CN107593048A - 一种植物精量间歇定点施肥***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种植物精量间歇定点施肥***及方法，所述***包括：行进装置、施肥装置、播种装置和控制装置；播种装置包括：种箱、排种器、排种盘转速传感器、导种管、播种监视器、第一开沟器和镇压轮；施肥装置包括：肥箱、导肥管、电控排肥器和第二开沟器；所述控制装置用于根据速度传感器获取的行进装置的行进速度、排种盘转速传感器获取的排种盘转速以及播种监视器监视的落种时间控制所述电控排肥器的工作状态以确保植株播种施肥的同步。本发明能够实现定点播种施肥同步，即本发明实现了植物播种时间歇定点施肥。

Description

一种植物精量间歇定点施肥***及方法

技术领域

本发明涉及农业生产技术领域，具体涉及一种植物精量间歇定点施肥***及方法。

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。目前我国大部分玉米播种机已经实现了定穴精播，可肥料的播施方式还是传统的外槽轮条播。玉米施肥方式除了外槽轮条施外，在中耕追肥时，我国某些高校和科研院所研究开发了追肥方式，即在玉米植株根部附近进行一对一的肥。如图1所示，某高校工学院研发的一种定株扎穴追肥装置由排肥管(1)、玉米植株位置探测机构(2)、水平位移补偿机构(3)、凸轮止动片(4)、机架(5)、追肥装置动力输入轴(6)、肥箱(7)、棘轮离合机构(8)、垂直扎穴机构(9)、间歇式排肥装置(10)、成穴装置(11)组成。当任意一侧的玉米植株位置探测机构(2)探测到玉米植株时，该侧的棘轮离合机构(8)啮合，离合轴动力传递到该侧的水平位移补偿机构(3)和垂直扎穴机构(9)，完成定点垂直扎穴的工序，成穴装置(11)和间歇式排肥装置(10)随之协同运动，完成排肥工序。

现有技术存在如下缺陷：

第一，对于传统的外槽轮条播方式，由于玉米株距大，玉米播种时的肥料条施方式把肥料施在了两株玉米之间的空白地，造成了肥料的浪费，肥料利用率低。

第二，对于图1所示的中耕追肥方式，虽已经实现利用机械探测机构定株追肥，可是播种时的底肥却没有玉米植株用来探测实现定株施肥。

可见，目前缺乏一种用于播种时的定点施肥装置。此外，现有的玉米播种施肥和中耕追肥都因肥料播施量不能精准控制而容易造成肥料的多施或少施，尤其是多施。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种植物精量间歇定点施肥***及方法，本发明能够实现定点播种施肥同步，即本发明能够实现植物播种时的间歇定点施肥。

具体地，本发明提供了以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种植物精量间歇定点施肥***，包括：行进装置、施肥装置、播种装置和控制装置；所述播种装置和所述施肥装置通过支架连接，且均在所述行进装置的驱动下行进；其中，所述行进装置上安装有速度传感器；

所述播种装置包括：种箱、排种器、排种盘转速传感器、导种管、播种监视器、第一开沟器和镇压轮；其中，所述种箱与所述排种器连接，所述排种器与所述导种管连接，所述排种盘转速传感器固定在所述排种器上，所述播种监视器固定在所述导种管的中下端；

所述施肥装置包括：肥箱、导肥管、电控排肥器和第二开沟器；其中，所述肥箱与所述导肥管连接，所述电控排肥器固定在所述导肥管的中下端，所述电控排肥器用于根据预设定点施肥量控制排肥器的开启时间、开启时长以及开口大小；

所述控制装置用于根据所述速度传感器获取的行进装置的行进速度、所述排种盘转速传感器获取的排种盘转速以及所述播种监视器监视的落种时间控制所述电控排肥器的工作状态以确保植株播种施肥的同步。

进一步地，所述控制装置用于在所述排种盘转速为非零且所述行进装置匀速行进时，根据所述行进装置的行进速度、播种装置和施肥装置的相关装置参数计算从落种到打开导肥管的时间△T，并根据所述播种监视器当前监视到的某一落种时间以及所述△T确定所述电控排肥器的开启时间，同时根据播种时间间隔确定电控排肥器的后续开启时间间隔，以保证种肥同点落下；其中，从落种到打开导肥管的时间△T是指在确保落肥点与落种点同步的前提下从监视到种子下落到开启导肥管的最短时间。

