自动变量施肥系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种自动变量施肥系统及其控制方法，系统包括行动小车和行动小车上设置的传送带，传送带上开设有凹槽，在传送带的上方设置有下料漏斗，通过控制传送带的转动实现施肥传输；在传送带的出料端还设置有排肥机构，该排肥机构的进料口位于凹槽的正下方，在排肥机构内设有N块分流板，相邻分流板之间形成出料通道，所述排肥机构中设置有调节板，在调节板上设有齿条，该齿条与第一动力装置上的齿轮啮合，通过第一动力装置带动调节板移动调节出料通道的大小。其显著效果是：根据每一块地的施肥信息，通过控制传送带的转速实现变量施肥，而且保证了地块各处能够均匀施肥，提高了肥料的利用率，减少了对生态环境的影响。
【专利说明】自动变量施肥系统及其控制方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及到农业变量施肥【技术领域】，具体地说，是一种自动变量施肥系统及其 控制方法。 【背景技术】
[0002] 在我国，农业一直都是国民经济、国家自立和社会安定的根基，人们的切身利益和 社会的安定都时刻受到农业发展的影响。
[0003] 目前，我国的传统农业在化肥的使用过程中存在运用不合理，造成大量环境污染， 肥料利用率低等问题。因此实施变量按需施肥，可大大的提高化肥利用率、减少化肥的浪费 以及减少化肥对环境的不良影响，经济、社会和生态效益都得到了很显著改善。
[〇〇〇4] 然而，自动变量施肥技术和相关机械还处于研究阶段，未能实际使用，而且还存在 设备成本较高，难以推广实用等问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自动变量施肥系统，该系统能够 根据地块的施肥信息调整施肥量，并且能够实现每个地块的均匀施肥。
[0006] 为达到上述目的，本发明表述一种自动变量施肥系统，其关键在于：包括行动小 车，该行动小车上设置有传送带，所述传送带上开设有凹槽，在传送带的上方设置有下料 漏斗，该下料漏斗的下料口与传送带上的凹槽正对设置，下料口的宽度与凹槽的槽口大小 相适应，通过控制传送带的转动实现肥料传输；
[0007] 在所述传送带的出料端还设置有排肥机构，该排肥机构的进料口位于凹槽的正下 方，在所述排肥机构内设有N块分流板，相邻分流板之间形成出料通道，所述排肥机构中还 设置有调节板，在调节板上设置有齿条，该齿条与第一动力装置上的齿轮啮合，通过第一动 力装置带动调节板移动调节每条出料通道的开口大小，实现施肥量的控制。
[0008] 通过控制传送带的转动实现肥料传输，根据待施肥地块的施肥量，可以计算出传 送带的转动速度，实现变量施肥，然后根据系统的行进速度、地块的长度以及施肥量等信息 可以计算出系统的单位施肥量，通过动力装置带动调节板移动，改变调节板插入的深度调 节每条出料通道的开口大小，实现待施肥地块的均匀施肥。通过本系统，可以实时的根据每 一块地的施肥信息，通过控制传送带的转动速度调节施肥装置的施肥量，能够实现精确的 按需施肥，而且还能够保证地块各处的施肥量均匀，提高了肥量的利用率，减少了对生态环 境的影响，且推广成本低。
[〇〇〇9] 所述传送带固定在第一转轴与第二转轴上，所述第一转轴或第二转轴连接在第二 动力装置上。
[〇〇1〇] 采用上述结构，便于对肥料进行输送，并且方便根据施肥量对传送带的移动速度 进行控制。
[〇〇11] 所述行动小车的驱动轮上设置有第一速度传感器，在第二动力装置上设置有第 二速度传感器。
[0012] 设置上述结构，人们能够根据速度传感器采集的数据，可以更加方便的实时调整 施肥量。
[0013] 为了对施肥量进行控制，在所述行动小车上还设置有控制模块，该控制模块的信 号输入端连接有输入模块，控制模块的信号输入端还分别与所述第一速度传感器和第二速 度传感器相连，所述控制模块的控制输出端用于控制所述第一动力装置与第二动力装置。
[0014] 为了便于对传送机构的移动速度以及调节板的插入深度进行调节，所述第一动力 装置为步进电机，该步进电机连接有第一驱动模块，所述第二动力装置为直流伺服电机，该 直流伺服电机连接有第二驱动模块。
[0015] 为了便于获取待施肥地块的施肥量信息，所述输入模块为键盘输入模块、RS232串 口模块或无线通讯模块。
[0016] 结合上述变量施肥系统结构，本发明提出一种自动变量施肥系统的控制方法：
[0017] 步骤1 :设置第i块待施肥地的预期施肥量I，第i块地的长度为Q，i = 1?n， η为待施肥的地块数，系统在第i块地的行进速度为传送带（5)的凹槽（5a)宽度为a， 下料漏斗（6)的下料口与凹槽（5a)底部的距离为h，肥料密度为P，进料口（7a)的长度为 b，进料口（7a)的宽度c，采样周期T;
[0018] 步骤2:按照间隔时间T对传送带（5)的转速进行采样，采样次数为k,，每次采样 所得的转速记为Vi (j)，j = 1?&，控制模块（11)按照公?计 算出第块待施肥地在kj时间内的排肥量Μη ;
【权利要求】
