用于控制和监测农田液体施用的系统和装置的制作方法

用于控制和监测农田液体施用的系统和装置
1.相关引用
2.本技术要求于2015年9月28日提交的美国临时申请第62/233,926号、2015年12月3日提交的美国临时申请第62/262,861号、2016年1月15日提交的美国临时申请第62/279,577号以及2016年2月23日提交的美国临时申请第62/298,914号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本技术的实施例涉及用于控制和监测农田液施的系统和装置。


背景技术：

4.播种机用于在田间播种作物(例如，玉米，大豆)的种子。播种机还能够用于将液体施用(例如，肥料，化学品)施加到土壤或作物上。在针对不同的行单元控制这种施用方面，利用播种机的不同行单元施加液体施用可能具有挑战性。


技术实现要素：

5.本技术描述了用于控制和监测农田液体施用的系统和装置。在一个实施例中，一种用于在农业操作期间控制流量的流量装置，包括具有多个开口的偏心球阀，其在原位旋转以控制液体通过偏心球阀到出口通道的流量。该流量装置还包括第一通道，其提供从入口到偏心球阀的至少一个开口的第一流量路径；和第二通道，其提供从入口到偏心球阀的至少一个开口的第二流量路径。
6.在另一个实施例中，控制和监测单元包括阀门，其具有用于控制液体通过阀门到出口的流量的开口。该控制和监测单元也包括第一通道，其提供从入口到阀门的具有可变的第一流量的第一流量路径。第一通道包括第一流量计，用于监测液体通过第一通道的流量。第二通道提供从入口到阀门的具有可变的第二流量的第二流量路径。第二通道包括第二流量计，用于监测液体通过第二通道的流量。
附图说明
7.在附图的图中通过示例示出了本技术，但并不限于此。其中：
8.图1显示了根据一个实施例的用于执行农田农业操作(包括机具的操作)的系统的示例；
9.图2示出了用于控制和监测施用(例如，液体施用，流体混合物施用)的机具200的架构；
10.图3示出了根据一个实施例的用于控制和监测田地中的施用的流量装置(例如，控制和监测单元)；
11.图4示出了根据一个实施例的处于流量装置的打开位置的弹簧430；
12.图5示出了根据一个实施例的用于控制和监测田地中的施用的流量装置(例如，控
制和监测单元)；
13.图6示出了根据一个实施例的用于控制和监测田地中的施用的流量装置(例如，控制和监测单元)；
14.图7示出了根据一个实施例的在通道和球阀之间具有横截面开口的区域641的分解图741；
15.图8示出了根据一个实施例的具有带多个流道的球阀的流量装置的上游视图；
16.图9示出了传统阀门的最大流量百分比与行程百分比的关系图；
17.图10示出了根据一个实施例的具有双流量路径的流量装置(例如，cmu)的流量与操作区域的关系图；
18.图11示出了根据一个实施例的流量装置的不同操作区域的流量与操作区域的关系图；
19.图12显示了根据一个实施例的包括机械1202(例如，拖拉机，联合收割机等)和机具1240(例如，播种机，耕田机，犁，喷雾器，撒播机，灌溉机具，等)的系统1200的示例；
20.图13显示了根据一个实施例的流量装置的可替换的示例；
21.图14显示了根据一个实施例的图13中的流量装置的沿图13中的截面14
‑
14的横截面图；以及
22.图15示出了根据另一个实施例的用于控制和监测田地中的施用的流量装置(例如，控制和监测单元)。
23.图16
‑
20示出了根据一个实施例的流量装置的示例。
24.图21示出了根据一个实施例的具有涡轮插件的流量计。
25.图22示出了根据一个可替换的实施例的具有联接到螺旋部件的涡轮插件的流量计。
26.图23示出了根据该可替换的备选实施例的螺旋部件。
具体实施方式
27.本文描述了用于控制和监测农田液体施用的系统和装置。在一个实施例中，一种机具包括多个行单元，其具有用于液体施用的流量装置(例如，控制和监测单元)。控制和监测泵控制液体从储罐到每个流量装置的流量。在一个示例中，控制和监测单元(cmu)包括阀门(例如，球阀，偏心球阀)，其具有用于控制液体通过阀门到出口的流量的开口。cmu的第一通道提供从入口到阀门的具有第一流量的第一流量路径。第一通道包括第一流量计，用于监测液体通过第一通道的流量。cmu的第二通道提供从入口到阀门的具有第二流量的第二流量路径。第二通道包括第二流量计，用于监测液体通过第二通道的流量。
28.控制和监测泵能够控制机具的所有cmu或一组cmu。与传统的泵和流量装置相比，控制和监测泵和cmu具有较宽的流量操作范围(例如，高达60
×
)。每个cmu可以包括具有不同流量操作范围的双通道，以便为整个流量操作范围内的感测流量提供线性响应。
29.在以下描述中，阐述了许多细节。然而，对于本领域的技术人员应该显而易见的是，没有这些具体细节，本技术所公开的那些实施例是能够予以实践的。在一些实例中，为了避免模糊本技术的公开内容，公知的结构和装置以框图的形式示出，而非详细示出。
30.图1显示了根据一个实施例的用于执行包括机具操作的农田农业操作的系统的示
例。例如，在一个实施例中，系统100可以实现为具有服务器、数据处理装置、计算机等的基于云的系统。系统100的样式、特征和功能可以在服务器、播种机、播种机监测器、联合收割机、笔记本电脑、平板电脑、计算机终端、客户端装置、用户装置、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝电话、照相机、智能电话、移动电话、计算设备或者任何这些或其它数据处理装置的组合中实现。
31.在其它实施例中，该系统包括网络计算机或者另一台装置(例如，显示装置)内或机器(例如，播种机，联合收割机)内的嵌入式处理装置，或者具有比图1中所示部件更少部件或可能更多部件的其它类型的数据处理系统。
32.系统100(例如，基于云的系统)和农业操作可以利用机具或机器控制和监测液体施用。系统100包括机器140、142、144、146和联接到相应机器的机具141、143、145。机具(或者机器)可以包括流量装置，其用于控制和监测相关田地(例如，田地102、105、107、109)内的作物和土壤的液体施用(例如，喷雾、施肥)。系统100包括农业分析系统102，其包括：具有当前和历史天气数据的天气存储器150，具有针对不同地区的天气预测的天气预测模块152，以及用于执行用于控制和监测不同操作的指令的至少一个处理系统132(例如，液体施用)。存储介质136能够存储指令、软件、软件程序等，以便由处理系统执行并且用于执行农业分析系统102的操作。图像数据库160存储在不同生长阶段采集的作物图像。数据分析模块130能够对农业数据(例如，图像、天气、田地、产量等)执行分析，以生成与农业操作相关的作物预测162。
