CN204907112U - 一种变量施肥机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变量施肥机，所述变量施肥机包括：施肥车和施肥装置，所述施肥车包括车体、机架和车轮，所述机架和车体连接，所述施肥装置设于所述机架上；所述施肥装置包括：车辆测速单元、控制器、电机驱动器、电机和拨肥轮，所述车辆测速单元、控制器、电机驱动器和电机依次连接，所述电机和拨肥轮连接；本实用新型的变量施肥机通过施肥车的行驶速度来控制电机的转速，以调节所述施肥机在单位时间的施肥量，从而实现了变量施肥，解决了由于车速带来的施肥量不符合要求的问题。

Description

一种变量施肥机

技术领域

本实用新型涉及一种施肥装置，尤其涉及一种变量施肥机。

背景技术

国内传统的果园施肥作业大多采用人工施肥。

少数果园采用简易果园施肥机代替人工施肥，该施肥机采用拖拉机的动力传动轴(PTO)带动链轮转动，将肥料撒在果树下。

采用人工施肥劳动强度高，生产效率低，对于比较大型的果园，容易错失最佳的施肥时机。随着人工成本水涨船高，人工施肥逐渐无法适应果园环境的应用。

简易式施肥机的主要采用机械方法，控制方法简单，但由于拖拉机的动力轴转速无法精确控制，施肥量无法准确控制。当拖拉机行驶速度较快时，容易造成施肥量过少的情况；当拖拉机行驶速度较慢时，施肥量又会过多的情况。

实用新型内容

本实用新型提供一种可进行变量施肥的变量施肥机，使可根据拖拉机的行驶速度调节施肥量。

本实用新型提供一种变量施肥机，

一种变量施肥机，所述变量施肥机包括：施肥车和施肥装置，所述施肥车包括车体、机架和车轮，所述机架和车体连接，所述施肥装置设于所述机架上；所述施肥装置包括：车辆测速单元、控制器、电机驱动器、电机和拨肥轮，所述车辆测速单元、控制器、电机驱动器和电机依次连接，所述电机和拨肥轮连接；

所述车辆测速单元获取所述施肥车的速度，并将获取的速度发送至所述控制器，所述控制器根据接收到的速度向所述电机驱动器发送驱动信号，所述电机驱动器根据接收的驱动信号对所述电机进行驱动，所述电机带动所述拨肥轮转动，以实现施肥。

优选的，所述电机驱动器为PWM驱动器，所述驱动信号为PWM驱动信号。

优选得，所述车辆测速单元包括安装在所述机架上的霍尔传感器和安装在所述车轮上的至少一块磁铁块，所述霍尔传感器和磁铁块对应设置，所述霍尔传感器连接所述控制器。

优选的，所述磁铁块为至少两块、且均匀安装在所述车轮上。

优选的，所述磁铁块安装在所述车轮的轮毂上。

进一步地，所述施肥装置还包括用于切换自动控制和手动控制的按键，所述按键连接所述控制器。

优选得，所述拨肥轮为一个，所述施肥装置还包括肥料箱，所述肥料箱底部开设有一个开口，所述拨肥轮设于所述肥料箱的开口底部。

优选得，所述施肥装置还包括一根导肥管，所述导肥管安装在所述机架上，所述导肥管入口设置在所述拨肥轮下方。

或者，所述拨肥轮为两个，所述施肥装置还包括肥料箱，所述肥料箱底部开设有两个开口、且与所述拨肥轮一一对应，所述两个开口在机架中轴线的左右两侧对称设置，所述拨肥轮设于所述肥料箱的对应开口的底部，所述机架中轴线为从所述施肥车的车头至车尾方向的中轴线。

优选的，所述施肥装置还包括两根导肥管，所述两根导肥管均安装在所述机架上，所述两根导肥管与所述拨肥轮一一对应，所述导肥管的入口设置在对应拨肥轮下方。

由上述技术方案可知，本实用新型的变量施肥机通过施肥车的行驶速度来控制电机的转速，以调节所述施肥机在单位时间的施肥量，从而实现了变量施肥，解决了由于车速带来的施肥量不符合要求的问题。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的变量施肥机结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的施肥量控制***的原理框图；

