CN212876676U - 一种基于作物苗情信息的变量施肥装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种基于作物苗情信息的变量施肥装置，包括：作物生长信息采集系统，作物生长信息采集系统用于采集作物冠层的归一化植被指数信息；定位模块，定位模块用于获取施肥装置行走的位置信息与速度信息；变量撒肥系统；控制系统，控制系统分别通信连接作物生长信息采集系统、定位模块及变量撒肥系统，并用于通信连接遥感信息采集装置；本实用新型在进行施肥时，综合考虑到田间的土壤肥力分布和作物当前的长势情况，从而基于整个田间的总施肥量分布，根据田间不同区块的苗情信息进行施肥量的精细控制，实现了“弱苗”多施肥和“旺苗”少施肥，在保证作物长势均匀下充分发挥肥料的效率。

Description

一种基于作物苗情信息的变量施肥装置

技术领域

本实用新型涉及农业追肥技术领域，尤其涉及一种基于作物苗情信息的变量施肥装置。

背景技术

作物在不同生长时期对营养元素的需求不同，为满足作物的生长需求，需要在作物的不同生长时期进行相应的追肥作业。传统的追肥作业以人工抛洒为主，不仅费时费力，效率低下，而且往往是人工凭经验对田间作物进行追肥，追肥并不精准。近年来，随着农业机械化水平的提高，出现了用于对作物进行肥料抛洒的追肥作业装置。这种追肥作业方式虽然提高了作业效率，但是，对肥料的利用率并没有得到有效的提高。

针对大田块作物，不同区域的土壤肥力及作物均存在差异，导致不同区域的作物对肥料需求量不同。随着人口数量的激增与耕地面积的骤减，对农田科学合理地施用肥料，已成为现代农业可持续发展的必要措施和亟待解决的问题，从而作为现代精准农业重要组成部分的变量施肥技术成为现代农机装备领域研究的重点内容。

目前，对农田实施的变量施肥技术主要集中在如下两个方面，其中一方面为，基于在线测量的土壤配方进行变量施肥，但是，这种施肥方式存在操作繁琐、技术难度大等问题，并没有综合考虑到作物当前的长势情况，以进行相应的施肥需求的调整，从而并未实现大范围的推广应用；另一方面为，基于作物的长势信息而实现施肥量的在线调节，从而达到变量施肥的目标，而这种施肥方式又忽略了农田相应的环境信息及作物的历史产量等因素对变量施肥的影响。

由此可见，现有的对农田实施的变量施肥方式均存在一定的片面性，难以准确且全面地获取与变量施肥相关的信息，导致不能精准地进行实时变量施肥，达不到相应的施肥效果。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种基于作物苗情信息的变量施肥装置，用以解决现有的对农田实施的变量施肥方式存在一定的片面性，难以准确且全面地获取与变量施肥相关的信息，导致不能精准地进行实时变量施肥的问题。

本实用新型实施例提供一种基于作物苗情信息的变量施肥装置，包括：作物生长信息采集系统，所述作物生长信息采集系统用于采集作物冠层的归一化植被指数信息；定位模块，所述定位模块用于获取施肥装置行走的位置信息与速度信息；变量撒肥系统；控制系统，所述控制系统分别通信连接所述作物生长信息采集系统与所述变量撒肥系统，并用于通信连接遥感信息采集装置。

根据本实用新型一个实施例的基于作物苗情信息的变量施肥装置，还包括：升降调节机构，所述升降调节机构安装于所述施肥装置上；传感器支架，所述传感器支架安装于所述升降调节机构上，所述传感器支架上安装所述作物生长信息采集系统。

根据本实用新型一个实施例的基于作物苗情信息的变量施肥装置，所述传感器支架包括：固定支架，所述固定支架安装于所述升降调节机构上；翻转支架，所述翻转支架的一端与所述固定支架的一端相铰接，所述翻转支架上安装所述作物生长信息采集系统，所述作物生长信息采集系统包括多个并排布置的NDVI传感器；伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构的两端对应连接所述固定支架与所述翻转支架。