进一步地，所述控制装置还用于在所述排种盘转速为非零且所述行进装置为非匀速行进时，控制所述电控排肥器处于常开状态，其中，所述电控排肥器处于常开状态是指所述电控排肥器控制排肥器持续施肥。

进一步地，所述控制装置还用于在所述排种盘转速为零时控制所述电控排肥器关闭。

进一步地，所述播种监视器配合电控排肥器还用于监视种肥同步结果，并将监视到的种肥同步结果上传至控制装置以使控制装置根据所述播种监视器监视到的排种时间实时修正所述电控排肥器的开启时间。

进一步地，所述第一开沟器为双圆盘开沟器。

进一步地，所述第二开沟器为单圆盘开沟器。

进一步地，所述行进装置上还安装有终端设备，所述终端设备上设置有参数初始化模块，所述参数初始化模块中存储的参数信息至少包括行进装置的行进速度信息、排种盘转速信息、播种装置和施肥装置的相关装置参数信息以及待施肥植物的株距信息，所述终端设备用于将参数初始化模块中存储的参数信息发送给所述控制装置。

第二方面，本发明还提供了一种基于如上面所述的植物精量间歇定点施肥***的植物精量间歇定点施肥方法，该方法包括：

S1、控制装置若检测到行进装置开始行进且排种盘转速不为零，则根据定点施肥量控制电控施肥器开关常开；

S2、控制装置若检测到排种盘转速不为零且行进装置处于匀速行进状态，则根据行进装置的行进速度、播种装置以及施肥装置的相关装置参数计算从落种到打开导肥管的时间△T，并根据播种监视器当前监视到的某一落种时间以及所述△T确定所述电控排肥器的开启时间，同时根据播种时间间隔确定电控排肥器的后续开启时间间隔，以保证种肥同点落下；其中，从落种到打开导肥管的时间△T是指在确保落肥点与落种点同步的前提下从监视到种子下落到开启导肥管的最短时间；

S3、控制装置若检测到排种盘转速不为零且行进装置行进速度变小，则根据定点施肥量控制电控施肥器开关常开；

S4、控制装置若检测到排种盘转速为零，则控制所述电控排肥器关闭。

进一步地，所述方法还包括：在排种盘转速不为零且行进装置处于匀速行进状态时，所述控制装置还用于根据所述播种监视器配合电控排肥器监视的种肥同步结果按照实时排种时间对所述电控排肥器的开启时间进行实时修正。

由上述技术方案可知，本发明提供的植物精量间歇定点施肥***，利用作业速度、植物下种时间等信息采集和处理来控制定点施肥时间，进而完成种肥播施同步，实现植物播种时间歇定点施肥，本发明可以明显减少施肥量，比现有外槽轮条施方式至少可以节约肥料50％。此外，本发明通过控制排肥器的开启时间、开启时长和开口大小来控制施肥量，从而实现了精量施肥，避免了以往因肥料少施或多施造成出苗质量不高的问题。进一步，本发明提供的植物精量间歇定点施肥***结构简单明了，完全可以在现有的植物播种机上进行集成改装完成，从而可以简化生产程序。最后，本发明可用于玉米、大豆、花生、等适合穴播、株距较大作物的精量定点(株)施肥或追肥，适用面较广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是现有的追肥装置结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的植物精量间歇定点施肥***的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的植物精量间歇定点施肥***的实际框架实现示意图；

图4是图3的部分细节放大图；

图5是本发明另一实施例提供的植物精量间歇定点施肥方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。

图2示出了本发明一实施例提供的植物精量间歇定点施肥***的结构示意图。参见图2，本实施例提供的植物精量间歇定点施肥***，包括：行进装置100、施肥装置200、播种装置300和控制装置400；所述播种装置300和所述施肥装置200通过支架连接，且均在所述行进装置100的驱动下行进；其中，所述行进装置100上安装有速度传感器；

所述播种装置300包括：种箱、排种器、排种盘转速传感器、导种管、播种监视器、第一开沟器和镇压轮；优选地，所述第一开沟器为双圆盘开沟器；

其中，所述种箱与所述排种器连接，所述排种器与所述导种管连接，所述排种盘转速传感器固定在所述排种器上，所述播种监视器固定在所述导种管的中下端；

所述施肥装置200包括：肥箱、导肥管、电控排肥器和第二开沟器；优选地，所述第二开沟器为单圆盘开沟器；

其中，所述肥箱与所述导肥管连接，所述电控排肥器固定在所述导肥管的中下端，所述电控排肥器用于根据预设定点施肥量控制排肥器的开启时间、开启时长以及开口大小；

所述控制装置400用于根据所述速度传感器获取的行进装置的行进速度、所述排种盘转速传感器获取的排种盘转速以及所述播种监视器监视的落种时间控制所述电控排肥器的工作状态以确保植株播种施肥的同步。