1. 一种自动变量施肥系统，其特征在于：包括行动小车⑴，该行动小车⑴上设置有 传送带（5)，所述传送带（5)上开设有凹槽（5a)，在传送带（5)的上方设置有下料漏斗（6)， 该下料漏斗（6)的下料口与传送带（5)上的凹槽（5a)正对设置，下料口的宽度与凹槽（5a) 的槽口大小相适应，通过控制传送带（5)的转动实现肥料传输； 在所述传送带（5)的出料端还设置有排肥机构（7)，该排肥机构（7)的进料口（7a)位 于凹槽（5a)的正下方，在所述排肥机构（7)内设有N块分流板，相邻分流板之间形成出料 通道（7b)，所述排肥机构（7)中还设置有调节板（7c)，在调节板（7c)上设置有齿条，该齿 条与第一动力装置（8)上的齿轮啮合，通过第一动力装置（8)带动调节板（7c)移动调节每 条出料通道（7b)的开口大小，实现施肥量的控制。
2. 根据权利要求1所述的自动变量施肥系统，其特征在于：所述传送带（5)固定在第 一转轴（2)与第二转轴（3)上，所述第一转轴（2)或第二转轴（3)连接在第二动力装置（4) 上。
3. 根据权利要求2所述的自动变量施肥系统，其特征在于：在所述行动小车（1)的驱 动轮上设置有第一速度传感器（9)，在第二动力装置（4)上设置有第二速度传感器（10)。
4. 根据权利要求3所述的自动变量施肥系统，其特征在于：在所述行动小车（1)上还 设置有控制模块（11)，该控制模块（11)的信号输入端连接有输入模块（12)，控制模块（11) 的信号输入端还分别与所述第一速度传感器（9)和第二速度传感器（10)相连，所述控制模 块（11)的控制输出端用于控制所述第一动力装置（8)与第二动力装置（4)。
5. 根据权利要求4所述的自动变量施肥系统，其特征在于：所述输入模块（12)为键盘 输入模块、RS232串口模块或无线通讯模块。
6. 根据权利要求4所述的自动变量施肥系统，其特征在于：所述第一动力装置（8)为 步进电机，该步进电机连接有第一驱动模块（14)，所述第二动力装置（4)为直流伺服电机， 该直流伺服电机连接有第二驱动模块（13)。
7. 如权利要求4所述的自动变量施肥系统的控制方法，其特征在于按照以下步骤进 行： 步骤1 :设置第i块待施肥地的预期施肥量1，第i块地的长度为Lp i = 1?η，η为 待施肥的地块数，系统在第i块地的行进速度为传送带（5)的凹槽（5a)宽度为a，下料 漏斗（6)的下料口与凹槽（5a)底部的距离为h，肥料密度为P，进料口（7a)的长度为b，进 料口（7a)的宽度c，采样周期T; 步骤2:按照间隔时间T对传送带（5)的转速进行采样，采样次数为&，每次采样所得 的转速记为Vi (j)，j = 1?&，控制模块（11)按照公另计算出 第i块待施肥地在kj时间内的排肥量Μη ;
步骤3 :采用模糊PID控制算法控制传送带（5)的转速； 步骤4:再次按照间隔时间Τ对传送带（5)的转速进行采样，采样次数为k2，每次采样 所得的转速记为v2 (k)，k = 1?k2按照公另
，计算出第i块 待施肥地在k2T时间内的排肥量Mi2，然后将总排肥量乂 = Mn+Mi2与预期施肥量&进行比 较，若％与&相等则进入步骤5,否则返回步骤2继续控制传送带（5)的转速； 步骤5 :传送带（5)停止转动，按用十算出调节板（7c)应插入的深度值 li，其中，g为重力加速度；
步骤6 :控制模块（11)根据步骤5获得的深度值^，控制调节板（7c)移动调节每条出 料通道（7b)的开口大小，实现施肥量的控制； 步骤7 :当第i块地施肥完成时，关闭出料通道（7b)，并返回步骤2循环控制，直至所有 待施肥地块施肥完成。
8. 根据权利要求7所述的自动变量施肥系统的控制方法，其特征在于：所述步骤3中 模糊PID控制算法的具体步骤如下： 步骤3-1 :控制模块（11)按照
分别计算出施肥量的误差e和 误差变化率ec，其中Μη为第i块待施肥地在kj时间内的排肥量，&为第i块待施肥地的 预期施肥量； 步骤3-2 :将步骤3-1所得的误差e与误差变化率ec进行模糊化处理，得到适于模糊 运算的模糊量误差E与模糊量误差变化率EC ; 步骤3-3 :根据模糊量误差E、模糊量误差变化率EC的模糊控制规则表，得到模糊量控 制量U ; 步骤3-4 :对步骤3-3所得结果进行逆模糊化处理，得到控制量u (t)。
9. 根据权利要求8所述的自动变量施肥系统的控制方法，其特征在于：所述步骤3-3 中的模糊控制规则表采用遗传算法进行优化，具体步骤如下： 步骤3-3-1 :对模糊PID控制算法中的E、EC、U的隶属函数以及控制规则表分别进行编 码，并将隶属函数的编码与控制规则表编码结合形成一条染色体； 步骤3-3-2 :根据步骤3-3-1形成的染色体，随机产生N个初始串结构数据，每个串结 构数据为一个个体，N个个体构成一个群体； 步骤3-3-3 :在步骤3-3-2所得的群体中采用交换概率挑选父代，挑选出的每两个父代 通过将相异的部分基因进行交换，产生新的个体； 步骤3-3-4 :计算步骤3-3-3产生的新个体的适应度，采用适应度函数对产生的新个体 进行优化，从优化后的个体中选出适应性强的优良个体； 步骤3-3-5 :在步骤3-3-4产生的优良个体组成的群体中随机选择一定数量个体，以一 定的概率随机地改变每个个体的串结构数据中的一个值，产生新的个体； 步骤3-3-6 :计算新个体的适应度，若新个体的适应度无法再提高，则解码得出最优模 糊控制规则表，否则返回步骤3-3-3循环控制。
【文档编号】A01C15/00GK104094713SQ201410321828
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】宋乐鹏, 胡文金, 尹俊杰 申请人:重庆科技学院