一种甘蔗施肥打药一体化作业系统及施肥打药方法与流程

本发明涉及农业施肥与打药设备技术领域，尤其涉及一种甘蔗施肥打药一体化作业系统及施肥打药方法。

背景技术：

甘蔗(saccharumofficinaruml.)是最为重要的糖料作物和能源作物，是我国热带、亚热带地区第一大经济作物，是这些地区(蔗区多数属老、少、边、穷地区)农民经济收入的主要来源、地方财政的重要组成部分。中国是世界主要产糖国之一，甘蔗则是中国制糖的主要原料，甘蔗食糖在我国食糖的总量占到大约94％左右。糖是人类所必需的食用品之一，也是糖果、食品及饮料等食品工业的重要原料之一。因此，发展甘蔗生产，对提高人民的生活质量、促进农业及相关产业的发展，乃至对整个国民经济的发展都具有重要的地位和作用。然而在种植甘蔗时，需要在田间内开道和起垄，开出的机耕道(相邻两行甘蔗垄之间的过道)形成一条相对规范的行走通道(大多数形成u道)，从而方便工人进行种植、施肥、复土、除草、施肥和打药。目前现有的甘蔗作物喷药施肥机一般都是与拖拉机配套使用，通常为悬挂式或牵引式行走在过道中进行喷药施，当甘蔗生长到1.8米左右的高度时，现有的甘蔗作物喷药施肥机无法进入田地内部进行作业，只在田地的边埂进行喷洒药物或肥料，离边埂较远肥很困难作业，通常采用人工背负药箱进行喷药作业，不但劳动强度较大，作业效率较低，并且喷药不均匀，因此需要对现有的施肥和打药设备进行改进，以提高劳作效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种甘蔗施肥打药一体化作业系统及施肥打药方法，本发明够实现宽幅较大的施肥打药作业，减轻了人工喷药及施肥的劳动强度，大幅提高了作业效率，可以适应不同甘蔗生长高度的喷洒调节和不同甘蔗种植的行间距要求。为了实现上述目的，本发明采用以下技术效果：

根据本发明的一个方面，提供了一种甘蔗施肥打药一体化作业系统，包括远程操作控制端和受所述远程操作控制端通信控制的施肥打药一体化作业机，所述施肥打药一体化作业机包括底板、驾驶室、动力源装置、牵引支撑架、储存液箱和可折叠悬臂架，在所述底板上表面的前端设置所述驾驶室，在所述底板上表面的后端横向固定所述牵引支撑架，在所述驾驶室与牵引支撑架之间安装所述动力源装置，在所述底板底部的前端和后端分别固定有前行走轮、后行走轮，所述动力源装置与前行走轮和后行走轮传动连接，在所述牵引支撑架的两端分别水平横向设置所述可折叠悬臂架，在底板两侧的下方设置所述储存液箱，在所述可折叠悬臂架的下方间隔分布固定有多根竖直向下的吊杆，在可折叠悬臂架上缠绕有输液总管，在输液总管上设置有流量控制阀，在每根吊杆的下端部固定有喷雾头，在每根吊杆上缠绕有分支输液管，所述分支输液管与输液总管连通，所述输液总管与所述储存液箱连通，所述远程操作控制端与所述驾驶室通信控制连接；在所述驾驶室内设置有主控板、gps模块和无线通信模块，在所述驾驶室外设置有摄像头，在靠近所述储存液箱上方的底板上设置有压力泵，所述压力泵通过输液总管与储存液箱连通，所述gps模块、无线通信模块、摄像头、流量控制阀和压力泵分别与所述主控板连接，所述远程操作控制端通过无线通信模块与所述主控制板通信连接。

上述方案优选的，所述可折叠悬臂架的首端转动连接在牵引支撑架的两端，该可折叠悬臂架的末端以牵引支撑架为中心水平转动折叠在底板两侧或沿牵引支撑架的两端水平转动展开伸出。