例如，在一种可选实施方式中，所述控制装置400用于在所述排种盘转速为非零且所述行进装置匀速行进时，根据所述行进装置的行进速度、播种装置和施肥装置的相关装置参数计算从落种(种子开始下落)到打开导肥管的时间△T，并根据所述播种监视器当前监视到的某一落种时间以及所述△T确定所述电控排肥器的开启时间，同时根据播种时间间隔确定电控排肥器的后续开启时间间隔，以保证种肥同点落下；其中，从落种到打开导肥管的时间△T是指在确保落肥点与落种点同步的前提下从监视到种子下落到开启导肥管的最短时间。

这里，播种装置和施肥装置的相关装置参数是指播种装置和施肥装置的物理尺寸以及排种、排肥性能等参数。

其中，在计算从落种(种子开始下落)到打开导肥管的时间△T时，先根据播种装置和施肥装置的物理尺寸以及排种、排肥性能计算电控排肥器打开开关后肥料落地时间t1以及种子从下落开始到种子落地时间t2，然后再综合株距以及行进装置的行进速度，计算出在确保落肥点和落种点同步时从监视到种子下落到开启肥料开关最短的时间△T，这里，在计算时间△T时，依据为：所监测的落种点与第一次排肥的落点距离刚好是株距的最小整数倍。

可以理解的是，上面“根据所述播种监视器当前监视到的某一落种时间以及所述△T确定所述电控排肥器的开启时间，同时根据播种时间间隔确定电控排肥器的后续开启时间间隔，以保证种肥同点落下”是指：在监视到有种子下落过后时间△T时，打开电控排肥器，根据施肥量确定排肥器开启时长或者开口大小，再根据株距和行进速度计算出相邻两株植物播种时间间隔t3，并将t3作为后续电控排肥器的开启时间间隔。

此外，所述播种监视器配合电控排肥器还用于监视种肥同步的结果，并将监视到的种肥同步结果上传至控制装置以使控制装置根据所述播种监视器监视到的排种时间实时修正所述电控排肥器的开启时间(这里参照△T的推导，根据电控排肥器的排肥时间和播种监视的排种时间可以倒推化肥落点和种子落点的同步结果，微调△T的大小，然后依据实时排种时间，控制排肥器的开启时间。此修正主要考虑到排种器排种的稳定性，尤其是容易打滑的地轮驱动排种器)。

此外，在具体实现时，所述行进装置100上还可以安装终端设备(如手机、掌上电脑或显示屏)，所述终端设备上设置有参数初始化模块，所述参数初始化模块中存储的参数信息至少包括行进装置的行进速度信息、排种盘转速信息、播种装置和施肥装置的相关装置参数信息以及待施肥植物的株距信息，所述终端设备用于将参数初始化模块中存储的参数信息发送给所述控制装置。

在另一种可选实施方式中，所述控制装置400还用于在所述排种盘转速为非零且所述行进装置为非匀速行进时，控制所述电控排肥器处于常开状态，其中，所述电控排肥器处于常开状态是指控制排肥器持续施肥。

例如，当进行植物施肥作业时，在田间地头起步或者地尾停车时车速一直在变化(此时为非匀速状态)，为了保证植物不缺肥，只要监视到有植物下种而且车辆没有停止，就要保持电控排肥器处在开启状态。

在又一种可选实施方式中，所述控制装置400还用于在所述排种盘转速为零时控制所述电控排肥器关闭。

可以理解的是，当所述排种盘转速为零时说明已停止播种，那么此时应关闭电控排肥器，以停止施肥。

图3示出了本发明实施例提供的植物精量间歇定点施肥***的一种实际框架实现示意图，图4是图3的部分细节放大图。该***的行进装置采用拖拉机实现，控制装置设置在拖拉机上。参见图3，***中的施肥装置为标号(I)指代的部分，主要是由肥箱(1)、导肥管(10)、单圆盘开沟器(11)、电控排肥器(9)等组成。其中，肥箱(1)通过螺栓固定在机架(8)上，肥箱(1)与导肥管(10)直连，电控排肥器(9)固定在导肥管(10)中下端。

