CN115191204A - 一种平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，该装置包括平移式运载机构、供水机构、肥药供给机构以及变量喷施机构；所述平移式运载机构包括运载平台、喷灌运载梁和平移驱动机构；所述供水机构包括水源、供水管以及供水泵，所述供水管的一端延伸至水源处；所述肥药供给机构设置在运载平台上，该肥药供给机构包括储放桶、肥药输送管以及肥药输送泵，所述肥药输送管的一端与储放桶连通，另一端与供水管汇合连通；所述变量喷施机构包括喷施管、喷施泵和多个喷头，所述喷施管的一端与肥药输送管或供水管连通，另一端与多个喷头连通。本发明可进行大宽幅、规模化的秧苗田间管理工作，同时具有操作简便、水肥药喷施量精确可调等优点。
Description
技术领域
本发明涉及农业喷施装置，具体涉及一种平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置。
背景技术
目前的水稻种植大多采用移栽方式，南方水稻移栽秧苗主要在进行田间育秧，再将秧苗移栽到正式的水田中。其中，现有的秧苗生长期间田间管理尤其是水肥药的管理还是以人工为主，存在施量不均匀、劳动强度大和化肥农药浪费严重等问题。
为此，现有技术中提出了一些自动育秧肥药喷施装置，例如可实现宽幅自动化淋水作业的育苗绿化场设备、基于无人机的育秧农药喷施装置以及针对小幅宽作业的温室育秧自走式水肥药一体化喷施装置等。
但上述设备不能同时满足灌溉、施肥和施药需求，更难以满足大田育秧环境中大宽幅、多单元的变量水肥药一体化作业。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，该喷施装置可以进行大宽幅、规模化的育秧工作，同时具有操作简便、水肥药喷施量精确可调等优点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，包括平移式运载平机构、供水机构、肥药供给机构以及变量喷施机构；
所述平移式运载机构包括运载平台、喷灌运载梁和平移驱动机构；所述平移驱动机构包括两组用于在秧田的相对的两侧行走的行走组件，所述喷灌运载梁的两端安装在两组行走组件上；所述运载平台设置在行走组件上；
所述供水机构包括水源、供水管以及设置在供水管上的供水泵，所述供水管的一端延伸至水源处；
所述肥药供给机构设置在运载平台上，该肥药供给机构包括用于储放肥液或药液的储放桶、用于输送肥液或药液的肥药输送管以及设置在肥药输送管上的肥药输送泵，所述肥药输送管的一端与储放桶连通，另一端与供水管汇合连通；
所述变量喷施机构包括喷施管、设置在喷施管上的喷施泵和多个喷头，所述喷施管的一端与肥药输送管或供水管连通，另一端沿着喷灌运载梁的长度方向进行延伸且与多个喷头连通。
上述平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置的工作原理为：
工作时，先启动平移驱动机构，驱动行走组件沿着秧田的边长方向移动；与此同时，通过供水管在水源处抽取水，以及通过肥药输送管在储放桶中抽取肥液或药液，水与肥液或药液在交汇处进行混合，实现水肥(药)一体化输送。继而通过喷施管将混合液输送至喷头，再通过喷头向秧苗进行喷施，从而实现大宽幅、规模化的秧苗水肥(药)一体化喷施作业。
本发明的一个优选方案，其中，所述平移式运载机构还包括轨道，所述行走组件行走在轨道上。
本发明的一个优选方案，其中，所述水源由设置在秧田的侧边的水渠或河流构成，所述水渠或河流的长度方向与平移式运载机构的移动方向平行；所述供水管的另一端延伸至水渠中。这样，可以将水渠或河流作为水源，无需配备大型水箱，移动运行性能好，在保证水肥药变量喷施模块喷施均匀精准的前提下可实现长距离、大幅宽作业，提高作业效率。
本发明的一个优选方案，其中，所述储放桶上设有搅拌结构和液位传感器，该储放桶的出口处设有电磁阀。
本发明的一个优选方案，其中，所述肥药输送管上设有止回阀和用于计算流量大小的流量计，实现肥液和药液流量的实时检测并防止混合液倒流污染肥液、药液原液。
本发明的一个优选方案，其中，所述肥药供给机构至少设有两组，两组肥药供给机构的肥药输送管的另一端通过同一个三通管与供水管连通。通过设置至少两组肥药供给机构，可以加入不同的肥料或药液，统一进行喷施，可提高喷施效率。