上述方案优选的，在牵引支撑架的两端分别固定有主液压缸，该主液压缸的输出轴与所述可折叠悬臂架的首端传动连接，所述可折叠悬臂架的首端通过主转动轴与所述在牵引支撑架的两端转动连接。

上述方案优选的，所述折叠悬臂架由多节关节悬臂架相互首尾转动连接构成，所述关节悬臂架的首端通过主转动轴与所述在牵引支撑架的两端转动连接，相邻的关节悬臂架末端位置设置有副液压缸，首位相邻的关节悬臂架之间通过从转动轴转动连接，并且首位相邻的关节悬臂架之间通过副液压缸的输出轴传动连接。

上述方案优选的，所述施肥打药一体化作业机还包括与储存液箱连通的入水管、设置在入水管的上水泵、上水控制阀，所述储存液箱包括入水口、入料口和出料口，沿入水口的竖直下方向设置有第一过滤网，入水管伸入第一过滤网内，在靠近第一过滤网的底端设置有液位传感器，在入料口的竖直下方向设置有第二过滤网，在出料口的竖直下方向设置有第三过滤网，该第三过滤网从出料口延伸至储存液箱的底部，所述输液总管的一端深入至第三过滤网的底部，该输液总管的另一端缠绕在所述牵引支撑架上，所述液位传感器与所述主控板连接。

上述方案优选的，所述第二过滤网位于储存液箱的底部上方，该第二过滤网的一端分别固定在第三过滤网上，第二过滤网的另一端固定在第一过滤网下方的储存液箱的侧壁上。

上述方案优选的，在所述底板的前端设置有无线湿度传感器和无线氧传感器，所述无线湿度传感器和无线氧传感器分别与所述主控板连接。

上述方案优选的，所述吊杆为可折叠或可伸缩的管状吊杆，在所述吊杆的上端设置有连接座和挂钩，所述连接座套接在可折叠悬臂架上，所述吊杆和挂钩与所述连接座的外壁焊接固定，该吊杆的下端与所述喷雾头螺纹连接或焊接。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种甘蔗施肥打药一体化作业系统进行施肥打药方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，环境监测：通过无线湿度传感器、无线氧传感器和摄像头获取甘蔗种植的温湿度、土壤环境和甘蔗生长状况的环境参数；将获取的环境参数与主控板内部设置的规格参数进行对比，自计量出施肥或喷药的喷施量；并将自计量出的喷施量通过无线通信模块发送至远程操作控制端；

步骤2：配料过程，根据自计量出的喷施量，将肥料或者农药放入储存液箱5中，远程操作控制端的监控人员通过无线通信模块向主控板发送配料指令，主控板控制上料管上的泵和上料控制阀，并将水按比例逐量送入配有肥料或者农药的储存液箱中，然后进行搅拌混合配料，得到液体肥料或者农药溶液；

步骤3：打开可折叠悬臂架，施肥打药作业人员向主控板请求可折叠悬臂架打开指令，主控板将打开指令经无线通信模块发送至远程操作控制端的监控人员，远程操作控制端的监控人员下发打开指令，主控板依次向主液压缸和副液压缸输出打开指令，使主液压缸和副液压缸依次驱动关节悬臂架水平转动展开伸出；

步骤4：施肥打药，施肥打药作业人员在驾驶室内启动动力源装置3驱动前行走轮和后行走轮在行走通道中行走作业，主控板驱动压力泵8，将储存液箱中配好的液体肥料或者农药溶液依次沿输液总管和分支输液管输送至喷雾头，施肥打药一体化作业机在行走过程中完成喷雾施肥或打药；

步骤5：施肥打药监控，在行走喷雾施肥或打药过程中，获取甘蔗种植的温湿度、土壤环境、甘蔗生长状况的环境参数和储存液箱的液位参数，以及观察并拍摄行走作业过程中不同位置的实时视频图像，进行全面或局部喷雾施肥或打药，使得喷雾施肥或打药过程精确化。