参见图3，***中的播种装置为标号(II)指代的部分，主要是由播种监视器(6)、种箱(2)、排种器(3)、镇压轮(4)、双圆盘开沟器(5)、导种管(7)、排种盘转速传感器(16)等组成。其中，种箱(2)、排种器(3)相连接，播种监视器(6)固定在导种管(7)中下端，排种盘转速传感器(16)通过螺栓固定在排种器(3)上。

此外，拖拉机上装有速度传感器(12)、终端(13)、控制装置(14)和卫星天线(15)。

上述***的工作原理为：当进行植物施肥作业时，田间地头起步或者地尾停车车速一直在变化，为了保证植物不缺肥，只要监视到有植物下种而且车辆没有停止，就要保持电控排肥器处在开启状态；只有在机车匀速前进时，根据播种施肥装置的物理尺寸和排肥、排种性能，得出电控排肥器打开开关至肥料落地时间t1和监测到种子下落开始到种子落地时间t2，再综合株距以及机车行进速度，计算出在确保落肥点和落种点同步时从监视到种子下落到开启肥料开关最短的时间t，即在监视到有种子下落过后时间t时，打开电控排肥器，根据施肥量确定排肥器开启时长，根据株距和行进速度计算出相邻两株植物播种时间间隔t3，电控排肥器的开启时间间隔与排种相同，也是t3。播种时，播种施肥监视***进行实时反馈修正排肥器的开启时间。

下面以模拟播种施肥场景为例进行播种施肥工作流程说明。

a、终端加电启动参数初始化模块，读取或者输入速度信息(包括机车速度和排种盘转速)及机具物理参数，电控排肥器开关为关闭状态；

b、检测到机车行进，且排种盘转动，根据施肥量，电控施肥器开关常开；

c、检测到排种盘转动且机车匀速行进，控制器根据速度和机具基本参数推算出从检测到落种到打开施肥开关的时间△T，根据检测到的某一落种时间来执行落肥时间，保证种肥同点落下；

d、检测到排种盘转动且机车速度变小，电控排肥器开关常开；

e、检测到排种盘转速为0，电控施肥器开关关闭。

由上述描述可知，本发明实施例提供的植物精量间歇定点施肥***，利用作业速度、植物下种时间等信息采集和处理来控制定点施肥时间，进而完成种肥播施同步，实现植物播种时间歇定点施肥，本发明可以明显减少施肥量，比现有外槽轮条施方式至少可以节约肥料50％。此外，本发明通过控制导肥管的开启时长和开口大小来控制施肥量，从而实现了精量施肥，避免了以往因肥料少施或多施造成出苗质量不高的问题。进一步，本发明提供的植物精量间歇定点施肥***结构简单明了，完全可以在现有的植物播种机上进行集成改装完成，从而可以简化生产程序。最后，本发明可用于玉米、大豆、花生等适合穴播、株距较大作物的精量定点(株)施肥或追肥，适用面较广。

综上所述可见，本发明实施例在现有植物播种机的基础上，通过加装传感装置和变量排肥控制装置，集成信息采集与处理和电控技术，实现了植物播种时的间歇定点精量施肥，为植物(如玉米)的生产提供了一种精量间歇定点(株)施肥装置及方法。最终使得在植物播种时，减少施肥量，提高肥料的利用率，有利于我国农业绿色高效的长远发展。

本发明另一实施例提供了一种基于上一实施例所述的植物精量间歇定点施肥***的植物精量间歇定点施肥方法，参见图5，该方法包括如下步骤：

步骤101：控制装置若检测到行进装置开始行进且排种盘转速不为零，则根据定点施肥量控制电控施肥器开关常开。

步骤102：控制装置若检测到排种盘转速不为零且行进装置处于匀速行进状态，则根据行进装置的行进速度、播种装置以及施肥装置的相关装置参数计算从落种到打开导肥管的时间△T，并根据播种监视器当前监视到的某一落种时间以及所述△T确定所述电控排肥器的开启时间，同时根据播种时间间隔确定电控排肥器的后续开启时间间隔，以保证种肥同点落下；其中，从落种到打开导肥管的时间△T是指在确保落肥点与落种点同步的前提下从监视到种子下落到开启导肥管的最短时间。

步骤103：控制装置若检测到排种盘转速不为零且行进装置行进速度变小，则根据定点施肥量控制电控施肥器开关常开。

步骤104：控制装置若检测到排种盘转速为零，则控制所述电控排肥器关闭。

在一种可选实施方式中，所述方法还包括：在排种盘转速不为零且行进装置处于匀速行进状态时，所述控制装置还用于根据所述播种监视器和电控排肥器监视的种肥同步结果按照实时的排种时间对所述电控排肥器的开启时间进行实时修正。