本发明的一个优选方案，其中，所述喷施管包括喷施主管、喷施支管以及中间过渡管；
所述喷施支管和中间过渡管均设有多个，多个中间过渡管的一端沿着喷施主管的延伸方向均匀地连接在喷施主管上，另一端分别与多个喷施支管连通；至少两个喷头设置在同一个喷施支管上；所述中间过渡管上设有电动球阀。通过上述结构，不仅可以获得大宽幅的喷施范围，而且还可以控制不同的喷施支管上的喷施量，从而根据实际情况进行变量喷施。
进一步，所述喷施主管和喷施支管上均设置有若干压力变送器和电磁流量计，用于实时检测所述喷施主管和喷施支管的实时压力和流量。
进一步，所述喷施主管和喷施支管均采用变径管道，这样可以保证喷灌机作业时各喷施支管入口流量一致以及喷头喷量一致。
进一步，所述喷头采用V型广角扇形喷头，该喷头的安装间距为0.9m。
进一步，所述喷施主管和喷施支管均由至少两段拼接管接驳构成，相邻的两个拼接管通过活接头实现固定连接，从而可实现装置的快速安装和拆解。通过调节喷施支管上的活接头的相对转角，可使喷头的喷施作业面与地平面夹角在70°～90°范围内调控。
进一步，所述喷施支管通过可调节的管箍固定安装在喷灌运载梁的支架上，通过调节管箍与支架的相对高度，可实现喷头的喷施高度在1.0～1.2m的范围调节。
本发明的一个优选方案，其中，还包括过滤机构，该过滤机构包括肥药过滤器和水质过滤器，所述肥药过滤器设置在肥药输送管上；
所述水质过滤器设置在供水管上。
进一步，所述水质过滤器包括离心过滤器和叠片过滤器。
本发明的一个优选方案，其中，还包括中控***，该中控***包括作为上位机的人机交互界面、作为下位机的可编程逻辑控制器、模拟量转换模块、继电器、变频器以及供电线路；
所述中控***与液位传感器、流量计、肥药输送泵、搅拌结构、电磁阀、供水泵、喷施泵和电动球阀电连接。
进一步，所述人机交互触摸界面包括登录界面、运行监控界面、等级标定界面、肥药配方界面和数据日志界面；
登陆界面用于用户设置密码登陆和人员管理；；
运行监控界面用于用户对现场设备的作业参数进行调整，并监测各执行设备和监测设备的运行情况；
等级标定界面用于标定水稻育秧单元水肥药喷施等级，分别为Q1、Q2和Q3，电动球阀406开度分别对应为50°、70°和90°；
肥药配方界面用于对多种作物不同灌溉期的水肥药配比值进行设定，满足不同作业灌溉肥药添加需求；
数据日志界面用于实现对往期操作记录的调取与查询。
进一步，通过中控***基于无人机遥感技术(或农田信息快速采集装置)获取并处理得到育秧场水肥药需求直方图，通过上位机自动标定各育秧单元的喷施等级并设定当前作物需肥或农药喷施配比值，下达施肥及喷药量的指标，同时统计用水量、施肥量和用药量；
当进行变量喷施作业时，中控***实时获取当前育秧作业行标定值数据，利用数模转换模块将实时的喷施等级数据转为电流模拟量，以便中控***实时调控各支路电动球阀开度，实现精准喷洒流量快速测量与调控；
启动平移驱动机构，驱动行走组件沿着秧田的边长方向移动；
通过供水管在水源处抽取水；
通过肥药输送管在储放桶中抽取肥液或药液；当需要混肥或混药时，在上位机和下位机控制下，根据电磁流量计监测的喷施主管流量，同时参考上位机设定的水肥药配比值，在PID算法调控下改变肥药输送泵输入电压进而改变其转速，将对应量的肥液或药液注入供水管中进行混合，实现动态流量下恒比注肥、注药；
通过喷施支管将混合液输送至喷头，再通过喷头向秧苗进行喷施，从而实现大宽幅、规模化的秧苗水肥或水药喷施作业。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种平移式田间秧苗管理水肥药变量喷施装置。该装置可根据无人机遥感技术(或农田信息快速采集装置)进行秧苗水肥药需求信息快速采集后的需求直方图，开展水肥药变量喷施，可减少农药和化肥施用量，保证秧苗质量，节水和省工。
(2)本发明采用基于PLC的PID自整定技术和变量喷施技术，能够根据不同秧苗育秧单元的病虫草害情况差异、遵循“轻症少量、重症多量”原则、作业过程精准定位并可按照喷施等级自主实现“定比混合，变量喷施”作业，提高作业效率，同时实现可视化作业，自动化和智能化程度高。