图3为本实用新型一实施例中霍尔传感器测速的示意图。

附图标记说明

肥料箱—1机架—2车轮—3第一电机—4第二电机—5第一减速器—6第二减速器—7第一拨肥轮—8第二拨肥轮—9第一导肥管—10第二导肥管—11电器箱—12触摸屏—13霍尔传感器—14磁铁块—15按键—16控制器—17第一485接口—18第二485接口—19第一电机驱动器—20第二电机驱动器—21

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1示出了本实用新型一实施例提供的变量施肥机的结构示意图。

如图1所示，本实施例的变量施肥机和施肥装置，包括：施肥车，施肥车包括车体、机架2和安装在机架2底部的车轮3，所述施肥装置包括车辆测速单元、控制器、电机驱动器、电机、减速器和拨肥轮，所述车辆测速单元、控制器、电机驱动器和电机依次连接，所述电机通过所述减速器和拨肥轮连接；

所述车辆测速单元获取所述施肥车的速度，并将获取的速度发送至所述控制器，所述控制器根据接收到的速度向所述电机驱动器发送驱动信号，所述电机驱动器根据接收的驱动信号对所述电机进行驱动，所述电机带动所述拨肥轮转动，以实现施肥。

为了便于检测速度，优选的，所述车辆测速单元包括安装在施肥车机架2上的霍尔传感器14和安装在所述车轮3上的一块磁铁块，所

进一步地，霍尔传感器是连接在拖拉机的连接两个前驱轮或连接两个后驱轮的车架上，该位置更加便于与磁铁块进行交互。

述霍尔传感器14和所述磁铁块对应设置，所述霍尔传感器14连接所述控制器(该实施例图中未示出)。

为了测速更精确，磁铁块设置的越多越好，所以所述车辆测速单元可优选包括至少两块，如两块、三块或六块等，至少两块磁铁块均匀安装在所述车轮3上，如图1所示，包括四块磁铁块15。由于各磁铁块间距相等，所以更便于计算车速。

再参照图1，优选的，所述磁铁块15安装在所述车轮3的轮毂上。

参照图2，进一步地，所述施肥装置还包括用于切换自动控制和手动控制的按键16，所述按键16连接所述控制器。

所述拨肥轮可以为一个，所述施肥装置还包括肥料箱1，所述肥料箱1底部开设有一个开口，所述拨肥轮设于所述肥料箱1的开口底部。

对于该种方式，施肥装置包括一个电机、一个电机驱动器和一个减速器，控制器通过485接口、485总线与电机驱动器连接，电机驱动器连接电机，电机通过减速器连接拨肥轮。控制器通过485总线给电机驱动器发送指令，进而控制电机的动作(图中未示出)。

对于该种方式，所述施肥装置还包括一根导肥管，所述导肥管安装在所述机架上，所述导肥管入口设置在所述拨肥轮下方(图中未示出)。

或者，如图1，公开了本实用新型的第二种实施例，所述拨肥轮为两个，分别为第一拨肥轮8和第二拨肥轮9，所述施肥装置还包括肥料箱1，所述肥料箱1底部开设有两个开口、且分别于第一拨肥轮8和第二拨肥轮9一一对应，所述两个开口在机架2中轴线的左右两侧对称设置，所述第一拨肥轮8和第二拨肥轮9分别设于所述肥料箱1的各对应开口的底部，所述机架2中轴线为从施肥车车头至车尾方向的中轴线。如上述设置两个开口的目的是基于一般拖拉机在两行植株的中垂线上行走，一边一个开口，可以同时对两侧的植株同时施肥，提高施肥效率。