33.田地信息数据库134存储由系统100正在监测的田地的农业数据(例如，作物生长阶段，土壤类型，土壤特性，水分保持能力等)。农业措施信息数据库135存储用于正在由系统100监测的田地的农田措施信息(例如，所应用的播种信息、所应用的喷洒信息、所应用的施肥信息、播种密度、应用的营养素(例如氮)、产量水平、专有指数(例如，种子密度与土壤参数的比率)等)。机具能够从cmu获得液体施用数据并将该数据提供给系统100。成本/价格数据库138存储输入成本信息(例如，种子成本、养分成本(例如，氮))和商品价格信息(例如，来自作物的收益)。
34.图1中所示的系统100可以包括网络接口118，其用于经由网络180(例如，互联网、广域网、wimax、卫星、蜂窝、ip网络等)与其它系统或装置(诸如无人机装置，用户装置和机器(例如，播种机、联合收割机))通信。网络接口包括一种或多种类型的收发器，用于经由网络180进行通信。
35.处理系统132可以包括一个或多个微处理器、处理器、片上系统(集成电路)或者一个或多个微控制器。处理系统包括处理逻辑，用于执行一个或多个程序的软件指令。系统100包括存储介质136，用于存储由处理系统执行的数据和程序。举例来说，存储介质136可以存储软件部件，诸如用于控制和监测液体施用的软件应用程序或者任何其它软件应用程序。存储介质136可以是任何已知形式的机器可读的非临时性存储介质，诸如半导体存储器(例如，闪存，sram，dram等)，或者非易失性存储器，诸如硬盘或固态驱动器。
36.尽管在一个示例性实施例中，将存储介质(例如，机器可访问的非临时性介质)显示为单个介质，但“机器可访问的非临时性介质”一词应当视为包括存储了一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器)。“机器可访问的非临时性介质”一词还应当视为包括能够存储、编码或携带指令集以便
由机器执行并且使该机器执行本技术的任何一个或多个方法的任何介质。“机器可访问的非临时性介质”一词应相应地视为包括，但不限于，固态存储器，光学和磁性介质以及载波信号。
37.图2示出了一个实施例中用于控制和监测施用(例如，液体施用、流体混合物施用)的机具200的架构。机具200包括：至少一个储罐250、流量管线260和261、流量控制器252(例如，阀门)和至少一个可变速率泵254(例如，电动泵、离心泵、活塞泵等)，可变速率泵254用于泵送和控制从所述的至少一个储罐到机具的各个行单元210
‑
217的不同控制和监测单元(cmu)220
‑
227(例如，流量装置220
‑
227)的液体(例如，液体应用、半液体混合物)的施用速率。在一个示例中，每个行单元包括cmu，用于控制和监测施用到田地土壤或作物的液体(例如，液体的流量)。
38.在一个示例中，可变速率泵254控制液体从储罐250到每个cmu的泵送。在另一个示例中，机具200包括多个储罐。泵254控制第一液体(例如，第一种类型的肥料)从储罐250到每个cmu的泵送，并且控制第二液体(例如，第二种类型的肥料)从附加储罐250到每个cmu的泵送。
39.在另一个示例中，机具200包括多个控制泵。每个控制泵包括一部分或一组行单元。第一控制泵能够控制cmu 220
‑
223，而第二控制泵控制cmu 224
‑
227。控制泵可以具有0.5至30加仑/分钟(gpm)的流量范围，而cmu可以具有0.05至3gpm的流量范围。
40.在另一个示例中，泵包括外部流量控制部和外部传感器。每个cmu(例如，流量装置)包括逐行感测、监测和映射的功能。液体施用数据可以用于生成显示液体施用田间图的用户界面。例如，田地的第一区域可以施用100个单位的氮，而田地的第二区域施用50个单位的氮。这些数据可以与其它数据(诸如产量数据)进行比较或叠加。如果需要，每个cmu还能够提供用于刈幅控制的逐行控制功能以关闭区域的液体施用，在机具转弯期间用于补偿流量的转弯补偿，以及用于液体施用的可变速率，使得每个行单元能够独立于其它行单元而进行其流量设置。阀门和双通道消除了流量装置(例如，cmu)的孔。
41.图3示出了根据一个实施例的用于控制和监测田地中的施用的流量装置(例如，控制和监测单元)。流量装置(例如，控制和监测单元(cmu)300)包括入口302，其用于接收沿方向304、311、321和334流入该入口，然后进一步流入第一通道310和第二通道320的液体(例如，液体施用，半液体混合物，肥料施用，化学品施用)。通道310由侧壁314和侧壁324限定。通道310(例如，低流量通道)包括流量计312(例如，涡轮式霍尔效应涡轮流量计，ft
‑
110系列涡轮流量计，可从康涅狄格州普兰茨维尔gems sensors&controls公司购得)，其设计成用于测量通过流量计的流量。通道320(例如，高流量通道)还包括流量计322(例如，涡轮式)，其设计成用于测量通过该流量计的流量。侧壁324和326联接到可移动构件332，该可移动构件332联接到弹簧330和构件333和335。球阀350设置在构件354和355之间。该球阀可以旋转或移动，这样使得开口352可以处于如图3中所示打开位置以允许液体流动，或者处于关闭位置(例如，开口旋转90度，开口垂直对齐)。
42.在一个流量实例中，液体(或流体)进入入口302，然后流入通道310和320。当球阀处于如图3所示的打开位置时，通道310中的液体流过流量计312，然后流过开口352。然后液体以方向358流过出口390。流入通道320的液体流过流量计322，然后沿方向337流到构件332。当构件332的第一表面(例如，上表面)上的压力超过构件332的第二表面(例如，下表
面)上的压力时，弹簧330打开(例如，压缩)。根据一个实施例，当弹簧处于如图4所示的打开位置时，构件332沿方向338移动。构件332由构件333和335以及弹簧330支撑。当弹簧330打开并且部件332被迫进入打开位置时，液体沿方向334流经构件332。然后液体沿方向358流过开口352，流向出口390。