根据本实用新型一个实施例的基于作物苗情信息的变量施肥装置，还包括：作物高度采集装置，所述作物高度采集装置安装于所述传感器支架上，所述作物高度采集装置与所述升降调节机构分别通信连接所述控制系统。

根据本实用新型一个实施例的基于作物苗情信息的变量施肥装置，所述变量撒肥系统包括：肥料箱；送肥机构，所述送肥机构连接所述肥料箱的出料口；排肥控制机构，所述排肥控制机构用于控制所述出料口的开度；撒肥机构，所述撒肥机构连接所述送肥机构。

根据本实用新型一个实施例的基于作物苗情信息的变量施肥装置，所述送肥机构包括网格链输送机，所述网格链输送机的输送面与所述肥料箱的出料口相对应；相应地，所述排肥控制机构设置在所述肥料箱朝向所述网格链输送机的输出端的一侧，所述排肥控制机构包括挡料板与挡料驱动机构，所述挡料板连接所述挡料驱动机构，所述挡料板的一端伸向所述出料口。

根据本实用新型一个实施例的基于作物苗情信息的变量施肥装置，所述撒肥机构包括旋转驱动机构和多个离心撒肥盘，所述旋转驱动机构连接所述离心撒肥盘，所述旋转驱动机构通信连接所述控制系统。

根据本实用新型一个实施例的基于作物苗情信息的变量施肥装置，还包括：配料器，所述配料器包括一个进料口和两个配料口，所述进料口连接所述送肥机构；相应地，所述撒肥机构包括两个离心撒肥盘，两个离心撒肥盘沿着垂直于所述施肥装置的行驶方向布置，并共同连接所述旋转驱动机构，所述离心撒肥盘与所述配料口一一对应。

本实用新型实施例提供的一种基于作物苗情信息的变量施肥装置，在对田间作物进行变量施肥时，通过卫星、无人机等遥感信息采集装置获取预设区域内作物的苗情信息，可将作物的苗情信息与相应预设区域内作物的历史产量信息进行融合计算，获取能够反映预设区域所需施肥量的施肥底方图，从而在采集到预设区域相应的当前区块内作物实时的生长信息后，可基于施肥底方图，以得到对当前区块的作物进行追肥的施肥处方图，进而控制系统可基于施肥处方图，并结合施肥装置的作业位置和行驶速度，控制变量撒肥系统对作物进行实时变量施肥。

由上可知，本实用新型所示的变量施肥方式在进行施肥时，综合考虑到田间的土壤肥力分布和作物当前的长势情况，从而基于整个田间的总施肥量分布，根据田间不同区块的苗情信息进行施肥量的精细控制，实现了“弱苗”多施肥和“旺苗”少施肥，在保证作物长势均匀下充分发挥肥料的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种基于作物苗情信息的变量施肥装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的施肥装置对田间作物进行变量施肥的俯视结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的变量撒肥系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的排肥控制机构的安装结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的基于作物苗情信息的变量施肥装置的施肥方法的流程示意图。

图中，1、作物生长信息采集系统；2、变量撒肥系统；21、肥料箱；22、送肥机构；23、排肥控制机构；231、挡料板；232、调节手柄；233、齿轮；234、齿条；235、轴承座；24、撒肥机构；25、配料器；3、行走系统；4、升降调节机构；5、传感器支架；51、固定支架；52、翻转支架；53、伸缩驱动机构；6、作物高度采集装置；7、防护栏。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，本实施例提供了一种基于作物生长信息的变量施肥装置，包括：作物生长信息采集系统1，作物生长信息采集系统1用于采集作物冠层的归一化植被指数信息；定位模块，定位模块用于获取施肥装置行走的位置信息与速度信息；变量撒肥系统2；控制系统，控制系统分别通信连接作物生长信息采集系统1与变量撒肥系统2，并用于通信连接遥感信息采集装置；行走系统3，行走系统3上安装作物生长信息采集系统1、定位模块、变量撒肥系统2及控制系统。

