CN208227693U - 一种精准施肥控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种精准施肥控制系统，包括一下位机，其特征在于，所述下位机包括定位单元、监控单元、肥量监控装置、施肥监控装置、测速装置、肥料斗、施肥轴；所述定位单元，用于采集的施肥机具的当前位置信息发送给所述监控单元；所述监控单元，用于根据肥量监控装置、伺服电机、施肥监控装置、测速装置实时传递来的相应设备信息、下位机的当前位置信息和施肥方案生成控制指令，将该控制指令发送给伺服电机；所述伺服电机根据所述控制指令驱动施肥轴，施肥轴转动带动施肥斗进行施肥。本实用新型通过重新分配上、下位机的功能模块，具有抗干扰能力强，可实现对农田施肥的精准控制。

Description

一种精准施肥控制系统

技术领域

本实用新型属于控制技术领域，涉及一种下位机装置，尤其涉及一种精准施肥控制的下位机装置。

背景技术

随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。为了满足现代社会的工作要求，控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。

为满足对现场数据的管理以及实现对装置的实时控制，工业领域常用上、下位机通讯作为控制系统，通常以PC机为上位机，单片机/PLC为下位机。上位机发出的命令首先给下位机，下位机根据此命令生成相应时序信号直接控制相应设备，获取设备状况；下位机不时读取设备状态数据(一般模拟量)，转化成数字信号反馈给上位机。

由于某些施肥项目对实时性要求较高，如典型的施肥项目——施肥量检测，其运行监测系统的子站和运行组态软件的中心站可能相距较远，在采用数传电台、拨号、GSM、GPRS等方式进行数据传送的情况下上位机和下位机间的通讯较慢且极易受到干扰，延迟现象明显，这也是目前存在的主要技术问题之一。因此急需一种新型的上、下位机系统来解决通讯实时性差的问题。

此外，现阶段的施肥装置无法根据机具前进速度的快慢、转弯处是否进行施肥等实际情况，来进行精准的施肥，在施肥的自动化和智能化方面仍有所欠缺，所以也需要一种实时的反馈装置和控制系统来解决施肥量和施肥速度的问题，这都是现代施肥装置需要迫切解决的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种精准施肥的控制系统，包括上、下位机，具有WIFI传输、伺服电机(控制精准、抗干扰能力强)、四个肥箱的实时配肥(不用复合肥，便于配肥)，可实现对农田施肥的精准控制。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术来实现：

一种精准施肥控制系统，包括一下位机，其特征在于，所述下位机包括定位单元、监控单元、肥量监控装置、施肥监控装置、测速装置、肥料斗、施肥轴；

所述定位单元，用于采集的施肥机具的当前位置信息发送给所述监控单元；

所述监控单元，用于根据肥量监控装置、伺服电机、施肥监控装置、测速装置实时传递来的相应设备信息、下位机的当前位置信息和施肥方案生成控制指令，将该控制指令发送给伺服电机；

所述伺服电机根据所述控制指令驱动施肥轴，施肥轴转动带动施肥斗进行施肥。

进一步的，所述监控单元将所述测速装置采集的施肥机具速度信息与设定值相比较，当施肥机具速度信息低于设定的排肥器转速时，通过降低施肥机具前进速度或者提高排肥器转速来调节施肥速率。

进一步的，所述测速装置收集施肥机具两侧轮子的转速差异，所述监控单元根据所述转速差异、施肥机具的当前位置信息与施肥方案生成施肥量多少的指令，对实际施肥量进行控制。

进一步的，所述伺服电机根据所述控制指令生成驱动施肥轴转动的转矩和转速信息，施肥轴转动带动施肥斗进行施肥。

进一步的，所述测速装置为通过设置在所述施肥轴上的编码器采集的施肥机具速度信息。

进一步的，所述肥量监控装置安装在所述肥料斗中，用于监测剩余肥量信息。

进一步的，还包括一上位机，所述上位机与所述下位机的监控单元之间以无线通讯方式连接，所述下位机将采集的所述设备信息实时发送给所述上位机。

进一步的，所述定位单元为GPS或北斗定位单元。

本实用新型通过重新分配上、下位机的功能模块，将控制功能分配给下位机，采用一套新结构、能够精准施肥控制的下位机装置，其中包括GPS/北斗定位单元、施肥方案、专家推荐施肥系统、电源、监控单元、肥量监控装置、伺服电机、施肥监控装置、测速装置、肥料斗、施肥轴等，实现施肥过程的绝大部分环节自控、自调，上位机只负责对下位机的数据进行采集与监测。

