一种自动化深松牵引耕地系统及方法与流程

本发明涉及深松牵引耕地领域，具体地来说，涉及一种自动化深松牵引耕地系统及方法。

背景技术：

众所周知，传统的耕地工具存在许多问题，传统的耕地工具耕地程度浅，容易造成土壤板结，久而久之，会造成植物生长情况差，土壤基质流失，后期不适合种植农作物；传统的耕地系统设备耕种效率低很难实现大面积的耕种；与此同时，当大面积的种植的时候，不同的农作物需求不同，而现有的耕种设备很难满足需求。但是实际上从可持续发展的角度讲，提高农作物产量，保护农作物耕地对于全人类有着重大的意义。

当然，现在不少的深松设备系统，但是大多数的深松耕地设备只是根据种植需求来控制耕种力度，很难实现真正将种植农作物种类与土壤的实际情况以及耕种时的实际情况进行结合量化来控制控制耕种力度等从而很难达到真正的耕地至科学合理的深度，从而也就很难真正的做到保护农业耕地。比如现有的深松技术大多只考虑土壤的硬度，基于土壤硬度来进行深松设备阻力的计算，但是实际上土壤温度、湿度影响着土壤的粘度，而土壤的粘度就会影响整个深松过程的进行，由此可以看出，现有的技术难达到真正的耕地至控制深松耕种的力度。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述由于现有深松耕系统无法将种植农作物种类与土壤的实际情况以及耕种时的实际情况相结合来控制控制耕种力度等从而很难达到真正的耕地至科学合理的耕种力度的问题，本发明提供了一种将种植农作物种类与土壤的实际情况以及耕种时的实际情况多种因素进行量化从而更精确和完整的控制耕种力度的自动化深松牵引耕地系统及方法。

本发明采用的技术方案如下：

为了解决上述问题，本发明提供了一种自动化深松牵引耕地系统,包括：

一种自动化深松牵引耕地系统,其特征在于，包括：土壤检测模块、牵引耕地执行模块、牵引耕地控制模块、牵引耕地检测装置和服务器；

所述土壤检测模块，采集土壤数据；

所述牵引耕地检测装置，检测牵引耕地模块的耕地参数；

所述服务器，接收并存储由土壤检测模块发送的土壤数据和由牵引耕地检测装置发送的耕地参数并根据土壤数据和耕地数据计算出牵引力数据信息并发送至牵引耕地控制模块；

所述牵引耕地控制模块，接收牵引力数据信息并转化成控制信号并发送至牵引耕地执行模块；

所述牵引耕地执行模块，接收控制信号并执行耕地动作。

具体地，所述土壤检测模块采用土壤硬度测试仪、土壤温度传感器和土壤湿度传感器；所述牵引耕地执行模块包括机架、设置在机架上的深松铲、与深松铲连接的深松柄、驱动深松铲的深松铲驱动装置、设置在深松铲前方的牵引架；所述牵引耕地控制模块包括用于控制深松铲驱动装置的控制器；所述牵引耕地检测装置包括角度测试仪、深度传感器、压力传感器、速度传感器；所述深度传感器包括多个，深松铲的最下端和深松柄的最上端位置均设置有深度传感器，其他深度传感器依次设置在深松铲的最下端和深松柄的最上端之间；所述牵引耕地执行模块包括压力控制器。

具体地，所述土壤硬度测试仪包括多个，设置在所述牵引架上。

同时，本申请还提供了一种自动化深松牵引耕地方法,包括以下步骤：

步骤1，划分耕地

将耕地划分为n个小区域块，依次为1,2…n-1,n(n>3，n为正整数)个小区域；每个区域大小对应深松铲的底面面积大小，依据农作物不同，将耕地划分为1,2,3…l-1,l(l>0，l为正整数)大区域，并获取不同耕地大区域的耕地深度需求参考值h1、h2、h3、h4…hl-1，hl，同时控制每个小区域内的牵引耕种时间相同；

步骤2，采集土壤数据和牵引耕地参数

采集第1个、第n-1和第n个区域土壤硬度数据分别为：y1、yn-1、yn，

获取该农作物的标准生长湿度参数为w，标准生长温度参数t，

采集第1个、第n-1和采集第n个区域土壤湿度数据分别为：w1、wn-1、wn并计算出第1个、第n-1和采集第n个区域土壤湿度系数分别为：

采集第1个、第n-1和第n个区域土壤温度数据分别为：t1、tn-1、tn，并计算出土壤温度系数为：

采集第1个区域内、第n-1个区域、第n个区域采集牵引耕地的深松铲与切入土壤平面之间的角度分别为：θ1、θn-1、θn，

测量深松铲的底面面积为s，

测量深松铲的重力为g，

测量n个小区域块深松铲的速度为v1、v2…vn-1、vn；

步骤3，计算l-1大区域的耕地牵引力初始值

基于步骤一中获取的各个数据参数计算耕地牵引力初始值的计算公式为：

步骤4，计算l-1大区域的第n-1个小区域块的耕地牵引力大小

基于步骤一计算的牵引力初始值，相同农作物的第n-1个小区域块的耕地牵引力大小计算公式为：

步骤5，当由相同农作物的l-1大区域的第n个小区域块进入l区域内的耕地牵引力大小计算模型如下：

当时，l区域内的耕地牵引力大小计算式如下：

当l大区域内的土壤参数与l-1大区域的土壤参数时，l区域内的耕地牵引力大小计算式如下,当较小时，由于温度湿度等产生的误差可以忽略，此时的耕地牵引力的值大小通常只需考虑农作物生长的具体的深度值以及农作物生长的温度参考值，以便于节省服务器的计算：