具体的，本实施例所示的施肥装置，在对田间作物进行变量施肥时，通过卫星、无人机等遥感信息采集装置获取预设区域内作物的苗情信息，可将作物的苗情信息与相应预设区域内作物的历史产量信息进行融合计算，获取能够反映预设区域所需施肥量的施肥底方图，从而在采集到预设区域相应的当前区块内作物实时的生长信息后，可基于施肥底方图，得到对当前区块的作物进行追肥的施肥处方图，进而控制系统可基于施肥处方图，并结合施肥装置的作业位置和行驶速度，控制变量撒肥系统对作物进行实时变量施肥。

由上可知，本实施例所示的变量施肥方式在进行施肥时，综合考虑到田间的土壤肥力分布和作物当前的长势情况，从而基于整个田间的总施肥量分布，根据田间不同区块的苗情信息进行施肥量的精细控制，实现了“弱苗”多施肥和“旺苗”少施肥，在保证作物长势均匀下充分发挥肥料的效率，其中，“弱苗”表征田间长势相对不好的作物，“旺苗”表征田间长势相对较好的作物。

如图1所示，本实施例所示的行走系统3可以为本领域所公知的拖拉机。本实施例所示的作物生长信息采集系统1可以为本领域所公知的归一化植被指数测量仪(NDVI传感器)，归一化植被指数测量仪可设置多个，并安装于如下实施例所示的传感器支架上，为了便于传感检测和变量施肥操作，可将传感器支架安装于拖拉机的头端，并将变量撒肥系统2安装于拖拉机的尾端。

与此同时，本实施例所示的控制系统可以包括本领域所公知的工控机，本实施例所示的定位模块可以为GPS定位模块或北斗定位模块，可将工控机分别通讯连接定位模块与显示模块，显示模块可以为液晶显示器或触摸屏控制器。基于定位模块不仅可实时获取施肥装置相应的行走系统3的位置信息，还可基于单位时间内行走系统3的位置信息的变化，获取行走系统3的行走的速度信息。当然，也可通过本领域所公知的速度检测模块实时获取施肥装置的行驶速度，其中，速度检测模块可以为本领域所公知的编码器或接近开关，可通过编码器获取拖拉机相应驱动机构的转动角速度，以换算得到拖拉机的行驶速度，可将接近开关安装于靠近拖拉机行走轮的轮毂部位，通过检测接近开关在单位时间内输出的脉冲数量，来获取拖拉机的行驶速度。

优选地，本实施例中还包括：升降调节机构4，升降调节机构4安装于行走系统3上；传感器支架5，传感器支架5安装于升降调节机构4上，传感器支架5上安装作物生长信息采集系统1。

具体的，如图1所示，本实施例所示的升降调节机构4为平行四连杆机构，拖拉机的头端与传感器支架5通过平行四连杆机构相连接，在平行四连杆机构上设置有电动推杆，可通过控制电动推杆的伸缩状态，以控制平行四连杆机构沿竖直方向的伸展状态，从而控制传感器支架5安装高度的变化。其中，平行四连杆机构可以采用新型碳纤维材料制成，如此可确保平行四连杆机构的轻便性和耐腐蚀性，同时还具有优异的负荷承载能力。

在此，可在传感器支架5上安装作物高度采集装置6，作物高度采集装置6可具体采用超声波传感器，可通过超声波传感器探测作物冠层的高度，从而基于当前的作物冠层高度和NDVI传感器的采样幅宽，工控机可实时控制平行四连杆机构相应的电动推杆的伸缩量，以对NDVI传感器的探测高度进行调整，从而便于NDVI传感器得到更加丰富的作物光学信息，以便处理获得更准确的作物长势数据，为后期的精准施肥提供支持。

如图1所示，在进一步的优选实施例中，传感器支架5包括：固定支架51，固定支架51安装于升降调节机构4上；翻转支架52，翻转支架52的一端与固定支架51的一端相铰接，翻转支架52上安装作物生长信息采集系统1，作物生长信息采集系统1包括多个并排布置的NDVI传感器，伸缩驱动机构53，伸缩驱动机构53的两端对应连接固定支架51与翻转支架52。