上位机是指可以显示反馈结果与采集数据的计算机或移动手机；下位机是承担主要控制功能的单元，直接控制设备实现相应功能。下位机在接收到GPS/北斗信息和施肥方案信息后控制相应设备，使其进行工作，如伺服电机的运转，测速装置的启动，施肥量与剩余肥量的检测系统启动等。施肥过程中，肥量监控装置实时返回肥料斗中剩余肥量信息，伺服电机控制施肥轴的转速进而控制施肥速率，施肥监控装置记录并返回下肥的实时速率，测速装置检测机具的实际前进速度，下位机实时读取来自肥量监控装置、伺服电机、施肥监控装置、测速装置传递的相应设备信息，将设备信息发送给监控单元，如此就在下位机系统中完成了对施肥各环节的监测与控制，节省了传统上下位机通讯的数据传送时间，提高了稳定性，增强了抗干扰的能力。

施肥的主要工作通过硬件部分完成。本系统硬件主要由单片机最小系统、电源模块、机具前进速度和排肥器速度采集单元、电机驱动单元以及过载保护单元等组成。

其中施肥控制装置采用单片机作为控制核心。通过下位机给定施肥指令，即设定单位面积施肥量，在实际施肥前根据设定的施肥装置行距、排肥器个数、排肥器额定转速、标准每转排肥量以及机具额定前进速度设置好额定施肥速率。开始施肥后，单片机通过施肥轴上的编码器对排肥器的实际转速和机具的实际前进速度进行数据采集，与设定值相比较，运用自动控制算法对电机转速进行实时调节，例如当测速装置返回的速度信息低于设定的排肥器转速时，可以通过降低机具前进速度或者提高排肥器转速来调节施肥速率，从而保证在不同条件下实际施肥效果与设定施肥效果仍保持一致。施肥控制单片机会实时将读取设备的更新状态(一般为模拟量，如机具前进速度、剩余肥量、施肥速度、剩余施肥区域等信息)，转化为数字信号并反馈给上位机，记录机器当前状况。施肥进行过程中，下位机还会将设备状态、工作信息与数据库中已经设置好的施肥方案相比较，确定下一步机器的工作状态，如提高施肥轴转速以提高施肥速率，或者即将进入转弯区域停止施肥等。

在机具进行转弯的情况下，机具的内侧轮与外侧轮会产生一定的转速差。下位机系统中的单片机通过编码器收集到两侧轮子的转速差异，再与设定好的施肥方案和实际施肥区域的数据进行比较(在施肥方案中会预先设定好转速差异对应的不同施肥量)，监控单元就可以传回指令给伺服电机，控制是否在拐弯处需要施肥、施肥量多少，对实际施肥情况进行控制，保证了施肥效果并且节约了成本。根据施肥方案来确定施肥量多少的命令，施肥方案是事先计算好具体在哪些区域对应具体需要施多少的肥，GPS等定位装置传回机器的具体位置，再比对施肥方案中的位置信息来决定怎么施肥。

在施肥装置的伺服系统中控制机械元件运转的发送机采用的是伺服系统。下位机接收到施肥指令后，将控制信号由伺服输入端输入，控制伺服电机可将施肥指令转化为转矩和转速以驱动施肥轴，施肥轴转动带动施肥斗进行施肥，伺服系统转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高。监控单元根据编码器实时返回的机具前进速度信息以及当前GPS位置信息计算相应的施肥量并下施肥指令，如发生排肥器堵塞，则电机停止转动，并故障报警。

所述GPS能实时反馈当前所处地块位置，以便监控单元发出该地块施肥量指令。系统采用的是DGPS定位系统，DGPS系统由地面固定式GPS差分纠偏站和移动式DGPS差分接收系统组成，使用的GPS差分方式是采用伪距差分方式(RTCM方式)，GPS的定位误差一般在15m以内，而DGPS的定位误差是亚米级的，即定位误差在1m以内，这种精度完全能保证农业生产中的定位需求。

