专利名称：变量施肥控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变量施肥控制系统，尤其是一种可以根据地块所需施肥量，和施肥机械行进速度实时调整施肥量的变量施肥控制系统。
背景技术：
随着现代农业科学技术的发展，科学、合理的施肥是保持土地养分充足、均衡，农作物长势、产量稳定的基本保障。对于大面积耕种农田来说更是如此。由于土地广阔，不同地区的土质差别较大，土壤中养分含量也相差较大，因此，需要采用能够根据土壤质量进行变量施肥的设备，达到平衡土壤养分的目的。
现有的变量施肥机械大多通过旋转的圆盘达到均匀撒播肥料的目的。化肥撒播的范围通过调整圆盘的转速达到调整，通常情况下化肥撒播的范围在10-30米之间，具有这种结构的变量施肥机械一方面只适用于大面积地块作业，另一方面是机械的制造成本较高。
变量施肥机的控制通过两种途径来实现，第一种是通过利用人工调整液压控制阀的旋钮，通过控制液压油的流量实现变量施肥，该种控制施肥量的方式没有考虑作业机械的速度情况，在作业机械前进速度变化的情况下，由于没有采取速度反馈，施肥量仍然按照预先设定的施肥量进行施肥，这样造成了地块施肥数量偏大的情况。另外一种是可以按照施肥处方图实现变量施肥，该种变量施肥方式首先将施肥图的处方图信息经过一个数据交换器，经过数据交换器将施肥信息传输给施肥控制器；反之施肥控制器的相关信息也只有通过数据交换器才可以传输给控制计算器，另外数据交换器的设置状态也必须正确，否则难于实现上位计算机与控制器的正常通讯，这样造成了施肥过程中对整个系统的操作比较困难。另外整个系统的成本也非常高。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有变量施肥控制系统的不足，提供一种变量施肥控制系统，其结构简单并且成本较低。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种变量施肥控制系统，包括一控制施肥量的控制器；一向控制器输入信息的上位计算机，与所述控制器相连接；一排肥机构；一控制所述排肥机构排肥量的液压马达，与所述排肥机构相连接；一控制所述液压马达转速的液压阀，与所述液压马达相连接；一控制所述液压阀开度的继电器，与所述液压阀和控制器相连接。
所述控制器包括一CPU，与所述上位计算机和继电器相连接；一输入排肥信息的键盘，与所述CPU相连接；一显示当前信息的显示器，与所述CPU相连接；一提供电源的电源模块，与所述CPU相连接。
所述CPU还连接有用来测量速度的雷达传感器。所述CPU和液压马达还连接有用于测量所述液压马达转速的传感器。所述CPU还连接有报警用的蜂鸣器。所述CPU还连接有闪存和动态存储器。所述CPU还连接有串口和USB接口。所述上位计算机还连接有用来定位的GPS模块和地理信息系统模块。
因此，本实用新型变量施肥控制系统成本很低，而且结构非常简单。
图1为本实用新型变量施肥控制系统的结构示意图。
图2为本实用新型变量施肥控制系统的控制器的结构示意图。
图3为本实用新型变量施肥控制系统的电路图。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
本实用新型是利用地块的养分状况的信息和农机的运行速度，控制施肥装置的施肥量，来实现地块的变量施肥控制。
如图1所示，为本实用新型的结构示意图，控制器1和上位计算机2利用串口18相连接，上位计算机2连接有GPS模块7和地理信息系统(GIS)模块9，液压阀4通过继电器3与控制器1相连接，通过继电器3产生的控制信号来调整液压阀4的开度，从而驱动与液压阀4连接的液压马达5的转速，达到控制与液压马达5齿轮连接的排肥机构6的排肥量。并且控制器1和液压马达5还连接有测量液压马达5的转速的传感器8。
上位计算机2能够通过串口18接受控制器1传回的数据，能够接收GPS模块7的定位信息，并且存储了农田电子地图，能够判断农机在农田里的具体位置；能够根据土壤养分含量的信息，将播种作物肥料需求和专家知识结合，生成对该土壤条件所需施用化肥的处方图，并将该处方图信息和和农机位置等信息通过串口输出到控制器1。
如图2所示，为本实用新型的控制器1的结构示意图。包括一个CPU13，和与CPU13相连接的键盘19、显示器11、电源模块12、雷达传感器10、蜂鸣器14、闪存15、动态存储器16、USB接口17和串口18。并且上位计算机2、传感器8和继电器3均与CPU13相连接。