上述(1)—(4)式子中，各个字母的含义及单位分别为：

——第l-1大区域的第1个小区域内的耕地牵引力初始值，n；

v1——第l-1大区域的第1个小区域内的耕地牵引力速度，m/s；

sinθ1——第l-1大区域的第1个小区域内的深松铲与土壤平面之间的角度正弦值；

g——深松铲的重力为g，kg；

t1——土壤温度,℃；

s——深松铲的底面面积，m²；

y1——第l-1大区域的第1个小区域内的土壤硬度数据，kg/m²；

m1——第l-1大区域的第1个小区域内的土壤湿度系数；

h1——第l-1大区域的农作物的耕地深度需求参考值，m；

——第l-1大区域的第n-1个小区域内的耕地牵引力值，n；

vn-1——第l-1大区域的第1个小区域内的耕地牵引力速度，m/s；

sinθn-1——第l-1大区域的第n-1个小区域内的深松铲与土壤平面之间的角度正弦值；

in-1——第l-1大区域的第n-1个小区域内的土壤温度系数；

yn-1——第l-1大区域的第n-1个小区域内的土壤硬度数据，kg/m²；

mn-1——第l-1大区域的第n-1个小区域内的土壤湿度系数；

hl——第l大区域的耕地深度需求参考值，m；

fl——第l大区域的耕地牵引力值，n；

vl——第l大区域的的耕地牵引力速度，m/s；

sinθl——第l大区域的深松铲与土壤平面之间的角度正弦值；

il——第l大区域的土壤温度系数；

yl——第l大区域的土壤硬度数据，kg/m²；

ml——第l大区域的土壤湿度系数；

tl-1——第l-1大区域的农作物标准生长温度参数，℃；

tl-1——第l-1大区域的农作物标准生长温度参数，℃；

步骤5，执行耕地

根据步骤4计算出的耕地牵引力大小执行耕地。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明综合考虑了土壤的自身状况因素(包括温度、湿度、硬度)，牵引耕地参数(包括深松铲与切入土壤平面之间的角度、深松铲的速度)，农作物品种(不同区域的划分)等因素，并基于拟合仿真以及分块思想建立了耕地牵引力计算模型，同时将各个因素实现量化，从而实现精确的控制耕地牵引力大小，实现整个耕地行为的更精确的进行，对于控制和精确实现大范围内的耕地种植有重要意义；

2.本发明同时利用服务器将上述各个因素数据以及牵引力数据进行存储共享，实现了农业耕种过程中的数据循环使用和参考；

3.精确的控制耕地牵引力大小，使得耕种的效果更好，更加科学的耕种方式，使得整个耕种土地能够得到合理妥善的保护，同时也利于增加农作物的产量；

4.计算模型遵循节能原则，当较小时，由于温度湿度等产生的误差可以忽略，此时的耕地牵引力的值大小通常只需考虑农作物生长的具体的深度值以及农作物生长的温度参考值，以便于节省服务器的计算，达到服务器节能的目的，同时也能在一定程度上节省整个系统设备的能源消耗。

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，下面描述中的附图仅仅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。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。

图1是本发明自动化深松牵引耕地系统的结构图；

图2是本发明自动化深松牵引耕地系统的示意图；

图3是本发明自动化深松牵引耕地方法的流程图；

图中标记：1-土壤检测模块；2-牵引耕地检测装置；3-服务器；4-牵引耕地控制模块；5-牵引耕地执行模块；7-机箱；8-处理设备；9-支撑架；10-限深轮；11-深松柄；12-深松铲；13-牵引架；l-1-1-第l-1大区域的第1个小区域土壤块；l-1-n-1-第l-1大区域的第n-1个小区域土壤块；l-1-n-第l-1大区域的第n个小区域土壤块；l-第l大区域土壤块。