43.图4示出了根据一个实施例的处于打开位置的弹簧430。构件432(例如，构件332，构件532)已经向下移动，导致弹簧430(例如，弹簧330，弹簧530)压缩。液体按箭头437、438和434所示流动。构件432可以是刚性的或者柔性的。如果构件432是柔性的，则可以不均匀移动或偏移或者弯曲以形成液体的流量路径。
44.图5示出了根据一个实施例的用于控制和监测田地中的施用的流量装置(例如，控制和监测单元)。流量装置(例如，控制和监测单元(cmu)500)包括入口502，其用于接收沿方向504、511、521和534流入入口502，然后进一步流入第一通道510和第二通道520的液体(例如，液体施用、半液体混合物、肥料施用、化学品施用)。通道510(例如，低流量通道)由侧壁514和侧壁524限定。通道510包括流量计512(例如，涡轮式)，其设计成用于测量通过该流量计的流量。通道520(例如，高流量通道)还包括弹簧522，构件570
‑
572和流量计528(例如，涡轮式)，528流量计设计成用于测量通过该流量计的流量。构件570联接到侧壁526，而构件572联接到侧壁524。可移动构件571联接到弹簧522上。球阀550设置在构件554和555之间。该球阀可以旋转或移动，这样使得球阀内的开口552可以处于如图5所示的打开位置以允许液体流动，或者处于关闭位置(例如，开口旋转90度，开口垂直对齐)。
45.流量计528可以设置成拦截通过第二通道520的所有流量。在其它实施例中，流量计528可以设置成仅拦截部分流量(例如，设置成偏离通道520的壁和/或其外半径小于通道520的外半径)，使得允许部分流体流过流量计528而不经过流量计528(和/或而不由其测量)。在这样的实施例中，由流量计528生成的信号优选地通过参考经验数据库而被转换成实际流量估计值。
46.通道(例如510、512)的相对尺寸、流量计(例如512、528)相对于其相关联的通道的位置和尺寸、以及流过任一通道所需的流速和/或压力(例如，克服弹簧522的力所需的流速、压力和/或流量)，优选地选择成使得通过每个流量计(例如，512、528)的最小和最大流量处于所需范围内，该所需范围优选地处于每个流量计的精确可测量的(例如，处于0.01％，0.1％，1％，2％或5％)的流量范围内。换句话说，在通过cmu 500的每种总流量下，优选地在两个通道之间流量分配平衡(例如，按比例划分、分摊)，使得通过第一流量计512的流量处于与第一流量计相关联的第一所需范围(例如，精确可测量的范围)内，并且通过第二流量计528的流量处于与第二流量计相关联的第二所需范围(例如，精确可测量的范围)内。
47.在一个流量示例中，液体进入入口502，然后流入通道510和520。当球阀处于如图5所示的打开位置时，通道510中的液体流过流量计512，然后流过开口552。然后液体按方向558流过出口590。流入通道520的液体流入联接到弹簧522的构件571，当构件571的与弹簧相对的第一侧上的压力超过构件571的与弹簧522相邻或接触的第二侧上的压力时，弹簧522打开(例如，压缩)。构件571沿方向538朝向弹簧(远离构件570和572)移动，导致弹簧压缩成打开位置。当弹簧处于打开位置时，液体沿方向538流经构件571，然后流过流量计528。然后液体沿方向534流过开口552，沿方向558流向出口590。弹簧522提供了使通过通道520
的流量路径保持关闭直到流量已达到一定的范围使得流量计528的测量准确的功能。
48.图6示出了根据一个实施例的用于控制和监测田地中的施用的流量装置(例如，控制和监测单元)。流量装置(例如，控制和监测单元(cmu)600)包括入口602，其用于接收流入入口602，然后进一步沿方向611流入第一通道610并沿方向621流入第二通道620的液体(例如，液体施用，半液体混合物，肥料施用，化学品施用)。通道610(例如，高流量通道)由侧壁614和侧壁624限定。通道610包括流量计628(例如，涡轮式)，其设计成用于测量通过该流量计的流量。通道620(例如，高流量通道)还包括流量计612(例如，涡轮式)，其设计成用于测量通过该流量计的流量。球阀650可以旋转或移动，这样使得球阀内的开口652可以处于如图6所示的打开位置以允许液体流动，或者处于关闭位置以没有液体流动。
49.在一个流量示例中，液体进入入口604，然后流入通道610和620。当球阀处于如图6所示的打开位置时，通道610中的液体流过流量计628，然后流过横截面开口640，进入开口652。然后液体按方向692流过出口690。流入通道620的液体流过流量计612。然后液体流过横截面开口642，沿方向692流入开口652，通过出口690。区域641的横截面开口640和642独特地设计成使得当球阀650最初从关闭位置开始旋转到部分打开位置时，通过通道620的低流量路径缓慢打开，随后当球阀如图6所示地继续旋转并进一步打开时，通过通道610的高流量路径开始打开。在该示例中，与高流量路径的横截面开口640相比，低流量路径的横截面开口642的面积更小。
50.图7示出了根据一个实施例的在通道和球阀之间具有横截面开口的区域641的分解图741。横截面开口740和742分别对应于图6的横截面开口640和642。当球阀旋转或移动时，横截面开口740和742的尺寸发生变化，导致通过球阀的开口(例如，开口652)的可用横截面面积增加。
51.在一个示例中，球阀从如虚线750所示的关闭位置旋转或移动到部分打开位置(例如，虚线751
‑
754)或如虚线755所示的完全打开位置。当球阀650最初从虚线750的关闭位置开始旋转到虚线751
‑
752的部分打开位置时，通过通道(例如，通道620)的低流量路径缓慢打开。应当理解，图7的虚线表示开口652的边缘，开口位于虚线的右侧。在处于不与开口740相交的虚线750
‑
752所示的这些位置期间，高流量路径没有流量。随后，当球阀继续旋转并进一步打开时至如图7所示的虚线753
‑
755与横截面开口740相交时，通过通道(例如，通道610)的高流量路径开始打开。在该示例中，与高流量路径的横截面开口740相比，低流量路径的横截面开口742的面积更小。