综上所述，由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)、本发明结构合理而紧凑，使用方便，在动力源装置的驱动下使前行走轮和后行走轮在行走通道中进行喷洒作业，并通过控制可折叠悬臂架收起或打开伸出便于运输及停放、减小占地面积，便于进行防盗监控和喷洒，通过展开可折叠悬臂架能够实现宽幅较大的区域施肥打药作业，减轻了人工喷药及施肥的劳动强度，大幅提高了作业效率，具有安全、省力、简便、高效的特点。

(2)、本发明可以适应不同甘蔗生长高度的喷洒调节，可适应甘蔗不高于1.8米的前提下实施施肥及喷药的中耕管理作业，以及适应不同甘蔗种植的行间距作业要求。

附图说明

图1是本发明的一种甘蔗施肥打药一体化作业系统的结构示意图；

图2是本发明的一种甘蔗施肥打药一体化作业系统的正视图；

图3是本发明的主控板的连接控制原理图；

图4是本发明的吊杆的连接结构示意图；

图5是本发明的储存液箱的结构示意图；

图6是本发明的喷雾头的结构示意图；

附图中，底板1，驾驶室2，动力源装置3，牵引支撑架4，储存液箱5，可折叠悬臂架6，主液压缸7，压力泵8，爬梯架9，前行走轮10，后行走轮12，主转动轴50，从转动轴51，副液压缸52，吊杆60，输液总管61，喷雾头62，分支输液管63，连接座70，挂钩71，螺栓72，螺母73，开口部70a，主控板200，gps模块201，无线通信模块202，摄像头203，入水管500，上水泵501，上水控制阀502，入水口503、入料口504，出料口505，液位传感器506，电动搅拌叶片507，第一过滤网503a，第二过滤网504a，三过滤网505a，节关节悬臂架600，流量控制阀610，连接杆620，固定座621，球头万向节622，转向头623，喷嘴624，容置腔625，连接部626，连接头6210，流水通道6211，连接管6212。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1、图2和图3所示，根据本发明的一种甘蔗施肥打药一体化作业系统，包括远程操作控制端和接受所述远程操作控制端通信控制的施肥打药一体化作业机，所述施肥打药一体化作业机包括底板1、驾驶室2、动力源装置3、牵引支撑架4、储存液箱5和可折叠悬臂架6，在所述底板1上表面的前端设置所述驾驶室2，在所述底板1上表面的后端横向固定所述牵引支撑架4，在所述驾驶室2与牵引支撑架4之间安装所述动力源装置3；在所述底板1底部的前端和后端分别固定有前行走轮10、后行走轮12，在靠近驾驶室2处的底板1两侧设置有爬梯架9，方便作业人员攀爬进入驾驶室2内，所述动力源装置3与前行走轮10和后行走轮12传动连接，所述动力源装置3采用柴油机或电动机作为动力启动装置，从而驱动前行走轮10和后行走轮12行走，在所述牵引支撑架4的两端分别水平横向设置所述可折叠悬臂架6，在底板1两侧的下方设置所述储存液箱5，在所述可折叠悬臂架6的下方间隔分布固定有多根竖直向下的吊杆60，在可折叠悬臂架6上缠绕有输液总管61，在输液总管61上设置有流量控制阀610，在每根吊杆60的下端部固定有喷雾头62，在每根吊杆60上缠绕有分支输液管63，所述分支输液管63与输液总管61连通，所述输液总管61与所述储存液箱5连通，所述远程操作控制端与所述驾驶室2通信控制连接；在所述驾驶室2内设置有主控板200、gps模块201和无线通信模块202，在所述驾驶室2外设置有摄像头203，在靠近所述储存液箱5上方的底板1上设置有压力泵8，所述压力泵8通过输液总管61与储存液箱5连通，所述gps模块201、无线通信模块202、摄像头203、流量控制阀610和压力泵8分别与所述主控板连接，所述远程操作控制端通过无线通信模块202与所述主控制板通信连接。在本发明中，如图4所示，所述吊杆60为可折叠或可伸缩的管状吊杆，在所述吊杆60的上端设置有连接座70和挂钩71，挂钩71可以用于支撑和固定输液总管61和分支输液管63，所述连接座70套接在可折叠悬臂架6上，从而可以适应不同甘蔗生长高度的喷洒调节，所述吊杆60和挂钩71与所述连接座70的外壁焊接固定，所述吊杆60的下端与所述喷雾头62螺纹连接或焊接，所述连接座70为c型或u型连接座，c型或u型连接座的开口部70a呈水平插入且卡合在可折叠悬臂架6上，并通过螺栓72插入c型或u型连接座的开口部之间，并通过与螺栓72匹配的螺母73固定在所述可折叠悬臂架6上，可以调节滑动连接在可折叠悬臂架6上相邻的连接座70之间的间隔距离，从而调节相邻的吊杆60之间的距离，以适应不同甘蔗种植的行间距要求。