具体的，本实施例所示的固定支架51水平安装于升降调节机构4上，翻转支架52具体可设置两个，其中一个翻转支架52的一端与固定支架51的一端相铰接，另一个翻转支架52的一端与固定支架51的另一端相铰接，并且每个翻转支架52均配置有相应的伸缩驱动机构53，伸缩驱动机构53也可采用电动推杆，可将该伸缩驱动机构53的固定端与固定支架51相铰接，伸缩驱动机构53的伸缩端与翻转支架52相铰接，且在每个翻转支架52上均并排布置有多个NDVI传感器，其中，也可具体将超声波传感器安装于翻转支架52上。

如图2所示，本实施例具体示意了施肥装置对田间作物进行变量施肥的俯视结构示意图，其中，图2中所示的树状图标表示田间作物，该树状图标绘制有多个，并呈阵列排布。由此，在进行变量施肥时，两个翻转支架52既可与固定支架51水平分布于同一条直线上，以便于施肥装置在田间作业时，由相应的传感器对田间作物的作物冠层进行信息探测，两个翻转支架52也可相对于固定支架51竖直向上折叠，从而便于施肥装置的入库放置。同时，基于超声波传感器实时获取的NDVI传感器距离作物冠层的高度，并可以根据获取的高度信息，对升降调节机构4进行高度调节，以对传感器支架5的高度进行适应性地调节，防止由于地面起伏或作物高度的不一致导致NDVI传感器与地面或作物接触而造成破坏。

如图3所示，在其中一个优选实施例中，变量撒肥系统2包括：肥料箱21；送肥机构22，送肥机构22连接肥料箱21的出料口；排肥控制机构23，排肥控制机构23用于控制出料口的开度；撒肥机构24，撒肥机构24连接送肥机构22。

具体的，本实施例所示的变量撒肥系统安装于拖拉机的尾端，其中，肥料箱21呈斗状，送肥机构22可以为本领域所公知的网格链输送机，该网格链输送机包括两个转动辊，两个转动辊的外侧装有环形布置的网格链，其中一个转动辊的端部通过链条传动机构与第一液压马达的输出端相连接，网格链包括多条，并呈并排布置，以形成网格链输送机的输送面，且网格链输送机的输送面与肥料箱21的出料口相对应，从而在起动第一液压马达后，第一液压马达的转动会带动转动辊的转动，进而由转动辊带动网格链对肥料的连续输送，由于网格链上设置有多个凹陷状的小网格，从而在送肥的过程中，肥料会均匀分布在各个小网格链上，大大提高了对肥料输送的均匀性。

与此同时，排肥控制机构23设置在肥料箱21朝向网格链输送机的输出端的一侧，排肥控制机构23包括挡料板231与挡料驱动机构，挡料板连接挡料驱动机构，挡料板231的一端伸向出料口。

如图4所示，挡料驱动机构包括调节手柄232、齿轮233及齿条234，其中，调节手柄232可通过一个或多个轴承座235安装于肥料箱21的外侧壁上，调节手柄232上安装与其同轴布置的齿轮233，齿轮233与齿条234相啮合，齿条234安装于挡料板231上，可在肥料箱21的外侧壁上设置与挡料板231相适配的导向机构，导向机构可以为本领域所公知的导向槽，导向槽的槽口朝向肥料箱21的出料口，从而在转动调节手柄232时，可驱动挡料板231沿着导向槽的槽边来回移动，实现对肥料箱21的出料口的开度的控制。