52.开口742优选地具有逐渐变宽(例如，大致三角形)的形状，并且优选地一般比开口740更窄；因此球阀的相对较宽的运动范围对应于低流量范围中的逐渐增加的流量，在该低流量范围中，仅允许流过低流量通道。开口740优选地一般比开口742更宽，并且优选地具有大致恒定的宽度(例如，大致呈梯形)；结果，球阀具有相对较小的运动范围因此需要向高流量通道引入相对较高的流量，这可能在与高流量通道相关联的流量计528操作不准确或者完全以相对较低的流量操作的实施例中是优选的。
53.图8示出了根据一个实施例的具有多个流量通道的球阀的流量装置的上游视图(即，从出口端看的侧视立面图)。流量装置800(例如，cmu)包括具有开口852的球阀850。液体或流体从通道(例如，高流量通道)流过开口840进入开口852。液体还从通道(例如，低流量通道)流过开口842进入开口852。构件824(或侧壁)分隔开口840和842。球阀包括支撑构
件854和855。致动器860旋转或移动球阀850，以调节开口852的位置。
54.传统的阀门或者流量装置可能具有有限的流量范围并且存在控制方面的问题。图9示出了传统阀门的最大流量百分比与行程百分比的图。图900示出了诸如阀门910、920、930和940之类的传统装置的非线性流动性能。这些阀门的操作范围约为10
×
，其中高流量限值大约是低流量限值的10倍。
55.图10示出了根据一个实施例的具有双流量路径的流量装置(例如，cmu)的流量与操作区域的图。流量装置(例如，流量装置220
‑
227、300、500、600、800)包括双通道(例如，310、320、510、520、610、620)的双流量路径。低流量通道在区域1020中具有液体流量1010，而高流量通道在区域1020中不具有液体流量1012。球阀(例如，350、550、650)在区域1020期间从关闭位置转变为部分打开。球阀在区域1030期间从部分打开位置转变到完全打开位置。在区域1030开始后高流量1012开始有液体流动，而在区域1030的第一部分期间，低流量1010略微(如果有的话)增加，然后在区域1030的第二部分期间略微增加。在低流量1010和高流量1012汇合之后，总流量1014在包括区域1020和1030的整个操作范围期间具有线性响应。在一个示例中，高流量限值是低流量限值的60倍。即使对于低流量，低流量1010也会提供精确测量的流量，并且高流量1020提供较大的流量能力。
56.对于不同的流量范围，可以利用来自流量计的不同测量值或者估计值。图11示出了根据一个实施例的流量装置的不同操作区域的流量与操作区域的图。流量装置(例如，流量装置220
‑
227、300、500、600、800)包括双通道(例如，310、320、510、520、610、620)的双流量路径。低流量通道在区域1120中具有液体的感测流量1110，而高流量通道在区域1120中不具有液体的感测流量1112。球阀(例如，350、550、650)在区域1120期间从关闭位置转变为部分打开。球阀在区域1130期间从部分打开位置转变到更多的部分打开的位置。低流量通道的感测流量1110继续增加，而高感测流量1112也在区域1130开始后具有液体流动。高感测流量1112的流量可能在区域1130期间难以测量，因此该区域1130可以采用高感测流量的估计值。用于估计高流量的高流量通道的开口面积的估计是基于已知的低流量路径和高流量路径的相对面积。位置传感器可以设置在球阀上，以便确定低流量路径和高流量路径的这些相对面积。
57.在区域1140处，低流量通道的感测流量1110继续增加并且可能达到饱和(例如，达到0.50的流量)，而高感测流量1112的液体流量继续增加。在区域1140期间能够可靠地感测高感测流量。在组合低感测流量1110和高感测流量1112时，总感测流量1114在整个操作范围期间具有线性响应，并且对应于在整个操作范围期间也具有线性响应的总流量1116。在一个示例中，用于低感测流量1110的流量计能够精确地测量介于大约0到0.5加仑/分钟之间的流量，并且用于高感测流量1112的流量计能够精确地测量介于0.25到2.5加仑/分钟之间的流量。在另一个示例中，用于高感测流量1112的流量计能够精确地测量介于0.75到2.5加仑/分钟之间的流量。
58.图12显示了根据一个实施例的包括机器1202(例如，拖拉机，联合收割机等)和机具1240(例如，播种机，耕田机，犁，喷雾器，撒播机，灌溉机具等)的系统1200的示例。机器1202包括处理系统1220，存储器1205，机器网络1210(例如，控制器局域网(can)串行总线协议网络，isobus网络等)以及网络接口1215，该网络接口1215用于与包括机具1240的其它系统或装置通信。机器网络1210包括传感器1212(例如，速度传感器)、控制器1211(例如，gps
接收器，雷达单元)，以便控制和监测机器或机具的操作。网络接口1215可以包括gps收发器、wlan收发器(例如，wifi)、红外收发器、蓝牙收发器、以太网或者与包括机具1240的其它装置和系统通信的其它接口中的至少一个。网络接口1215能够与机器网络1210集成在一起，或者与机器网络1210分离(如图12所示)。输入/输出(i/o)端口1229(例如，诊断/车载诊断(obd)端口)能够与另一个数据处理系统或装置(例如，显示装置，传感器等)进行通信。
59.在一个示例中，机器执行拖拉机的操作，该拖拉机联接到用于田地液体施用的机具。机具的每个行单元的液体施用流量可以和施用时的位置数据相关联，以便更好地理解田地每一行和每一个区域所施用的液体。与液体施用相关联的数据能够在显示装置1225和1230中的至少一个上显示。
60.处理系统1220可以包括一个或多个微处理器，处理器，片上系统(集成电路)或者一个或多个微控制器。处理系统包括：处理逻辑1226，用于执行一个或多个程序的软件指令的处理逻辑1226；以及通信单元1228(例如，发射器、收发器)，用于经由机器网络1210或网络接口1215发送和接收来自机器的通信，或者经由机具网络1250或网络接口1260发送和接收来自机具的通信。通信单元1228能够与处理系统集成在一起或者与处理系统分离。在一个实施例中，通信单元1228经由i/o端口1229的诊断/obd端口，与机器网络1210和机具网络1250进行数据通信。