(3)本发明可以水渠或河流作为水源，无需配备大型水箱，移动运行性能好，在保证变量喷施机构喷施均匀精准的前提下可实现长距离、大幅宽作业，提高作业效率。
(4)本发明可通过调节流量、喷头喷施高度和喷淋角度以适用作物对象包括但不限于水稻、小麦、大豆、油菜、西红柿、韭菜、小青菜，通用性强。
附图说明
图1为本发明的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置的实际使用结构示意图。
图2为本发明的供水机构和肥药供给机构的立体结构示意图。
图3为本发明的变量喷施机构的立体结构示意图。
图4为本发明的秧苗育秧单元喷施等级划分示意图。
图5为本发明的秧苗育秧单元喷施等级与球阀开度关系图。
图6为本发明的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置的工作原理流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-3，本实施例的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，包括平移式运载机构1、供水机构2、肥药供给机构3、变量喷施机构4、过滤机构以及中控***5。
参见图1-3，所述平移式运载机构1包括运载平台1-1、喷灌运载梁1-2以及用于驱动运载平台1-1和喷灌运载梁1-2进行移动的平移驱动机构；所述平移驱动机构包括两组用于在秧田的相对的两侧行走的行走组件1-3，所述喷灌运载梁1-2的两端安装在两组行走组件1-3上；所述运载平台1-1设置在行走组件1-3上；所述平移式运载机构1还包括轨道1-4，所述行走组件行走在轨道1-4上。
参见图1-3，所述供水机构2包括水源2-1、供水管2-2以及设置在供水管2-2上的供水泵2-3，所述供水管2-2的一端延伸至水源2-1处；其中，所述水源2-1由设置在秧田的侧边的水渠构成，所述水渠的长度方向与平移式运载机构1的移动方向平行；所述供水管2-2的另一端延伸至水渠或河流中。这样，可以将水渠或河流作为水源2-1，无需配备大型水箱，移动运行性能好，在保证水肥药变量喷施模块喷施均匀精准的前提下可实现长距离、大幅宽作业，提高作业效率。
参见图1-3，所述肥药供给机构3设置在运载平台1-1上，该肥药供给机构3包括用于储放肥液或药液的储放桶3-1、用于输送肥液或药液的肥药输送管3-2以及设置在肥药输送管3-2上的肥药输送泵3-3，所述肥药输送管3-2的一端与储放桶3-1连通，另一端与供水管2-2汇合连通；所述储放桶3-1上设有搅拌结构3-4和液位传感器，该储放桶3-1的出口处设有电磁阀3-5。
进一步，所述肥药输送管3-2上设有止回阀3-6和用于计算流量大小的流量计3-7，实现肥液和药液流量的实时检测并防止混合液倒流污染肥液、药液原液。
进一步，所述肥药供给机构3至少设有两组，两组肥药供给机构3的肥药输送管3-2的另一端通过同一个三通管与供水管2-2连通。通过设置至少两组肥药供给机构3，可以加入不同的肥液或药液，统一进行喷施，可提高喷施效率。
参见图1-3，所述变量喷施机构4包括喷施管、设置在喷施管上的喷施泵和多个喷头4-1，所述喷施管的一端与肥药输送管3-2或供水管2-2连通，另一端沿着喷灌运载梁1-2的长度方向进行延伸且与多个喷头4-1连通。进一步，所述喷施管包括喷施主管4-2、喷施支管4-3以及中间过渡管4-4；所述喷施支管4-3和中间过渡管4-4均设有多个，多个中间过渡管4-4的一端沿着喷施主管4-2的延伸方向均匀地连接在喷施主管4-2上，另一端分别与多个喷施支管4-3连通；至少两个喷头4-1设置在同一个喷施支管4-3上；所述中间过渡管4-4上设有电动球阀4-5。通过上述结构，不仅可以获得大宽幅的喷施范围，而且还可以控制不同的喷施支管4-3上的喷施量，从而根据实际情况进行变量喷施。
进一步，所述喷施主管4-2和喷施支管4-3上均设置有若干压力变送器4-8和电磁流量计4-7，用于实时检测所述喷施主管4-2和喷施支管管4-3的实时压力和流量。
进一步，所述喷施主管4-2和喷施支管4-3均采用变径管道，这样可以保证喷灌机作业时各喷施支管4-3入口流量一致以及喷头4-1喷量一致。
