CN107247442A - 一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***及其控制方法，包括检测单元I、检测单元II、无线传输模块I，无线传输模块II、电源模块、处理器模块、执行模块和显示模块，检测单元I和检测单元II通过无线传输模块1与处理器模块连接，处理器模块通过无线传输模块II将信号输出给执行单元和显示单元。本发明益于提高目前播种机施肥作业过程的效率，精确控制施肥量，保证了田间作物需要的营养信息，即可避免施肥量过大造成烧苗现象的产生，节省肥料，又可避免因施肥量不足，造成二次追肥，节省人力物力，有助于提高产量，节省资源，可为农民带来巨大经济效益。

Description

一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***及其控制方法

技术领域

本发明涉及精细农业领域，尤其是涉及一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***及其控制方法。

背景技术

精细农业是现代化农业的一个分支，其目的在于提高农业中各种资源的利用率，减少资源浪费。随着农业现代化发展，精密播种机构逐渐代替了传统的播种机构，目前的精细播种机大多数使用的是机械式和气力式播种机，播种机在作业过程中，播种机构的封闭性以及作业速度的提高导致很难使用人工去判断作业质量。例如在作业过程中，由于田间地面的复杂性，导致播种机轮胎打滑，此时若不进行播种和肥量的控制，将导致播种以及肥量不均。种子和肥量的不均匀性又将导致在农作物生长过程中由于肥料不均而产生生长不一致性，这给田间管理以及收获带来了难题，不便于农业机械化的实施，同时若施肥量过少，造成田间作物生长营养不足，减少作物产量，造成巨大经济损失，若施肥量过多，容易出现烧苗现象，造成大量种子及肥料等资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是为解决现有施肥技术随着施肥设备移动速度的变化会造成施肥量无法达到最近标准的问题，提供一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***及其控制方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：

一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***，包括用于检测肥料流量信息的检测单元I、用于检测机械行走速度信息的检测单元II、无线传输模块I，无线传输模块II、电源模块、处理器模块、执行模块和显示模块，电源模块为检测单元I、检测单元II、无线传输模块I，无线传输模块II、处理器模块、执行模块和显示模块提供所需电能，检测单元I和检测单元II通过无线传输模块1与处理器模块连接，处理器模块通过无线传输模块II将信号输出给执行单元和显示单元，

检测单元I包含压电薄膜和信号调理电路，通过与自动施肥设备中肥料存储装置连接的压电薄膜来检测肥料流量变化信息，压电薄膜根据不同的施肥流量下剩余肥料对其压力不同产生不同的感应信号，压电薄膜产生的感应信号测得肥料流量信息，并将肥料流量信息通过信号调理电路转换为数字信号，并通过无线传输模块I传输给处理器模块，

检测单元II包含差分GPS基准台、车载GPS收发模块和GPS信号调理模块，差分GPS基准台对车载GPS收发模块检测到的GPS信息进行差分处理得到速度信息，速度信息经过GPS信号调理模块转换为PLC可处理的数字信号，并通过无线传输模块I传输给处理器模块；

处理器模块对速度信息和流量信息进行处理后发出指令控制执行单元动作并将结果通过显示单元输出。

所述的执行单元为播量调节单元。

所述的处理器模块采用PLC控制器。

所述的无线传输模块I和无线传输模块II均采用JF24D收发模块，JF24D收发模块的PIN1接3.2V直流电源电源正极，PIN10接地，PIN2接输出数据端口，PIN5接输入数据端口。

利用所述的一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***的控制方法，包括如下步骤：

步骤一:通过田间试验采集不同的作业速度V对应的播量L，建立变量施肥标准数据库。

步骤二：检测单元1检测播种机GPS速度信息，并转化为数字脉冲速度信号V1；同时检测单元2检测种肥流量信息，并转化为数字脉冲流量信号L1；同时将V1信号和L1信号传输给处理器模块；

步骤三：处理器模块对步骤二中获取的速度信号V1和流量信号L1进行处理，包括如下步骤：

a) 将检测的V1信号对比标准数据库得到理论的播量L0；

b) 将检测的L1信号与理论播量L0进行比较， 如果L1>L0，计算种肥流量误差值ΔS，根据误差信息输出种肥流量控制信号，控制执行单元减小种肥流量，使其达到理论值L0；L1<L0，计算播量误差值Δs，根据误差信息输出种肥流量控制信号，控制执行单元增大种肥流量，使其达到理论值L0；L1=L0，此时表示播量与理论值接近，保持种肥流量不变；