在本发明中，如图1和2所示，所述可折叠悬臂架6的首端转动连接在牵引支撑架4的两端，该可折叠悬臂架6的末端以牵引支撑架4为中心水平转动折叠在底板1两侧或沿牵引支撑架4的两端水平转动展开伸出，在牵引支撑架4的两端分别固定有主液压缸7，该主液压缸7的输出轴与所述可折叠悬臂架6的首端传动连接，所述可折叠悬臂架6的首端通过主转动轴50与所述在牵引支撑架4的两端转动连接，肥打药作业人员向主控板200请求可折叠悬臂架6打开指令或折叠指令时，主控板200将打开指令或折叠指令经无线通信模块发送至远程操作控制端的监控人员，远程操作控制端的监控人员下发打打开指令或折叠指令，主控板200向主液压缸7输出打开指令或折叠指令，使主液压缸7驱动可折叠悬臂架6水平转动展开伸出，所述牵引支撑架4横向固定在底板1的后端，在牵引支撑架4的两端转动连接所述可折叠悬臂架6，该可折叠悬臂架6以牵引支撑架4转动中心，在主液压缸7的推动下，使可折叠悬臂架6转动折叠至与底板1的两侧重合并固定，从将折叠悬臂架6与底板1以及驾驶室2在作业机前进方向形成同一直线平面，方便了整个作业机在存储或运输过程中占用更小的空间，在主液压缸7的推动下，使牵引支撑架4的两端水平转动展开伸出，使可折叠悬臂架6与牵引支撑架4在同一直线上(都与所述底板1后端垂直)，进入喷洒作业准备状态，而且可通过调节折叠悬臂架6转动的角度，从而可调节不同的喷洒方位。作为本发明的最佳实施例，结合图1和图2，所述折叠悬臂架6由多节关节悬臂架600相互首尾转动连接构成，所述关节悬臂架600的首端通过主转动轴50与所述在牵引支撑架4的两端转动连接，相邻的关节悬臂架600末端位置设置有副液压缸52，首位相邻的关节悬臂架600之间通过从转动轴51转动连接，并且首位相邻的关节悬臂架600之间通过副液压缸52的输出轴传动连接，每节关节悬臂架600之间通过从转动轴51进行转动连接，上一节的关节悬臂架600末端固定副液压缸52，下节关节悬臂架600在副液压缸52的驱动控制下，沿从转动轴51转动折叠或水平转动展开伸出。因此，在施肥打药作业时，肥打药作业人员向主控板200请求可折叠悬臂架6打开指令或折叠指令时，主控板200将打开指令或折叠指令经无线通信模块发送至远程操作控制端的监控人员，远程操作控制端的监控人员下发打开指令或折叠指令，主控板200依次向主液压缸7和副液压缸52输出打开指令或折叠指令，使主液压缸7和副液压缸52依次驱动关节悬臂架600水平转动展开伸出，通过控制可折叠悬臂架6水平打开伸出或折叠，从而防止非法操作人员随意启动作业机进行喷洒作业操作，实现了作业机中央控制，起到了很好的防盗作业监控作用，也提供了自动化管理程度，监控管理人员可以通过远程操作控制端(手机遥控控制或pc机操作控制)，既能应用各种农业施肥或喷药作业管理，大大减轻了监控管理人员的工作难度，提高了工作效率。