进一步，所述喷头4-1采用V型广角扇形喷头4-1，该喷头4-1的安装间距为0.9m。
进一步，所述喷施主管4-2和喷施支管4-3均由至少两段拼接管接驳构成，相邻的两个拼接管通过活接头实现固定连接，从而可实现装置的快速安装和拆解。通过调节喷施支管4-3上的活接头的相对转角，可使喷头4-1的喷施作业面与地平面夹角在70°～90°范围内调控
进一步，所述喷施支管4-3通过可调节的管箍4-6固定安装在喷灌运载梁1-2的支架1-2-1上，通过调节管箍4-6与支架1-2-1的相对高度，可实现喷头4-1的喷施高度在1.0～1.2m的范围调节。
参见图1-3，所述过滤机构包括肥药过滤器3-8和水质过滤器，所述肥药过滤器3-8设置在肥药输送管3-2上；所述水质过滤器设置在供水管2-2上。
进一步，所述水质过滤器包括离心过滤器2-4和叠片过滤器2-5。
参见图1-3，所述中控***5包括作为上位机的人机交互界面、作为下位机的可编程逻辑控制器、模拟量转换模块、继电器、变频器以及供电线路；所述中控***5与液位传感器、流量计3-7、肥药输送泵3-3、搅拌结构3-4、电磁阀3-5、供水泵2-3、喷施泵和电动球阀4-5电连接。
参见图4-5，所述人机交互触摸界面包括登录界面、运行监控界面、等级标定界面、肥药配方界面和数据日志界面；登陆界面用于用户设置密码登陆；运行监控界面用于用户对现场设备的作业参数进行调整，并监测各执行和监测设备的运行情况；
等级标定界面用于标定水稻育秧单元水肥药喷施等级，分别为Q1、Q2和Q3，电动球阀4-5开度分别对应为50°、70°和90°；肥药配方界面用于对多种作物不同灌溉期的水肥药配比值进行设定，满足不同作业灌溉肥药添加需求；数据日志界面用于实现对往期操作记录的调取与查询。
参见图1-6，本实施例的平移式秧苗管理水肥药一体化变量喷施方法，包括以下步骤：
通过中控***5基于无人机遥感技术(或农田信息快速采集装置)获取并处理得到育秧场水肥药需求直方图，通过上位机自动标定各育秧单元的喷施等级并设定当前作物需肥或农药喷施配比值，下达施肥及喷药量的指标，同时统计用水量、施肥量和用药量。
当进行变量喷施作业时，中控***5实时获取当前育秧作业行标定值数据，利用数模转换模块将实时的喷施等级数据转为电流模拟量，以便中控***5实时调控各支路电动球阀4-5开度，实现精准喷洒流量快速测量与调控。
启动平移驱动机构，驱动行走组件1-3沿着秧田的边长方向移动。
通过供水管2-2在水源2-1处抽取水。
通过肥药输送管3-2在储放桶3-1中抽取农药或肥料；当需要混肥或混药时，在上位机和下位机控制下，根据电磁流量计4-7监测的喷施主管4-2流量，同时参考上位机设定的水肥药配比值，在PID算法调控下改变肥药输送泵3-3输入电压进而改变其转速，将对应量的肥液或药液注入供水管2-2中进行混合，实现动态流量下恒比注肥、注药。
通过喷施管将混合液输送至喷头4-1，再通过喷头4-1向秧苗进行喷施，从而实现长距离、大宽幅、规模化的秧苗喷施作业。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，包括平移式运载机构、供水机构、肥药供给机构以及变量喷施机构；
所述平移式运载机构包括运载平台、喷灌运载梁和平移驱动机构；所述平移驱动机构包括两组用于在秧田的相对的两侧行走的行走组件，所述喷灌运载梁的两端安装在两组行走组件上；所述运载平台设置在行走组件上；
所述供水机构包括水源、供水管以及设置在供水管上的供水泵，所述供水管的一端延伸至水源处；
所述肥药供给机构设置在运载平台上，该肥药供给机构包括用于储放肥液或药液的储放桶、用于输送肥液或药液的肥药输送管以及设置在肥药输送管上的肥药输送泵，所述肥药输送管的一端与储放桶连通，另一端与供水管汇合连通；
所述变量喷施机构包括喷施管、设置在喷施管上的喷施泵和多个喷头，所述喷施管的一端与肥药输送管或供水管连通，另一端沿着喷灌运载梁的长度方向进行延伸且与多个喷头连通。
2.根据权利要求1所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，所述水源由设置在秧田的侧边的水渠构成，所述水渠的长度方向与平移式运载机构的移动方向平行；所述供水管的另一端延伸水渠中。