本实施例提供的植物精量间歇定点施肥方法采用上述实施例所述的植物精量间歇定点施肥***执行，如其原理和有益效果类似，此处不再详述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于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 (10)

1.一种植物精量间歇定点施肥***，其特征在于，包括：行进装置、施肥装置、播种装置和控制装置；所述播种装置和所述施肥装置通过支架连接，且均在所述行进装置的驱动下行进；其中，所述行进装置上安装有速度传感器；

所述播种装置包括：种箱、排种器、排种盘转速传感器、导种管、播种监视器、第一开沟器和镇压轮；其中，所述种箱与所述排种器连接，所述排种器与所述导种管连接，所述排种盘转速传感器固定在所述排种器上，所述播种监视器固定在所述导种管的中下端；

所述施肥装置包括：肥箱、导肥管、电控排肥器和第二开沟器；其中，所述肥箱与所述导肥管连接，所述电控排肥器固定在所述导肥管的中下端，所述电控排肥器用于根据预设定点施肥量控制排肥器的开启时间、开启时长以及开口大小；

所述控制装置用于根据所述速度传感器获取的行进装置的行进速度、所述排种盘转速传感器获取的排种盘转速以及所述播种监视器监视的落种时间控制所述电控排肥器的工作状态以确保植株播种施肥的同步。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制装置用于在所述排种盘转速为非零且所述行进装置匀速行进时，根据所述行进装置的行进速度、播种装置和施肥装置的相关装置参数计算从落种到打开导肥管的时间△T，并根据所述播种监视器当前监视到的某一落种时间以及所述△T确定所述电控排肥器的开启时间，同时根据播种时间间隔确定电控排肥器的后续开启时间间隔，以保证种肥同点落下；其中，从落种到打开导肥管的时间△T是指在确保落肥点与落种点同步的前提下从监视到种子下落到开启导肥管的最短时间。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制装置还用于在所述排种盘转速为非零且所述行进装置为非匀速行进时，控制所述电控排肥器处于常开状态，其中，所述电控排肥器处于常开状态是指所述电控排肥器控制排肥器持续施肥。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制装置还用于在所述排种盘转速为零时控制所述电控排肥器关闭。

5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述播种监视器配合电控排肥器还用于监视种肥同步的结果，并将监视到的种肥同步结果上传至控制装置以使控制装置根据所述播种监视器监视到的排种时间实时修正所述电控排肥器的开启时间。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一开沟器为双圆盘开沟器。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第二开沟器为单圆盘开沟器。

8.根据权利要求1～7任一项所述的***，其特征在于，所述行进装置上还安装有终端设备，所述终端设备上设置有参数初始化模块，所述参数初始化模块中存储的参数信息至少包括行进装置的行进速度信息、排种盘转速信息、播种装置和施肥装置的相关装置参数信息以及待施肥植物的株距信息，所述终端设备用于将参数初始化模块中存储的参数信息发送给所述控制装置。

9.一种基于如权利要求1～8任一项所述的植物精量间歇定点施肥***的植物精量间歇定点施肥方法，其特征在于，包括：

S1、控制装置若检测到行进装置开始行进且排种盘转速不为零，则根据定点施肥量控制电控施肥器开关常开；

S2、控制装置若检测到排种盘转速不为零且行进装置处于匀速行进状态，则根据行进装置的行进速度、播种装置以及施肥装置的相关装置参数计算从落种到打开导肥管的时间△T，并根据播种监视器当前监视到的某一落种时间以及所述△T确定所述电控排肥器的开启时间，同时根据播种时间间隔确定电控排肥器的后续开启时间间隔，以保证种肥同点落下；其中，从落种到打开导肥管的时间△T是指在确保落肥点与落种点同步的前提下从监视到种子下落到开启导肥管的最短时间；

S3、控制装置若检测到排种盘转速不为零且行进装置行进速度变小，则根据定点施肥量控制电控施肥器开关常开；

S4、控制装置若检测到排种盘转速为零，则控制所述电控排肥器关闭。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在排种盘转速不为零且行进装置处于匀速行进状态时，所述控制装置还用于根据所述播种监视器和电控排肥器监视的种肥同步结果按照实时的排种时间对所述电控排肥器的开启时间进行实时修正。