所述伺服电机，控制精度高、低速运转平稳、运行性能更可靠、速度响应性能好、过载能力较强并可实现矩频恒功率输出。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果为：

本实用新型通过重新分配上、下位机的功能模块，能够实现施肥的控制精准、抗干扰能力强、四个肥箱的实时配肥，可实现对农田施肥的精准控制。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1为精准施肥控制的下位机装置结构图。

图2为施肥装置的结构原理图及连接方式示意图。

图3为施肥装置控制结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

参照图1，本实用新型具体实施方式如下：一种精准施肥控制系统，包括GPS/北斗、监控单元、施肥方案、专家推荐施肥系统、电源、肥量监控装置、伺服电机、施肥监控装置、测速装置、肥料斗、施肥轴等。本设计中上位机是指可以显示反馈结果与采集数据的计算机或移动手机，下位机是直接控制设备实现功能的单片机。监控单元在接收到GPS/北斗信息和施肥方案信息后，将此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。监控单元实时读取来自肥量监控装置、伺服电机、施肥监控装置、测速装置传递的相应设备信息，转换成数字信号反馈给监控单元。

参照图2，本实用新型的具体实施方式如下：上位机与下位机的监控单元之间的无线通讯采用TCP协议，由下位机将施肥装置的信息实时发送给上位机。在下位机系统中，由外置电源通过电线分别为各传感器的控制装置供电，肥量监控装置、测速装置、伺服电机、施肥监控装置通过数据线将施肥的速率、下肥量等信息传回下位机的监控单元。安装方面，肥量监控装置安装在肥料斗中，直接监测剩余肥量；伺服电机驱动施肥轴转动，同时安装在施肥轴上的编码器监测施肥轴的转速，并将速率信息传回监控单元。

参照图3，本实用新型具体实施方式如下：施肥装置控制系统图，包括上位机、各传感器、单片机、伺服驱动、伺服电机、编码器和施肥轴。单片机根据通过传感器接收到的肥量信息、伺服电机转速信息、下肥流量信息和速度信息；GPS/北斗发送的经纬度信息；专家推荐施肥系统生成的施肥方案信息进行处理并生成施肥指令后，给出位置指令脉冲直接发送到伺服输入端，伺服电机可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动施肥轴，施肥轴转动带动施肥斗进行施肥，伺服系统转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，整个系统构成一个反馈控制系统，精准的控制施肥量。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种精准施肥控制系统，包括一下位机，其特征在于，所述下位机包括定位单元、监控单元、肥量监控装置、施肥监控装置、测速装置、肥料斗、施肥轴；

所述定位单元，用于采集的施肥机具的当前位置信息发送给所述监控单元；

所述监控单元，用于根据肥量监控装置、伺服电机、施肥监控装置、测速装置实时传递来的相应设备信息、下位机的当前位置信息和施肥方案生成控制指令，将该控制指令发送给伺服电机；

所述伺服电机根据所述控制指令驱动施肥轴，施肥轴转动带动施肥斗进行施肥。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控单元将所述测速装置采集的施肥机具速度信息与设定值相比较，当施肥机具速度信息低于设定的排肥器转速时，通过降低施肥机具前进速度或者提高排肥器转速来调节施肥速率。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测速装置收集施肥机具两侧轮子的转速差异，所述监控单元根据所述转速差异、施肥机具的当前位置信息与施肥方案生成施肥量多少的指令，对实际施肥量进行控制。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述伺服电机根据所述控制指令生成驱动施肥轴转动的转矩和转速信息，施肥轴转动带动施肥斗进行施肥。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测速装置为通过设置在所述施肥轴上的编码器采集的施肥机具速度信息。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述肥量监控装置安装在所述肥料斗中，用于监测剩余肥量信息。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一上位机，所述上位机与所述下位机的监控单元之间以无线通讯方式连接，所述下位机将采集的所述设备信息实时发送给所述上位机。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位单元为GPS或北斗定位单元。