对于具有两个拨肥轮的方式，如图1和图2所示，施肥装置包括两个电机、两个电机驱动器和两个减速器，分别为第一电机4、第二电机5、第一电机驱动器20、第二电机驱动器21、第一减速器6和第二减速器7，控制器17通过第一485接口18、第一485总线与第一电机驱动器20连接，同时通过第二485接口19、第二485总线和第二电机驱动器21连接，第一电机驱动器20连接第一电机4，第二电机驱动器21连接第二电机5，第一电机4通过第一减速器6连接第一拨肥轮8，第二电机5通过第二减速器7连接第二拨肥轮9。控制器17通过485总线给两个电机驱动器发送指令，进而控制左右两侧电机的动作。

对于该种方式，所述施肥装置还包括两根导肥管，分别为第一导肥管10和第二导肥管11，第一导肥管10和第二导肥管11均安装在所述机架2上，第一导肥管10与第一拨肥轮8、和第二导肥管11和第二拨肥轮9一一对应设置，第一导肥管10的入口设置在第一拨肥轮8下方，第二导肥管11的入口设置在第二拨肥轮9下方。

加上导肥管后可防止肥料散落，肥料施加的更集中，防止肥料浪费。

优选的，所述电机驱动器为PWM驱动器，所述驱动信号为PWM驱动信号。电机驱动器以PWM波的形式控制，通过改变输出波形的占空比来调节电机转速，达到精准控制施肥量的目的。当然，还可采用其他方式调节电机的转速，在此不再详述。

所述施肥装置还可包括触摸屏13，所述触摸屏13和所述控制器17双向连接，控制器17可通过串口与触摸屏13相连，实现人机交互。

所述控制器17可采用PLC、DSP、FPGA或CPLD。

电机可采用直流电机。所述施肥车一般为拖拉机。

参照图1，上述施肥装置的控制器17及其***电路集成在一电器箱12内，并安装在所述机架2内部。

本装置的工作原理为：施肥机通过拖拉机的三点连接机构牵引，当拖拉机移动、电机转动后，肥料被拨动落下，落到果树树冠下。

当电机转动时，拨肥轮随之转动，当拨肥轮转动时，肥料从肥料箱1进入导肥管，然后通过导肥管洒落到果树树冠下。

开始工作后，控制器17通过霍尔传感器14采集速度信号，在拖拉机运动时，霍尔传感器14每接近一个磁铁，输出一个脉冲，对于安装六块磁铁块的实施方式，每周输出六个脉冲。如图3是霍尔传感器14测速的示意图。

由于拖拉机的轮子转动一周的距离是固定的，所以在霍尔传感器14输出两个相邻脉冲的间隔时间内，拖拉机的移动距离相等。控制器根据两个脉冲之间的时间，计算出拖拉机的速度。计算公式如下：

v＝Δl/Δt(1)

其中l为拖拉机的移动距离，t为两个相邻脉冲的间隔时间；

拖拉机施肥覆盖的面积(S)等于果树行距(L_a)乘以行驶距离，如下面的公式(2)，其中，dl_t为单位时间内的行驶距离，v是拖拉机的行驶速度。

S＝L_a*dl_t＝L_a*∫vdt(2)

在行驶过程中，施肥机单位时间施肥面积为：

$\frac{ds}{dt}=L_a*v---\left(3\right)$

根据农作物的病虫害程度，每亩地的喷药量的要求不同，如下面公式，Q表示喷药量，K₀表示每亩地所需的喷药量

$\frac{dQ}{ds}=K_0---\left(4\right)$

单位时间内的施肥量根据如下公式计算,

$\frac{dQ}{dt}=\frac{ds}{dt}*\frac{dQ}{ds}=K_0*L_a*v---\left(5\right)$

由推导公式可知，单位时间内施肥量与拖拉机的实时速度v呈线性关系。

而本实用新型变量施肥机根据施肥车的行驶速度来控制电机的转速，以调节单位时间的施肥量，从而实现变量施肥，比如车速快时，加快电机转速，也就是加快拨肥轮的转速，增加单位时间的拨肥量，反之，降低单位时间的拨肥量，解决了由于车速带来的施肥量不符合要求的问题。