在本发明中，如图5所示，所述施肥打药一体化作业机还包括与储存液箱5连通的入水管500、设置在入水管500的上水泵501、上水控制阀502，所述储存液箱5包括入水口503、入料口504和出料口505，沿入水口503的竖直下方向设置有第一过滤网503a，从而对加入的水进行过滤，入水管500伸入第一过滤网503a内，在靠近第一过滤网503a的底端设置有液位传感器506，在储存液箱5内还设置有电动搅拌叶片507，所述电动搅拌叶片507与第一过滤网503a的下端平齐，或位于第一过滤网503a下端的下方，从而可以在配料过程中或在喷洒作业过程中，对储存液箱5内的液体进行不断地搅拌，在入料口504的竖直下方向设置有第二过滤网504a，在出料口505的竖直下方向设置有第三过滤网505a，该第三过滤网505a从出料口505延伸至储存液箱5的底部，所述输液总管61的一端深入至第三过滤网505a的底部，该输液总管61的另一端缠绕在所述牵引支撑架4上，所述液位传感器506与所述主控板200连接，所述第二过滤网504a位于储存液箱5的底部上方，该第二过滤网504a的一端分别固定在第三过滤网505a上，第二过滤网504a的另一端固定在第一过滤网503a下方的储存液箱5的侧壁上，在本发明中，所述第一过滤网503a和第三过滤网505a为放置在储存液箱5内的筒状性过滤网，或采呈片状过滤网与储存液箱5的内侧壁围合成，其中第一过滤网503a的下方与第二过滤网504a的距离远大于第二过滤网504a与储存液箱5的底部之间的距离，第三过滤网505a从出料口505向下延伸至储存液箱5的底部，从而作业过程中分别对加入的水与肥料或农药进行隔离搅拌，形成液体肥料或者农药溶液，搅拌均匀之后通过第三过滤网505a进行过滤隔离，使输液总管61抽出的液体肥料或者农药溶液得到再次过滤，经过三层过滤，防止喷雾施肥或打药过程中堵塞喷雾头62。

在本发明中，如图6所示，所述喷雾头62包括从上至下依次连接的连接杆620、固定座621、球头万向节622、转向头623和喷嘴624，连接杆620的上端与所述吊杆60通过螺纹连接或其他连接方式，只要方便拆卸即可满足要求，所述连接杆620的下端与所述固定座621的顶端固定连接，所述球头万向节622固定于所述固定座621内，所述转向头623的上端套接于所述球头万向节622的下半部分外壁上，在转向头623的内部底端与所述球头万向节622底端之间形成容置腔625，在所述转向头623的底端设置有与所述容置腔625连通的连接部626，所述转向头623的底端与所述喷嘴624连接，在所述固定座621的底端设置有一个或多个向外伸出的连接头6210，该连接头6210的外端与所述分支输液管63连通，从而方便分支输液管63与整个喷头快速连接，在所述球头万向节622中心设置有连接管6212，在固定座621内设置有与连接头6210内端、与所述连接管6212相互连通的流水通道6211，所述连接管6212的上端与流水通道6211连通，该连接管6212的下端与所述容置腔625连通，连接管6212为金属材质或软管，从而使球头万向节622、转向头623和喷嘴624相互保持畅通，实现喷洒功能，在所述容置腔625与连接部626的连接处且从上至下设置有过滤网和密封垫627，从而防止转向头623漏水以及喷嘴624被堵塞。本发明通过设置容置腔625和过滤网使液体肥料或者农药溶液可顺利通过，其余残渣被遗留在置容置腔625内，防止喷嘴624被堵塞，球头万向节124可采用机械强度高、摩擦系数小、质量轻的金属材料制成，外表为光滑得表面，以便能保持一定得机械强度又易于安装和轻松转动，以免造成喷晒角度难以改变的问题，所述球头万向节622套接于与转向头623内并能配合周向转动，在球头万向节622外壁上可以沿着周向开设凹槽，并在凹槽内嵌设滚珠，从而减小转动时得摩擦力较小，减少磨损，提高转动灵活性和使用寿命，使喷晒角度能够均匀变化，提高了喷晒准确性和喷晒效率。