具体实施方式

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

下面结合图1、图2、图3对本发明作详细说明。

实施例一

一种自动化深松牵引耕地系统，包括：土壤检测模块1、牵引耕地执行模块5、牵引耕地控制模块4、牵引耕地检测装置2和服务器3；

所述土壤检测模块1，采集土壤数据；

所述牵引耕地检测装置2，检测牵引耕地模块的耕地参数；

所述服务器3，接收并存储土壤检测模块1发送的土壤数据和牵引耕地检测装置2发送的耕地参数并根据土壤数据和耕地数据计算出牵引力数据信息并发送至牵引耕地控制模块4；

所述牵引耕地控制模块4，接收牵引力数据信息并转化成控制信号并发送至牵引耕地执行模块5；

所述牵引耕地执行模块5，接收控制信号并执行耕地动作。

具体地，所述土壤检测模块1采用土壤硬度测试仪、土壤温度传感器和土壤湿度传感器；所述牵引耕地执行模块5包括机架、机架上设置有机箱13、设置在机架上的深松铲12、与深松铲12连接的深松柄11、驱动深松铲12的深松铲驱动装置和设置在深松铲前方的牵引架13；所述牵引耕地控制模块4包括用于控制深松铲驱动装置的控制器；所述牵引耕地检测模块2包括角度测试仪、深度传感器、压力传感器和速度传感器；所述深度传感器包括多个，深松铲的最下端和深松柄的最上端位置均设置有深度传感器，其他深度传感器依次设置在深松铲的最下端和深松柄的最上端之间；所述牵引耕地执行模块5包括压力控制器。

具体地，所述土壤硬度测试仪包括多个，设置在所述牵引架13上。

实施例二

一种自动化深松牵引耕地方法,包括以下步骤：

步骤s101，划分耕地

将耕地划分为n个小区域块，依次为1,2…n-1,n(n>3，n为正整数)个小区域；每个区域大小对应深松铲的底面面积大小，依据农作物不同，将耕地划分为1,2,3…l-1,l(l>0，l为正整数)大区域，并获取不同耕地大区域的耕地深度需求参考值h1、h2、h3、h4…hl-1，hl，同时控制每个小区域内的牵引耕种时间相同；

步骤s102，采集土壤数据和牵引耕地参数

采集第1个、第n-1和第n个区域土壤硬度数据分别为：y1、yn-1、yn，

获取该农作物的标准生长湿度参数为w，标准生长温度参数t，

采集第1个、第n-1和采集第n个区域土壤湿度数据分别为：w1、wn-1、wn并计算出第1个、第n-1和采集第n个区域土壤湿度系数分别为：

采集第1个、第n-1和第n个区域土壤温度数据分别为：t1、tn-1、tn，并计算出土壤温度系数为：

采集第1个区域内、第n-1个区域、第n个区域采集牵引耕地的深松铲的切入角度分别为：θ1、θn-1、θn，

测量深松铲的底面面积为s，

测量深松铲的重力为g，

测量n个小区域块深松铲的速度为v1、v2…vn-1、vn；

步骤s103，计算l-1大区域的耕地牵引力初始值

基于步骤一中获取的各个数据参数计算耕地牵引力初始值的计算公式为：

步骤s104，计算l-1大区域的第n-1个小区域块的耕地牵引力大小

基于步骤一计算的牵引力初始值，相同农作物的第n-1个小区域块的耕地牵引力大小计算公式为：

步骤s105，当由相同农作物的l-1大区域的第n个小区域块进入l区域内的耕地牵引力大小计算模型如下：

当时，l区域内的耕地牵引力大小计算式如下：

当l大区域内的土壤参数与l-1大区域的土壤参数时，l区域内的耕地牵引力大小计算式如下：

上述(1)—(4)式子中，各个字母的含义及单位分别为：

——第l-1大区域的第1个小区域内的耕地牵引力初始值，n；

v1——第l-1大区域的第1个小区域内的耕地牵引力速度，m/s；

sinθ1——第l-1大区域的第1个小区域内的深松铲与土壤平面之间的角度正弦值；

g——深松铲的重力为g，kg；

t1——土壤温度,℃；

s——深松铲的底面面积，m²；

y1——第l-1大区域的第1个小区域内的土壤硬度数据，kg/m²；

m1——第l-1大区域的第1个小区域内的土壤湿度系数；

h1——第l-1大区域的农作物的耕地深度需求参考值，m；

——第l-1大区域的第n-1个小区域内的耕地牵引力值，n；

vn-1——第l-1大区域的第1个小区域内的耕地牵引力速度，m/s；

sinθn-1——第l-1大区域的第n-1个小区域内的深松铲与土壤平面之间的角度正弦值；

in-1——第l-1大区域的第n-1个小区域内的土壤温度系数；

yn-1——第l-1大区域的第n-1个小区域内的土壤硬度数据，kg/m²；

mn-1——第l-1大区域的第n-1个小区域内的土壤湿度系数；

hl——第l大区域的耕地深度需求参考值，m；

fl——第l大区域的耕地牵引力值，n；

vl——第l大区域的的耕地牵引力速度，m/s；

sinθl——第l大区域的深松铲与土壤平面之间的角度正弦值；

il——第l大区域的土壤温度系数；

yl——第l大区域的土壤硬度数据，kg/m²；

ml——第l大区域的土壤湿度系数；

tl-1——第l-1大区域的农作物标准生长温度参数，℃；

tl-1——第l-1大区域的农作物标准生长温度参数，℃；

步骤5，执行耕地

根据步骤4计算出的耕地牵引力大小执行耕地。