在进一步的优选实施例中，可设置撒肥机构24包括旋转驱动机构和多个离心撒肥盘，旋转驱动机构连接离心撒肥盘，旋转驱动机构通信连接控制系统。其中，离心撒肥盘包括圆盘体和多个抛撒叶轮，由于离心撒肥盘用于承接来自送肥机构22的肥料，从而将多个抛撒叶轮在圆盘体的上侧端面上呈圆周均匀排布，抛撒叶轮可呈直线状，并沿径向安装于圆盘体上，抛撒叶轮的横截面可呈“Z”字形或“L”形，以便在抛撒肥料时，对肥料沿着抛撒叶轮的排布方向进行输送引导，直至肥料沿着圆盘体的径向抛撒出去。

由此，在进行撒肥作业时，离心撒肥盘会在旋转驱动机构的驱动下作高速旋转运动，当肥料从送肥机构22输送至离心撒肥盘上时，离心撒肥盘会在高速旋转时的离心力的作用下，带动肥料进行径向抛撒，基于控制系统对旋转驱动机构的旋转速度的控制，可调节肥料的抛撒距离，从而实现对作业时撒肥机构24的撒肥幅宽的调节。

如图3所示，在进一步的优选实施例中，还可设置配料器25，配料器25包括一个进料口和两个配料口，进料口连接送肥机构22；相应地，撒肥机构24包括两个离心撒肥盘，两个离心撒肥盘沿着垂直于行走系统的行驶方向布置，并共同连接旋转驱动机构，离心撒肥盘与配料口一一对应。

在此，本实施例所示的旋转驱动机构包括第二液压马达、齿轮箱和蜗轮蜗杆传动机构，第二液压马达的输出端连接齿轮箱的输入端，齿轮箱设置有两个输出端，且齿轮箱的每个输出端均通过一个相应的蜗轮蜗杆传动机构连接离心撒肥盘，从而两个离心撒肥盘可在第二液压马达的驱动下作同步转动。

与此同时，在进行变量施肥作业过程中，为了防止操作人员靠近离心撒肥盘，并以此造成人身伤害，可在拖拉机的后侧设置防护栏7，防护栏7环绕于撒肥机构24的外侧，并靠近离心撒肥盘设置。

优选地，如图5所示，本实施例还提供了一种如上所述的基于作物生长信息的变量施肥装置的施肥方法，包括：S1，获取预设区域内作物的历史产量信息与苗情信息，生成对预设区域施肥的施肥底方图；S2，获取与预设区域相应的当前区块内作物实时的生长信息，并基于所述施肥底方图，获取对当前区块追肥的施肥处方图；S3，基于施肥处方图，结合施肥装置的作业位置和行驶速度，进行实时变量施肥。

具体的，本实施例所示的预设区域为准备进行变量施肥的某一作业田块。在对预设区域进行变量施肥时，可在作物的收获期，利用计产系统记录预设区域内作物的产量分布信息，以获取该预设区域最近一年或多年作物的历史产量信息。与此同时，在作物苗期，可通过卫星、无人机等遥感信息采集装置获取预设区域内作物的苗情信息，该苗情信息具体为作物不同生长期的生长信息。由此，可将作物的苗情信息与相应预设区域内作物的历史产量信息进行融合计算，获取能够反映预设区域所需施肥量的施肥底方图。

在进行作物施肥作业时，可通过设置在拖拉机前侧的NDVI传感器，实时在线探测与预设区域相应的当前区块内作物的生长信息，结合上述获取的施肥底方图，获取对当前区块追肥的施肥处方图，从而基于施肥处方图建立变量施肥模型，获取当前区块内作物所需的施肥量，并结合施肥装置的作业位置和行驶速度，由设置在拖拉机后侧的变量撒肥系统进行变量施肥，在保证整个预设区域的总施肥量下，根据与预设区域相应的当前区块内作物实时的苗情信息，进行施肥量的精细控制，实现“弱苗”多施肥和“旺苗”少施肥，在保证作物长势均匀下充分发挥肥料效率。