3.根据权利要求1所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，所述储放桶上设有搅拌结构和液位传感器，该储放桶的出口处设有电磁阀；
所述肥药输送管上设有止回阀和用于计算流量大小的流量计。
4.根据权利要求1或3所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，所述肥药供给机构至少设有两组，两组肥药供给机构的肥药输送管的另一端通过同一个三通管与供水管连通。
5.根据权利要求1所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，所述喷施管包括喷施主管、喷施支管以及中间过渡管；
所述喷施主管和喷施支管均采用变径管道；
所述喷施主管和喷施支管上均设置有若干压力变送器和电磁流量计，用于实时检测所述喷施主管和喷施支管的实时压力和流量；
所述喷施支管和中间过渡管均设有多个，多个中间过渡管的一端沿着喷施主管的延伸方向均匀地连接在喷施主管上，另一端分别与多个喷施支管连通；至少两个喷头设置在同一个喷施支管上；
所述中间过渡管上设有电动球阀。
6.根据权利要求5所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，所述喷施主管和喷施支管均由至少两段拼接管接驳构成，相邻的两个拼接管通过活接头实现固定连接；
所述喷施支管通过可调节的管箍固定安装在喷灌运载梁的支架上。
7.根据权利要求1所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，还包括过滤机构，该过滤机构包括肥药过滤器和水质过滤器，所述肥药过滤器设置在肥药输送管上，所述水质过滤器设置在供水管上。
8.根据权利要求1所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，还包括中控***，该中控***包括作为上位机的人机交互界面、作为下位机的可编程逻辑控制器、模拟量转换模块、继电器、变频器以及供电线路；
所述中控***与液位传感器、流量计、肥药输送泵、搅拌结构、电磁阀、供水泵、喷施泵和电动球阀电连接。
9.根据权利要求8所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，所述人机交互触摸界面包括登录界面、运行监控界面、等级标定界面、肥药配方界面和数据日志界面；
登陆界面用于用户设置密码登陆和人员管理；
运行监控界面用于用户对现场设备的作业参数进行调整，并监测各执行设备和监测设备的运行情况；
等级标定界面用于标定水稻育秧单元水肥药喷施等级，分别为Q1、Q2和Q3，电动球阀开度分别对应为50°、70°和90°；
肥药配方界面用于对多种作物不同灌溉期的水肥药配比值进行设定，满足不同作业灌溉肥药添加需求；
数据日志界面用于实现对往期操作记录的调取与查询。
10.根据权利要求8所述的平移式田间秧苗管理水肥药一体化变量喷施装置，其特征在于，通过中控***基于无人机遥感技术或农田信息快速采集装置获取并处理得到育秧场水肥药需求直方图，通过上位机自动标定各育秧单元的喷施等级并设定当前作物需肥或农药喷施配比值，下达施肥及喷药量的指标，同时统计用水量、施肥量和用药量；
当进行变量喷施作业时，中控***实时获取当前育秧作业行标定值数据，利用数模转换模块将实时的喷施等级数据转为电流模拟量，以便中控***实时调控各支路电动球阀开度，实现精准喷洒流量快速测量与调控；
启动平移驱动机构，驱动行走组件沿着秧田的边长方向移动；
通过供水管在水源处抽取水；
通过肥药输送管在储放桶中抽取肥液或药液；当需要混肥或混药时，在上位机和下位机控制下，根据电磁流量计监测的喷施主管流量，同时参考上位机设定的水肥药配比值，在PID算法调控下改变肥药输送泵输入电压进而改变其转速，将对应量的肥液或药液注入供水管中进行混合，实现动态流量下恒比注肥、注药；
通过喷施支管将混合液输送至喷头，再通过喷头向秧苗进行喷施，从而实现大宽幅、规模化的秧苗水肥或水药喷施作业。
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