对于采用PWM驱动器的实施方式，施肥量与电机驱动器的占空比之间存在相应关系，所以变量施肥的核心在于根据拖拉机的实时速度调整占空比，所以在自动控制模式下，采集完拖拉机速度信息和设定喷药值后要计算电机驱动器输出的占空比，并将其通过触摸屏13显示。

施肥装置的控制***有两种工作模式，手动工作模式和自动控制模式，如，控制器根据按键16选择，判断施肥机处于何种工作模式下，所以在启动控制程序后，首先判断是否按下按键16，如果按下按键16，施肥机处于自动控制模式，施肥机根据设定的施肥量和拖拉机的速度进行自动对靶施肥作业，如果按键16未按下，判断施肥机处于手动控制模式下，控制器放弃对传感器数据的处理，直接控制电机运转，不考虑靶标状况。本施肥机可根据需要采用自动控制模式和手动控制模式，以满足用户的不同需求。

在自动控制模式下，需要操作者先设定每亩地的施肥量，并在采集拖拉机的速度信息后采集该设定喷药值，此后控制器会根据设定值自动控制施肥作业。

本变量施肥机可应用在农田或果园等种植场地的施肥使用。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种变量施肥机，其特征在于，所述变量施肥机包括：施肥车和施肥装置，所述施肥车包括车体、机架和车轮，所述机架和车体连接，所述施肥装置设于所述机架上；所述施肥装置包括：车辆测速单元、控制器、电机驱动器、电机和拨肥轮，所述车辆测速单元、控制器、电机驱动器和电机依次连接，所述电机和拨肥轮连接；

所述车辆测速单元获取所述施肥车的速度，并将获取的速度发送至所述控制器，所述控制器根据接收到的速度向所述电机驱动器发送驱动信号，所述电机驱动器根据接收的驱动信号对所述电机进行驱动，所述电机带动所述拨肥轮转动，以实现施肥。

2.根据权利要求1所述的变量施肥机，其特征在于，所述电机驱动器为PWM驱动器，所述驱动信号为PWM驱动信号。

3.根据权利要求1所述的变量施肥机，其特征在于，所述车辆测速单元包括安装在所述机架上的霍尔传感器和安装在所述车轮上的至少一块磁铁块，所述霍尔传感器和磁铁块对应设置，所述霍尔传感器连接所述控制器。

4.根据权利要求3所述的变量施肥机，其特征在于，所述磁铁块为至少两块、且均匀安装在所述车轮上。

5.根据权利要求3或4所述的变量施肥机，其特征在于，所述磁铁块安装在所述车轮的轮毂上。

6.根据权利要求1所述的变量施肥机，其特征在于，所述施肥装置还包括用于切换自动控制和手动控制的按键，所述按键连接所述控制器。

7.根据权利要求1所述的变量施肥机，其特征在于，所述拨肥轮为一个，所述施肥装置还包括肥料箱，所述肥料箱底部开设有一个开口，所述拨肥轮设于所述肥料箱的开口底部。

8.根据权利要求7所述的变量施肥机，其特征在于，所述施肥装置还包括一根导肥管，所述导肥管安装在所述机架上，所述导肥管入口设置在所述拨肥轮下方。

9.根据权利要求1所述的变量施肥机，其特征在于，所述拨肥轮为两个，所述施肥装置还包括肥料箱，所述肥料箱底部开设有两个开口、且与所述拨肥轮一一对应，所述两个开口在机架中轴线的左右两侧对称设置，所述拨肥轮设于所述肥料箱的对应开口的底部，所述机架中轴线为从所述施肥车的车头至车尾方向的中轴线。

10.根据权利要求9所述的变量施肥机，其特征在于，所述施肥装置还包括两根导肥管，所述两根导肥管均安装在所述机架上，所述两根导肥管与所述拨肥轮一一对应，所述导肥管的入口设置在对应拨肥轮下方。