步骤四：将步骤二中检测到的播量信息L1以及GPS位置信息和步骤三中计算得出的实际播量信息L0传输至显示单元中显示，以便于用户通过播种机驾驶舱中的显示器及时查看播量及位置信息。

本发明的有益效果是：本发明益于提高目前播种机施肥作业过程的效率，精确控制施肥量，保证了田间作物需要的营养信息，即可避免施肥量过大造成烧苗现象的产生，节省肥料，又可避免因施肥量不足，造成二次追肥，节省人力物力，有助于提高产量，节省资源，可为农民带来巨大经济效益。

附图说明

图1为速度与施肥量同步控制装置结构图。

图2为速度与施肥量同步控制***方块图。

具体实施方式

图中所示，具体实施方式如下：

一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***，包括用于检测肥料流量信息的检测单元I、用于检测机械行走速度信息的检测单元II、无线传输模块I，无线传输模块II、电源模块、处理器模块、执行模块和显示模块，电源模块为检测单元I、检测单元II、无线传输模块I，无线传输模块II、处理器模块、执行模块和显示模块提供所需电能，检测单元I和检测单元II通过无线传输模块1与处理器模块连接，处理器模块通过无线传输模块II将信号输出给执行单元和显示单元，

检测单元I包含压电薄膜和信号调理电路，通过与自动施肥设备中肥料存储装置连接的压电薄膜来检测肥料流量变化信息，压电薄膜根据不同的施肥流量下剩余肥料对其压力不同产生不同的感应信号，压电薄膜产生的感应信号测得肥料流量信息，并将肥料流量信息通过信号调理电路转换为数字信号，并通过无线传输模块I传输给处理器模块，

信号调理电路包含运算放大器电路，ADC0809芯片，集成采样保持器LF398。检测信号通过集成采样保持器LF398，然后经过运算放大器放大，再通过ADC0809芯片转换为数字信号传输给信号处理模块。

检测单元II包含差分GPS基准台、车载GPS收发模块和GPS信号调理模块，差分GPS基准台对车载GPS收发模块检测到的GPS信息进行差分处理得到速度信息，速度信息经过GPS信号调理模块转换为PLC可处理的数字信号，并通过无线传输模块I传输给处理器模块；GPS输出的速度信号为实际位移速度信号，例如当作业机械轮胎打滑时，并不产生位移信号，此时速度为零,可以避免施肥。

在施肥的作业过程中，由于田间地形的复杂性，采用检测传动轴的转速或地轮的转速，常常会出现误差。本设计采用GPS监测速度与位置信号，提高了检测作业速度的精度及位置信息。

本实施方式采用压电传感器来检测排种管中肥料流量信息，根据肥料在排种管中流动，肥料对压电薄膜的压力信号随着播量机流速信息的不同而产生不同的电信号，根据matlab对不同的电信号与流量进行典型的相关性分析，得出线性回归模型，从而根据对电信号的检测，根据模型，得出肥料流量流速信息。显示单元通过结合GPS卫星地图，可记录并显示相关位置的施肥量信息。

处理器模块对速度信息和流量信息进行处理后发出指令控制执行单元动作并将结果通过显示单元输出。执行单元包含播量调节单元，播量监测单元以及排种排肥单元，将播量实时反馈到处理器中，实现对播量的闭环控制，同时根据GPS输出的速度信息对播量进行调整。

所述的执行单元为播量调节单元。

所述的处理器模块采用PLC控制器。

所述的无线传输模块I和无线传输模块II均采用JF24D收发模块，JF24D收发模块的PIN1接3.2V直流电源电源正极，PIN10接地，PIN2接输出数据端口，PIN5接输入数据端口。

一种利用所述的一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***的控制方法，包括如下步骤：

步骤一:通过田间试验采集不同的作业速度V对应的播量L，建立变量施肥标准数据库。

步骤二：检测单元1检测播种机GPS速度信息，并转化为数字脉冲速度信号V1；同时检测单元2检测种肥流量信息，并转化为数字脉冲流量信号L1；同时将V1信号和L1信号传输给处理器模块；

步骤三：处理器模块对步骤二中获取的速度信号V1和流量信号L1进行处理，包括如下步骤：

a) 将检测的V1信号对比标准数据库得到理论的播量L0；

b) 将检测的L1信号与理论播量L0进行比较， 如果L1>L0，计算种肥流量误差值ΔS，根据误差信息输出种肥流量控制信号，控制执行单元减小种肥流量，使其达到理论值L0；L1<L0，计算播量误差值Δs，根据误差信息输出种肥流量控制信号，控制执行单元增大种肥流量，使其达到理论值L0；L1=L0，此时表示播量与理论值接近，保持种肥流量不变；