根据本发明的另一个方面，如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种甘蔗施肥打药一体化作业系统进行施肥打药方法，包括以下步骤：

步骤1，环境监测：通过无线湿度传感器、无线氧传感器和摄像头获取甘蔗种植的温湿度、土壤环境和甘蔗生长状况的环境参数；将获取的环境参数与主控板200内部设置的规格参数进行对比，自计量出施肥或喷药的喷施量；并将自计量出的喷施量通过无线通信模块发送至远程操作控制端；无线湿度传感器用于检测甘蔗当前环境中的土壤温湿度以及空气中的温湿度参数，无线氧传感器用于检测甘蔗当前环境中的水货土壤溶解氧含量，判断土层中水分和养分状况，并为甘蔗施肥或打药量提供精确的依据根据，摄像头用于获取甘蔗的生长状况以此判断是否产生病虫害以及监控施肥或打药的作业情况；

步骤2：配料过程，根据自计量出的喷施量，将肥料或者农药放入储存液箱5中，远程操作控制端的监控人员通过无线通信模块向主控板200发送配料指令，主控板200控制上料管上的泵和上料控制阀，并将水按比例逐量送入配有肥料或者农药的储存液箱5中，然后进行搅拌混合配料，得到液体肥料或者农药溶液，通过电动搅拌叶片507进行自循环搅拌，在喷洒过程中使溶液浓度保持均匀，喷洒过程中更容易雾化；

步骤3：打开可折叠悬臂架6，施肥打药作业人员向主控板200请求可折叠悬臂架6打开指令，主控板200将打开指令经无线通信模块发送至远程操作控制端的监控人员，远程操作控制端的监控人员下发打开指令，主控板200依次向主液压缸7和副液压缸52输出打开指令，使主液压缸7和副液压缸52依次驱动关节悬臂架600水平转动展开伸出；依次将关节悬臂架600转动展开伸出后，才能大面积地进行施肥或打药作业，通过控制可折叠悬臂架6的伸展状态，从而防止非法操作人员随意启动作业机进行喷洒作业操作，实现了作业机中央控制，起到了很好的防盗作业监控作用，也提供了自动化管理程度，监控管理人员可以通过远程操作控制端对作业机进行控制，既能应用各种农业施肥或喷药作业管理，大大减轻了监控管理人员的工作难度，提高了工作效率；

步骤4：施肥打药，施肥打药作业人员在驾驶室3内启动动力源装置3驱动前行走轮10和后行走轮12在行走通道中行走作业，主控板200驱动压力泵8，将储存液箱5中配好的液体肥料或者农药溶液依次沿输液总管61和分支输液管63输送至喷雾头62，施肥打药一体化作业机在行走过程中完成喷雾施肥或打药；

步骤5：施肥打药监控，在行走喷雾施肥或打药过程中，获取甘蔗种植的温湿度、土壤环境、甘蔗生长状况的环境参数和储存液箱5的液位参数，以及观察并拍摄行走作业过程中不同位置的实时视频图像，进行全面或局部喷雾施肥或打药，使得喷雾施肥或打药过程精确化。

在本发明中，在主控板200上设置有中央控制器、供电模块和驱动模块，中央控制器通过与gps模块201，无线通信模块202，摄像头203、液位传感器、温湿度传感器，无线湿度传感器、无线氧传感器、供电模块和驱动模块电气连接，其中中央控制器为plc控制器或arm系列单片机，该中央控制器通过控制驱动主液压缸7、压力泵8、副液压缸52、上水泵501、上水控制阀502、电动搅拌叶片507和流量控制阀610等部件以及供电电源工作的启动或断开，以及对各类参数数据进行采集、分析、存储并传输至远程操作控制端进行监控，也使得喷雾施肥或打药过程精确化，从而实现了现场视频监控和gps定位、轨迹实时传感作业以及智能化精准变量施肥打药作业。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。