61.处理逻辑1226包括一个或多个处理器，能够处理从通信单元1228接收到的包括农业数据(例如，gps数据、液体施用数据、流量等)的通信。系统1200包括存储器1205，用于存储由处理系统执行(软件1206)的数据和程序。存储器1205能够存储例如软件部件，诸如，用于分析用于执行本技术所公开的操作的液体施用的液体施用软件，或者任何其它软件应用程序或模块、图像(例如，采集的作物图像)、警报、地图等。存储器1205可以是任何已知形式的机器可读非临时性存储介质，诸如半导体存储器(例如，闪存；sram；dram等)，或者非易失性存储器，诸如硬盘或固体状态驱动器。系统还可以包括音频输入/输出子系统(未示出)，该输入/输出子系统可以包括麦克风和扬声器，用于例如接收和发送语音命令或者用于用户认证或授权(例如，生物特征识别)。
62.处理系统1220分别经由通信链路1230
‑
1236与存储器1205、机器网络1210、网络接口1215、报头1280、显示装置1230、显示装置1225和i/o端口1229双向通信。
63.显示装置1225和1230能够为用户或操作员提供可视用户界面。显示装置可以包括显示控制器。在一个实施例中，显示装置1225是具有触摸屏的便携式平板装置或计算机装置，其显示数据(例如，液体施用数据，采集的图像，局部视图图层，所应用的液体施用数据的高分辨率田间图，所播种或收获的数据，或者其它农业变量或参数、产量图、警报等)以及由农业数据分析软件应用程序生成的数据，并且接收来自用户或操作员的关于某个田地区域的分解视图的输入，从而对田间操作进行监测和控制。操作可以包括机器或机具的配置、数据报告、包括传感器和控制器的机器或机具的控制以及所生成数据的存储。显示装置1230可以是显示器(例如，由原始设备制造商(oem)提供的显示器)，其显示局部视图图层的图像和数据、所应用的液体施用数据、所播种或收获的数据、产量数据、对机器(例如，播种机、拖拉机、联合收割机、喷雾器等)的控制、对机器的操纵以及对机器或连接到机器上的机具(例如播种机、联合收割机、喷雾器等)的监测，其中传感器和控制器位于机器或机具上。
64.驾驶室控制模块1270可以包括附加控制模块，用于启用或禁用机器或机具的某些
部件或装置。例如，如果用户或操作员无法使用一个或多个显示装置来控制机器或机具，那么驾驶室控制模块可以包括用于关机或关闭机器或机具的部件或装置的开关。
65.机具1240(例如，播种机、耕田机、犁、喷雾器、撒播机、灌溉机具等)包括机具网络1250、处理系统1262、网络接口1260以及用于与包括机器1202的其它系统或装置进行通信的可选的输入/输出端口1266。机具网络1250(例如，控制器局域网(can)串行总线协议网络，isobus网络等)包括用于将液体从储罐1290泵送到机具的cmu 1280、1281、......n的泵1256，传感器752(例如，速度传感器、用于检测种子是否通过的种子传感器、下压力传感器、致动器阀、oem传感器、流量传感器等)，控制器754(例如，gps接收器)，以及用于控制和监测机器操作的处理系统762。当机具施用液体至作物或土壤时，cmu控制并监测液体的施用。液体施用可以在作物发育的任何阶段应用，包括播种种子后在播种沟内，与单独沟中的播种沟相邻，或者在具有种子或作物生长的播种区域附近的区域内(例如，玉米行或大豆行之间)。
66.oem传感器可以是用于联合收割机的湿度传感器或流量传感器，用于机器的速度传感器，用于播种机的种子力传感器，用于喷雾器的液体施用传感器，或者用于机具的真空、升降、下限传感器。例如，控制器可以包括与多个种子传感器通信的处理器。处理器配置成处理数据(例如，液体施用数据、种子传感器数据)，并且将处理后的数据发送到处理系统1262或1220。控制器和传感器能够用于监测播种机上的电机和驱动器(包括用于改变植物密度的可变速率驱动系统)。控制器和传感器还能够提供刈幅控制，以便关闭播种机的单个行或部分。传感器和控制器能够感测单独控制播种机的每一行的电动机的变化。这些传感器和控制器能够感测播种机每一行的输种管中的种子输送速度。
67.在一个示例中，传感器包括离子选择性电极和红外光谱仪，用于测量土壤样本的不同养分(例如，氮、磷、钾等)。在农业操作期间，可以基于田地区域中测量的土壤养分量(例如，最近测量的土壤养分，动态实时测量的不同养分的量)，通过本文所公开的控制和监测单元以及流量装置，对该田地区域中的液体施用速率进行动态原位更改，其中，该测量的土壤养分量是在农业操作期间测得，或者之前已经针对特定的田地区域测得。传感器还可以包括土壤电导率传感器、土壤温度传感器和光学传感器。
68.网络接口1260可以是gps收发器、wlan收发器(例如，wifi)、红外收发器、蓝牙收发器、以太网或者其它与包括机器1202的其它装置和系统进行通信的接口。网络接口1260可以和机具网络1250集成在一起，或者如图12所示的与机具网络1250分离。
69.处理系统1262分别经由通信链路1241
‑
1243与机具网络1250、网络接口1260和i/o端口1266双向通信。
70.机具经由有线也可能是无线双向通信1204与机器通信。机具网络1250能够直接或者经由网络接口1215和1260与机器网络1210通信。机具还能够物理联接到机器进行农业操作(例如，播种、收获、喷洒等)。
71.存储器1205可以是机器可访问的非临时性介质，在其上存储有体现了本文所描述的任何一个或多个方法或功能的一个或多个指令集(例如，软件1206)。在系统1200执行软件1206期间，软件1206还能够完全或至少部分地驻留在存储器1205内和/或处理系统1220内，存储器和处理系统还构成了机器可访问的存储介质。软件1206能够经由网络接口1215在网络上进一步进行传输或接收。
72.在一个实施例中，机器可访问的非临时性介质(例如，存储器1205)包含可执行的计算机程序指令，该可执行的计算机程序指令在由数据处理系统执行时，致使系统执行本技术所公开的操作或方法，其中包括采集作物发育的不同阶段的图像以及对所采集的图像数据进行分析。尽管在一个示例性实施例中将机器可访问的非临时性介质(例如，存储器1205)显示为单个介质，但“机器可访问的非临时性介质”一词应当视为包括存储了一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器)。“机器可访问的非临时性介质”一词还应当视为包括能够存储、编码或携带指令集以便由机器执行并且使该机器执行本技术的任何一个或多个方法的任何介质。“机器可访问的非临时性介质”一词应相应地视为包括，但不限于，固态存储器，光学和磁性介质以及载波信号。