步骤四：将步骤二中检测到的播量信息L1以及GPS位置信息和步骤三中计算得出的实际播量信息L0传输至显示单元中显示，以便于用户通过播种机驾驶舱中的显示器及时查看播量及位置信息。

优选的，首先在田间作业时，通过小型便携式基站的安装，通过基站之间相互通信，应用差分处理，提高基站位置定位的准确性。通过车载GPS与基站之间的通信，提高GPS定位以及测速的准确性。

优选的，GPS信号可通过相应的信号处理电路转化为PLC可直接处理的速度信号，PLC通过对GPS速度信号的处理，实施对执行单元的控制。

优选的，显示单元自带ARM处理器，GPS信号可将速度与播量信号通过自开发的田间种肥作业管理软件显示在显示屏中，同时可记录相关地图信息，用户可在显示屏中观察到不同地块的施肥量信息。

优选的，通过播量检测单元对播量信息的检测并将数据实时发送给PLC处理器，PLC处理器根据作业位移及速度信号做出对播量控制器的控制信号，同时接收反馈的播量信号，实时做出对播量控制器的调节。

本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***，其特征在于：包括用于检测肥料流量信息的检测单元I、用于检测机械行走速度信息的检测单元II、无线传输模块I，无线传输模块II、电源模块、处理器模块、执行模块和显示模块，电源模块为检测单元I、检测单元II、无线传输模块I，无线传输模块II、处理器模块、执行模块和显示模块提供所需电能，检测单元I和检测单元II通过无线传输模块1与处理器模块连接，处理器模块通过无线传输模块II将信号输出给执行单元和显示单元，

检测单元I包含压电薄膜和信号调理电路，通过与自动施肥设备中肥料存储装置连接的压电薄膜来检测肥料流量变化信息，压电薄膜根据不同的施肥流量下剩余肥料对其压力不同产生不同的感应信号，压电薄膜产生的感应信号测得肥料流量信息，并将肥料流量信息通过信号调理电路转换为数字信号，并通过无线传输模块I传输给处理器模块，

检测单元II包含差分GPS基准台、车载GPS收发模块和GPS信号调理模块，差分GPS基准台对车载GPS收发模块检测到的GPS信息进行差分处理得到速度信息，速度信息经过GPS信号调理模块转换为PLC可处理的数字信号，并通过无线传输模块I传输给处理器模块；

处理器模块对速度信息和流量信息进行处理后发出指令控制执行单元动作并将结果通过显示单元输出。

2.根据权利要求1所述的一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***，其特征在于：所述的执行单元为播量调节单元。

3.根据权利要求1所述的一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***，其特征在于：所述的处理器模块采用PLC控制器。

4.根据权利要求1所述的一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***，其特征在于：所述的无线传输模块I和无线传输模块II均采用JF24D收发模块，JF24D收发模块的PIN1接3.2V直流电源电源正极，PIN10接地，PIN2接输出数据端口，PIN5接输入数据端口。

5.一种利用权力要求1所述的一种施肥设备用的速度与肥量同步控制***的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一:通过田间试验采集不同的作业速度V对应的播量L，建立变量施肥标准数据库；

步骤二：检测单元1检测播种机GPS速度信息，并转化为数字脉冲速度信号V1；同时检测单元2检测种肥流量信息，并转化为数字脉冲流量信号L1；同时将V1信号和L1信号传输给处理器模块；

步骤三：处理器模块对步骤二中获取的速度信号V1和流量信号L1进行处理，包括如下步骤：

a) 将检测的V1信号对比标准数据库得到理论的播量L0；

b) 将检测的L1信号与理论播量L0进行比较， 如果L1>L0，计算种肥流量误差值ΔS，根据误差信息输出种肥流量控制信号，控制执行单元减小种肥流量，使其达到理论值L0；L1<L0，计算播量误差值Δs，根据误差信息输出种肥流量控制信号，控制执行单元增大种肥流量，使其达到理论值L0；L1=L0，此时表示播量与理论值接近，保持种肥流量不变；

步骤四：将步骤二中检测到的播量信息L1以及GPS位置信息和步骤三中计算得出的实际播量信息L0传输至显示单元中显示，以便于用户通过播种机驾驶舱中的显示器及时查看播量及位置信息。