在具体进行施肥控制时，可基于计算获得的当前区块内作物所需的施肥量，调节第一液压马达的旋转速度，以实时控制施肥装置相应的送肥机构的送肥速度，以实现对送肥流量的控制，也可根据NDVI传感器的探测范围，调节与第二液压马达相应的比例阀的开度，控制离心撒肥盘的旋转速度，从而控制撒肥机构的撒肥幅宽，其中，排肥控制机构的开度可由人工手动转动调节手柄，以驱动挡料板沿着导向槽的槽边来回移动，从而实现对肥料箱的出料口的开度的控制。

在此应指出的是，在对第一液压马达与第二液压马达进行调控的过程中，均可通过编码器分别反馈第一液压马达与第二液压马达实时的转速信息，以建立PID闭环调控系统，实现对第一液压马达与第二液压马达的转速的精确控制，从而实现对施肥装置的施肥量与施肥作业幅宽的精确调控。同时，本实施例所示的施肥装置还支持远程物联网功能，在施肥作业中，还可将施肥装置的作业位置和行驶速度及进行变量施肥的施肥参数实时上传至云服务器，以便相关人员通过电脑、手机及其它访问端访问云服务器，以实现对施肥装置整个作业过程的远程监控。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于作物苗情信息的变量施肥装置，其特征在于，包括：作物生长信息采集系统，所述作物生长信息采集系统用于采集作物冠层的归一化植被指数信息；

定位模块，所述定位模块用于获取施肥装置行走的位置信息与速度信息；

变量撒肥系统；

控制系统，所述控制系统分别通信连接所述作物生长信息采集系统、所述定位模块及所述变量撒肥系统，并用于通信连接遥感信息采集装置。

2.根据权利要求1所述的基于作物苗情信息的变量施肥装置，其特征在于，还包括：

升降调节机构，所述升降调节机构安装于所述施肥装置上；

传感器支架，所述传感器支架安装于所述升降调节机构上，所述传感器支架上安装所述作物生长信息采集系统。

3.根据权利要求2所述的基于作物苗情信息的变量施肥装置，其特征在于，所述传感器支架包括：

固定支架，所述固定支架安装于所述升降调节机构上；

翻转支架，所述翻转支架的一端与所述固定支架的一端相铰接，所述翻转支架上安装所述作物生长信息采集系统，所述作物生长信息采集系统包括多个并排布置的NDVI传感器；

伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构的两端对应连接所述固定支架与所述翻转支架。

4.根据权利要求2所述的基于作物苗情信息的变量施肥装置，其特征在于，还包括：

作物高度采集装置，所述作物高度采集装置安装于所述传感器支架上，所述作物高度采集装置与所述升降调节机构分别通信连接所述控制系统。

5.根据权利要求1至4任一所述的基于作物苗情信息的变量施肥装置，其特征在于，所述变量撒肥系统包括：

肥料箱；

送肥机构，所述送肥机构连接所述肥料箱的出料口；

排肥控制机构，所述排肥控制机构用于控制所述出料口的开度；

撒肥机构，所述撒肥机构连接所述送肥机构。

6.根据权利要求5所述的基于作物苗情信息的变量施肥装置，其特征在于，所述送肥机构包括网格链输送机，所述网格链输送机的输送面与所述肥料箱的出料口相对应；相应地，

所述排肥控制机构设置在所述肥料箱朝向所述网格链输送机的输出端的一侧，所述排肥控制机构包括挡料板与挡料驱动机构，所述挡料板连接所述挡料驱动机构，所述挡料板的一端伸向所述出料口。

7.根据权利要求5所述的基于作物苗情信息的变量施肥装置，其特征在于，所述撒肥机构包括旋转驱动机构和多个离心撒肥盘，所述旋转驱动机构连接所述离心撒肥盘，所述旋转驱动机构通信连接所述控制系统。

8.根据权利要求7所述的基于作物苗情信息的变量施肥装置，其特征在于，还包括：

配料器，所述配料器包括一个进料口和两个配料口，所述进料口连接所述送肥机构；相应地，

所述离心撒肥盘包括两个，用于沿着垂直于所述施肥装置的行驶方向布置，并共同连接所述旋转驱动机构，所述离心撒肥盘与所述配料口一一对应。

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