73.转至图13和图14，示出了根据一个实施例的可替换的选择方案的流量装置1300。流量装置1300优选地包括低流量腔1310(优选地与低流量流体源流体连通)，高流量通道1320(优选地与高流量流体源流体连通，该高流量流体源的操作压力比低压流体源的更高)，以及出口通道1330(优选地与诸如柔性管之类的分配装置流体连通，以便将流体导向至所需的位置，诸如播种沟)。
74.球阀1350优选地设置在低流量腔1310内。球阀1350优选地包括球阀开口1352(例如，如图所示的圆柱形通孔)。球阀1350优选地通过球形密封件1324、1334保持在其平移位置(但允许如本文所述的那样旋转)。如图14所示，球阀优选地联接到致动器1360(例如，电动机的输出轴，该电动机与机具网络进行数据通信以接收致动器位置命令)。致动器1360优选地配置成使球阀围绕垂直于球阀开口1352的中心轴的轴的旋转运动范围旋转。当致动器1360使其旋转时，球阀1350的运动范围优选地包括图13所示视图上的高达360度的顺时针和/或逆时针运动范围。
75.球阀开口1352的位置优选地决定了高流量通道开口1322和/或出口通道开口1332的分段部分，其打开以分别允许从高流量通道1320流到球阀开口1352，和/或从球阀开口1352流入出口通道1330。开口优选地成形为使得随着球阀开口1352转动(例如，图13的视图上的逆时针方向)经过每个开口，每个开口的打开的分段部分增加(例如，以倍数、以几何级数、以指数规律、以对数方式)。例如，参照图14，球阀开口1352可以具有可变宽度w(y)，该可变宽度w(y)沿方向y增加(例如，以倍数、以几何级数、以指数规律、以对数方式)。因此，在露出球阀开口1352的垂直长度y的球阀的位置处，球阀开口1352的打开部分o的面积与宽度w(y)直接相关。在所示的实施例中，由于球阀开口1352的弧形(例如，向外弯曲)侧，宽度w(y)优选地沿方向y呈指数增加。出口通道开口1332优选地配置成与高流量通道开口1322类似，不同之处在于出口通道开口的宽度优选地沿图13中指示的方向z增加。
76.再次参照图13，在球阀1350的第一局部运动范围内(包括例如球阀开口1352在图13的视图中垂直延伸的位置)，低流量腔1310和高流量通道1320都未进行流体连通；因此，流体优选地在第一局部运动范围内不流向出口通道1330。
77.在球阀1350的第二局部运动范围内，只有低流量腔1310与出口通道1330流体连通。随着出口通道开口1332的逐渐增加的部分在第二局部运动范围中向球阀开口1352打开(例如，沿图13视图中其右侧)，允许通过球阀开口1352从低流量腔1310到出口通道1330的流量逐渐增加。
78.在球阀1350的第三局部运动范围内(包括例如图13所示的位置)，低流量腔1310和高流量通道1320都与出口通道1330流体连通。随着出口通道开口1332的逐渐增加的部分在第二局部运动范围中向球阀开口1352打开(例如，沿图13视图中其右侧)，允许通过球阀开口1352从低流量腔1310到出口通道1330的流量逐渐增加。随着高流量通道开口1322的逐渐增加的部分在第二局部运动范围中向球阀开口打开(例如，沿图13视图中其左侧)，允许通过球阀开口1352从高流量通道1320到出口通道1330的流量逐渐增加。
79.在球阀1350的第四局部运动范围内，只有高流量通道与出口通道1330流体连通。随着高流量通道开口1322的逐渐增加的部分在第二局部运动范围中向球阀开口打开(例如，沿图13视图中其左侧)，允许通过球阀开口1352从高流量通道1320到出口通道1330的流量逐渐增加。
80.在操作中，球阀1350优选地连续转动(图13视图中的逆时针方向)相继通过第一、第二、第三和第四局部运动范围。然后球阀能够沿相同的方向继续回转到第一局部运动范围内，或者能够改变方向并连续转动(图13视图中的顺时针方向)通过第四、第三、第二和第一局部运动范围。
81.图15示出了根据另一个实施例的用于控制和监测田地中的施用的流量装置(例如，控制和监测单元)。参照图15，流量装置600'优选地类似于本文所描述的流量装置600，不同之处在于除(或者、可替换的选择地、除了)设置在高流量通道610中的流量计之外，流量计1500设置在入口604中以便测量进入流量装置600'的总流量。在流量装置600'的操作中，在第一流量范围(例如，低流量)内，高流量通道610优选地关闭流动，而低流量计612优选地用于确定通过流量装置600'的总流量。在第二流量范围(例如，大于第一范围的流量)内，使用低流量计612或总流量计1500确定通过流量装置的总流量。在第三流量范围(例如，大于第二范围的流量)内，总流量计1500优选地用于确定通过流量装置的总流量。
82.低流量计612优选地配置成在第一流量范围内以及在第二流量范围的至少较低部分内，对流量进行精确测量(例如，在0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％或5％的误差内)。总流量计1500优选地配置成在第三流量范围内以及在第二流量范围的至少较高部分内，对流量进行精确测量(例如，在0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％或5％的误差内)。较高部分和较低部分优选部分重叠，使得由低流量计612精确测量的流量范围优选地与由总流量计1500精确测量的流量范围部分重叠。流量计是用于测量液体或气体的线性、非线性、质量或体积流量的仪器。
83.转至图16
‑
20，示出了根据一个实施例的另一个流量装置1600。流量装置1600优选地包括入口通道1602、用于测量通过入口通道总流量的总流量传感器1604、低流量腔1610(优选地与低压流体源流体连通)、用于测量通过低流量腔室的流量的低流量传感器1612、低流量路径1614、高流量通道1620(优选地与高压流体源流体连通，该高压流体源的操作压力比低压流体源的更高)、高流量路径1622以及出口通道1630(优选地与诸如柔性管之类的分配装置流体连通，以便将流体导向至所需的位置，诸如播种沟)。在一个示例中，高流量通道能够具有的流量比低流量通道的流量高达60倍。
