际数值。

图2，实施例的俯视图，外槽轮式排肥器有效工作长度的调控机构主要是由步进电机，丝杆滑轨，杠杆以及联轴器构成。步进电机的旋转轴通过联轴器与丝杆滑轨相连，丝杆滑轨上丝杆滑块通过杠杆与外槽轮式排肥器的输入轴相连。变量施肥作业时，控制器生产控制信号，驱动步进电机动作，步进电机旋转带动丝杆滑轨移动，从而带动外槽轮式排肥器有效改变作业长度。

图3，实施例的左视图，第一直流无刷行星减速电机、第二直流无刷行星减速电机与左输入主轴(排肥输入轴)、右输入主轴(排肥输入轴)的套接相连。直流无刷行星减速电机的中心轴通过联轴器直接与排肥输入轴相连接，电机外面套装不锈钢保护装置。变量施肥作业时，控制器产生PWM调速信号，调节电机转动速率，从而改变排肥器的排肥量。排肥口配有圆盘开沟器，施肥作业时由开沟器先行开沟，在把肥料施用在沟里，以防止肥料风化浪费。

图4，新型双变量施肥机软件流程：系统上电启动后，首先执行初始化子程序，初始化程序中预设定各项参数和接口驱动程序。初始化后由STM32采集系统逐个扫描传感器数据端口，获取实时传感器信息，并进行数据转换处理，实现信号转换为对应数值。数据处理后分别存储于SD存储卡中，并调用施肥量判断子程序，判断实时施肥量是否符合要求，如实时的施肥量不等于计划施肥量，则调用专家决策子程序，调整电机转速和外槽轮开度，实现实时调控。程序重新校准数据，直到施肥量满足要求。如实时施肥量等于计划值，则判断机具施肥在作业区，在则继续检测施肥，不在则终止施肥。STM32通过串口和工控屏进行数据通信，工控屏接收下位机的数据，并显示施肥参数，包括：当前施肥量，机具作业位置，机具行进速度，外槽轮式排肥器的转速与开度，作物冠层的NDVI指数。

该新型变量施肥机使用时，启动拖拉机，开启所有电源。控制器采集前端作物冠层高光谱的实时信息，自动生成施肥量，控制器检测机具行进的实时速率，通过内部决策系统，控制器产生电机控制信号，控制直流电机和步进电机动作，从而控制肥料的排放量，达到精准施肥的目的。

新型双变量施肥机的控制箱的控制器是以STM32作为核心的控制系统，采集传感器信号，结合施肥专家系统，实施变量施肥；工业显示屏作为人机交互界面，为客户提供实时的施肥信息以及控制接口；电源转换模块将蓄电池的48V直流电转换为12V和24V的直流电源，给控制器内部供电。

Claims (8)

1.新型轴分段式双调节变量施肥机，其特征在于，包括肥料箱、左侧挡板、右侧挡板、支撑架、左输入主轴、右输入主轴、排肥漏斗、外槽轮式排肥器、第一直流无刷行星减速电机、第二直流无刷行星减速电机、步进电机、丝杆滑轨、控制箱、测速雷达、霍尔传感器、位移传感器和高光谱传感器；

所述的肥料箱的两端固定于左侧挡板和右侧挡板上；

所述的肥料箱的底部开有N个排肥口，排肥口连接外槽轮式排肥器的输入口，外槽轮式排肥器的输出口连接排肥漏斗的输入口；N是偶数；

所述的左输入主轴和右输入主轴设置于肥料箱的下方，左输入主轴横向穿过N/2个外槽轮式排肥器的内部，右输入主轴横向穿过另外N/2个外槽轮式排肥器的内部；

第一直流无刷行星减速电机输出轴通过联轴器带动左输入主轴转动从而实现外槽轮式排肥器的转速控制；

第二直流无刷行星减速电机输出轴通过联轴器带动右输入主轴转动从而实现外槽轮式排肥器的转速控制；

所述的步进电机输出轴通过联轴器与丝杆滑轨相连，丝杆滑轨上的丝杆滑块通过杠杆与外槽轮式排肥器的输入轴相连，步进电机旋转带动丝杆滑轨移动，从而带动外槽轮式排肥器改变作业长度；

所述的左侧挡板和右侧挡板连接支撑架；

所述的支撑架前端设置有牵引机构；

所述的测速雷达设置于支撑架上，施肥机的对地行驶速度；

所述的霍尔传感器用于测量第一直流无刷行星减速电机、第二直流无刷行星减速电机的实时转速；

所述的位移传感器测量丝杆滑轨上丝杆滑块的实际位置，间接反映外槽轮式排肥器的开度；

所述的高光谱传感器设置于牵引施肥机的牵引机上；

所述的控制箱设置于肥料箱上，控制箱内设置有控制器，测速雷达、霍尔传感器、位移传感器和高光谱传感器采集的信号输入控制器，控制器控制电机的启停和转速。

2.根据权利要求1所述的新型轴分段式双调节变量施肥机，其特征在于，所述的N＝8。

3.根据权利要求1所述的新型轴分段式双调节变量施肥机，其特征在于，所述的步进电机采用57步进电机。

4.根据权利要求1所述的新型轴分段式双调节变量施肥机，其特征在于，所述的控制箱内部的控制器以STM32嵌入式系统为核心，并配备相关外围电路。

5.根据权利要求1所述的新型轴分段式双调节变量施肥机，其特征在于，所述的控制箱上设置有显示装置。

6.根据权利要求1所述的新型轴分段式双调节变量施肥机，其特征在于，所述的牵引施肥机的牵引机采用拖拉机。

7.根据权利要求1所述的新型轴分段式双调节变量施肥机，其特征在于，还包括排肥通道和软管固定梁；所述的排肥漏斗连接排肥通道，排肥通道通过软管固定梁固定，软管固定梁的两端固定于支撑架上。

8.根据权利要求1所述的新型轴分段式双调节变量施肥机，其特征在于，还包括圆盘开沟器，施肥作业时由圆盘开沟器先行开沟；所述控制箱的电源是采用48V的蓄电池转换为12V和24V的直流电压实现的。