84.球阀1650(例如，偏心球阀)优选地能够接收来自低流量路径和高流量路径的液体流量，并且向出口通道1630提供液体流量。球阀1650优选地包括球阀开口1652(例如，如图所示的多个圆柱形通孔)。球阀1650优选地通过密封件保持在其平移位置(但允许如本文所
述的那样旋转)。球阀可以联接到致动器(例如，电动机的输出轴，该电动机与机具网络进行数据通信以接收致动器位置命令)。致动器优选地配置成使球阀围绕垂直于球阀开口1652的中心轴的轴的旋转运动范围旋转。当致动器使其旋转时，球阀1650的运动范围优选地包括图16上的高达360度的顺时针和/或逆时针运动范围。
85.球阀开口1652的位置优选地决定了液体从高流量路径和低流量路径通过球阀开口到出口通道1630的流量。流量路径的开口优选地成形为使得随着球阀开口1652转动(例如，图17
‑
20的视图上的逆时针方向)经过流量路径的每个开口，每个开口的打开的分段部分增加或减小(例如，以倍数、以几何级数、以指数规律、以对数方式)。
86.参照图17的流量装置1700，在球阀1750的第一局部运动范围内(包括例如关闭位置，在该关闭位置中，具有多个圆柱形开口1751和1753的球阀开口1752在图17的视图中基本上垂直延伸)，低流量腔1710和低流量路径1714、1715以及高流量通道1720和高流量路径1722均不与出口通路1730流体连通；因此流体优选地在第一局部运动范围内不会流到出口通道1730。流量装置1700包括用于旋转球阀1750中的开口1752的密封件1754
‑
1757。球阀开口1752包括多个开口1751和1753，每个开口具有圆柱形孔。根据一个实施例，开口1751和1753相对于彼此以除180度以外(例如，10
‑
40度或20
‑
30度)的可配置角度1758定位，该可配置角度可以是预定的或者可调节的。
87.参照图18的流量装置1800，在球阀1850的第二局部运动范围内，只有低流量腔1810和低流量路径1814、1815与出口通道1830流体连通。具体而言，低流量路径1817和1818穿过球阀开口1852，进入出口通道1830。随着出口通道1830的开口的逐渐增加的部分在第二局部运动范围中向球阀开口1352打开，允许使用通过球阀开口1852的路径1817和1818从低流量腔1810和低流量路径1814和1815到出口通道1330的流量逐渐增加。
88.在球阀1950的第三局部运动范围内(包括例如在图19的流量装置1900中所示的位置)，低流量腔1910和高流量通道1920都与出口通道1930流体连通。随着出口通道开口1932的逐渐增加的部分在第三局部运动范围中向球阀开口1952打开，允许通过穿过球阀开口1952的开口1951和1953进入开口1932的低流量路径1917和1918，从低流量腔1910、低流量路径1914和低流量路径1915到出口通道1930的流量逐渐增加。
89.随着出口通道开口1932的逐渐增加的部分在第三局部运动范围中向球阀开口1952打开，允许通过穿过球阀开口1952的开口1951和1953进入开口1932的高流量路径1924，从高流量腔1920和高流量路径1922到出口通道1930的流量逐渐增加。
90.在图20的流量装置2000中所示的球阀2050的第四局部运动范围中，只有低流量路径2015和2017以及高流量通道2020、高流量路径2022和高流量路径2024与出口通道3030流体连通。随着高流量通道2020和高流量路径2022的逐渐增加的部分在第四局部运动范围中向球阀开口打开，允许通过球阀开口2052的开口2051和2053从高流量通道2020到出口通道2030的流量逐渐增加。低流量路径2014不与球阀开口2052和出口通道2030流体连通。
91.在操作中，球阀(例如，1650、1750、1850、1950、2050)优选地连续转动(图17
‑
20视图中的逆时针方向)相继通过第一、第二、第三和第四局部运动范围。然后球阀能够沿相同的方向继续回转到第一局部运动范围内，或者能够改变方向并连续转动通过第四、第三、第二和第一局部运动范围。
92.图21示出了根据一个实施例的具有涡轮插件的流量计。涡轮插件2100随着液体流
过流量计(例如，312、322、512、528、612、628、1500、流量传感器1612等)而旋转。
93.图22示出了根据可替换地选择实施例的具有联接到螺旋部件的涡轮插件的流量计。涡轮插件2200和螺旋部件2210两者随着液体流过流量计(例如，312、322、512、528、612、628、1500、流量传感器1612、流量传感器1604等)而旋转。与不包括螺旋部件的涡轮机插件相比，螺旋部件2210包括脊部或脉部2212
‑
221，以便为涡轮插件实现更快的速度和更快的旋转。
94.图23示出了根据可替换的选择实施例的螺旋部件。与不包括螺旋部件的涡轮插件相比，螺旋部件2300包括脊部或脉部2302、2304和2306，以便为相关联的涡轮插件实现更快的速度和更快的旋转。
95.在第一实施例中，一种用于在农业操作期间控制流量的流量装置包括具有多个开口的偏心球阀，该多个开口在原位旋转以控制液体通过偏心球阀到出口通道的流量。第一通道提供了从入口到偏心球阀的至少一个开口的第一流量路径。第二通道提供了从入口到偏心球阀的至少一个开口的第二流量路径。
96.在第一实施例的一个示例中，第一实施例可选地进一步包括：偏心球阀的多个开口各自包括圆柱形孔，该圆柱形孔相对于彼此以除180度以外的可配置角度设置。
97.在第一实施例的另一个示例中，第一实施例可选地进一步包括：可配置角度为10度至40度。
98.在第一实施例的另一个示例中，第一实施例可选地进一步包括：可配置角度为20度至30度。
99.在第一实施例的另一个示例中，第一实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：偏心球阀包括多个局部运动范围，每个运动范围对应于偏心球阀的位置，该位置包括第一位置，在第一位置中，第一通道和第二通道不与出口通道流体连通。
100.在第一实施例的另一个示例中，第一实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：偏心球阀包括第二位置，在第二位置中，第一通道包括通过偏心球阀的第一开口到出口通道的第一流量路径，以及通过偏心球阀的第二开口的第二流量路径。
101.在第一实施例的另一个示例中，第一实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：偏心球阀包括第三位置，在第三位置中，第二通道包括以第一流量通过偏心球阀的第一和第二开口到出口通道的流量路径。
102.在第一实施例的另一个示例中，第一实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：偏心球阀包括第四位置，在第四位置中，第一通道包括以第一流量通过偏心球阀的第一开口到出口通道的第一流量路径，并且第二通道包括以第二流量通过偏心球阀的第一开口和第二开口到出口通道的第二流量路径。
103.在第一实施例的另一个示例中，第一实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：在操作中，偏心球阀优选地旋转相继通过不同的局部运动范围和对应的不同位置。
104.在第一实施例的另一个示例中，第一实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：偏心球阀基于从传感器接收土壤养分数据旋转以改变通过偏心球阀和出口通道的流量，该土壤养分数据指示在农业操作期间田地土壤中的养分测量值。
105.在第二实施例中，控制和监测单元包括：阀门，其具有用于控制液体通过阀门到出口的流量的开口；以及第一通道，其用于提供从入口到阀门的具有可变第一流量的第一流
量路径。第一通道包括第一流量计，用于监测液体通过第一通道的流量。第二通道提供从入口到阀门的具有可变的第二流量的第二流量路径。第二通道包括第二流量计，用于监测液体通过第二通道的流量。
106.在第二实施例的一个示例中，第二实施例可选地进一步包括：偏置机构，其联接到第二通道；以及构件，其联接到偏置机构。当构件的第一表面上的压力超过构件的第二表面上的压力时，偏置机构打开，并且这会导致液体通过第二通道流入阀门。
107.在第二实施例的另一个示例中，第二实施例可选地进一步包括：偏置机构提供使通过第二通道的第二流量路径保持关闭直到流量已达到一定的范围使得第二流量计的测量准确的功能。
108.在第二实施例的另一个示例中，第二实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：当球阀从关闭位置旋转或者移动到打开位置时，第一和第二通道与球阀之间的第一和第二横截面开口发生变化，导致通过球阀的第一和第二横截面开口的可用横截面面积增加。
109.在第二实施例的另一个示例中，第二实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：第一横截面开口具有逐渐变宽的形状，该形状的横截面面积小于第二横截面开口的横截面面积。
110.在第二实施例的另一个示例中，第二实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：球阀的宽运动范围对应于可变第一流量中的逐渐增加的流量。
111.在第二实施例的另一个示例中，第二实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：第二横截面开口比第一横截面开口更宽并且具有大致恒定的宽度。
112.在第三实施例中，一种机具包括：至少一个罐，其用于储存待施用到田地的液体；多个行单元，每个行单元具有流量装置，该流量装置包括具有多个开口的偏心球阀，其在原位旋转以控制液体通过偏心球阀到出口通道的流量，该液体用于施用到田地；以及泵，其联接到多个行单元。该泵控制液体到多个流量装置的流量。
113.在第三实施例的一个示例中，第三实施例进一步可选地包括：每个流量装置包括第一通道，其用于提供从入口到偏心球阀的至少一个开口的第一流量路径；和第二通道，其用于提供从入口到偏心球阀的至少一个开口的第二流量路径。
114.在第三实施例的另一个示例中，第三实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：偏心球阀的多个开口各自包括圆柱形孔，该圆柱形孔相对于彼此以除180度以外的可配置角度设置。
115.在第三实施例的另一个示例中，第三实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：所述可配置角度为10度至40度。
116.在第三实施例的另一个示例中，第三实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：可配置角度为20度至30度。
117.在第三实施例的另一个示例中，第三实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：偏心球阀包括多个局部运动范围，每个运动范围对应于偏心球阀的位置，该位置包括第一位置，在第一位置中，第一通道和第二通道不与出口通道流体连通。
118.在第三实施例的另一个示例中，第三实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：在操作中，偏心球阀优选地旋转相继通过不同的局部运动范围和对应的不同位置。
119.在第三实施例的另一个示例中，第三实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：附加泵联接到附加的多个行单元。附加泵控制液体到附加的多个行单元的流量装置的液体流量。
120.在第三实施例的另一个示例中，第三实施例的任一示例的主题可选地进一步包括：至少一个土壤传感器，用于在农业操作期间感测指示田地土壤中的养分测量值的土壤养分数据。响应于从至少一个传感器接收土壤养分数据，至少一个偏心球阀进行旋转以改变通过偏心球阀和出口通道的流量。
121.应当理解，以上描述为说明性的而非限制性的。在阅读并理解以上描述之后，许多其它实施例对本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本技术的公开范围应当参照所附权利要求以及这些权利要求所要求的等同内容的全部范围来确定。