CPU采用是Samsung公司的S3C44B0X，是ARM7系列的处理器，工作频率66MHz，片上集成8KB cache、存储控制器、LCD控制器、4通道DMA、2通道UART、1通道I2C、1通道I2S、5通道PWM定时器、1通道内部定时器、看门狗、8通道10位ADC、71个通用IO口(复用)、8通道外中断源、RTC和片上时钟产生器。因此具有非常丰富的片上资源，几乎所有常用的芯片级总线结构都有对应的硬件控制器，在做外围扩展时非常方便。通过外扩2M闪存15，有绝对的空间下载程序，外扩8M的动态存储器(SDRAM)16，使得程序比在51系列单片机上的运行速度大大提高，且能进行数据的高速读取和存储。键盘19为1*4键盘，用来输入地块需要施肥量的大小，显示器11为LCD液晶显示器，配备具有各种显示功能的液晶显示屏，可以采用汉字、字符、数字以及图形等显示农机的各种状态信息；具备多个发光二极管，不同的发光二极管点亮能够指示施肥系统当时的状态，可以用来显示该作业单元的施肥量的大小、液压马达5的实时转速、所载用机具的行进速度以及肥量的瞬时排量等等。电源模块12为AS1117系列电源转换芯片，可以为5V系统、3V系统及2.5V系统之间进行电平转换，为系统提供需要的电源。雷达传感器10可以测量系统所载用机具的运行速度。
参见图3所示，为本实用新型的电路原理图，本变量施肥控制器主控制电路部分由S3C44B0X、flash存储器SST39VF1601、动态存储器HY57V641620、LCD液晶显示EG1147、SP3232EEA扩展的RS232接口、电源转换芯片AS1117-5.0、AS1117-3.3及AS1117-2.5(分别提供所需的5V、3.3V及2.5V电压)、反相器74HC04D及74HC32D组成；和两组继电器组JZC-32f和DC-DC电源转换模块DFA5-12S5；S3C44B0X及其内部的软件作为整个系统的控制核心，存储器SST39VF1601和HY57V641620分别通过bank0和bank6与S3C44B0X相连，RS232串口通过SP3232EEA转换芯片接在S3C44B0X的UART0口上，传感器的数字信号通过外部中断口ENT2，ENT3接入S3C44B0X，其他芯片的控制通讯口都直接与S3C44B0X相连，AS1117系列电源转换芯片为系统提供需要的电源。电路中采用32位ARM芯片S3C44B0X作为核心处理器，通过电平转换芯片SP3232EEA扩展了两个串口、采用2个74HC04芯片扩展了34路I/O(输入/输出)口，其中ARM芯片的20路LCD端口作为液晶显示屏接口与显示器连接。作为整个系统的控制核心，它控制各部分电路完成参数的设置、传感器8的数据的读取转换、数据存储以及有线通讯等任务。14路JTAG端口和外部仿真器相连，方便系统进行高速在线调试。
在使用时，将本系统置于农机具上，然后分两个步骤使用，第一阶段为手动键盘输入，第二个步骤为自动进行。
在第一个阶段，通过键盘19输入该地块需要施肥量的大小，CPU13处理该输入信号量，通过继电器3产生控制信号来调整液压阀4的开度，从而驱动液压马达5来控制排肥机构6的转速，由于排肥量与排肥机构6的转速有一定的对应关系，因此通过控制排肥机构6的转速就可以达到按需施肥的目的。液压马达5的速度输出通过转速传感器8传送到CPU13形成反馈控制。因为排肥机构6的转速与机具的前进速度没有直接对应关系，当排肥机构6的转速一定时，机具的前进速度会影响排肥量，通过雷达速度传感器10测得机具前进速度，输入到CPU13进行施肥排量的调整。LCD显示器12经过CPU13内部的LCD控制器驱动以后，可以显示该作业单元的施肥量大小、液压马达5的实时转速、机具行进速度以及肥料的瞬时排量。同时，该显示信息也可以通过串口18在上位计算机2上实时显示。
本系统通过控制液压马5达的转速，将整个系统集成在一起，可以实现手动控制变量施肥，直接通过手动按键输入施肥量信号触发施肥决策信息。如需施肥300kg/hm2，则选择相应的键即可。控制器1会根据该施肥量结合农机运动速度来输出控制信号，调整液压马达5阀门的大小，从而驱动排肥机构6的转速。同时系统在马达齿轮部分安接一个转速传感器8，作为反馈量接入控制器，用于修正马达5的转速，使其达到动态稳定。
在第二个阶段，控制器1通过串口和上位计算机2相连，上位计算机2接收GPS模块7的定位信息和地理信息系统模块(GIS)9做出的施肥决策信息，并且存储了农田电子地图，能够判断农机在农田里的具体位置；能够根据土壤养分含量的信息，将播种作物肥料需求和专家知识结合，生成对该土壤条件所需施用化肥的处方图，并将该处方图信息和和农机位置等信息通过串口18输出到控制器1。控制器1处理上位计算机2发送的上述信息来控制液压阀4的开度，通过调整供油量大小来实现控制液压马达5转速的目的，该转速通过传感器8检测反馈给CPU13与设定值相比较，调整偏差来实现转速的动态稳定。机具的前进速度通过雷达速度传感器10接入到CPU13中，作为决定控制信号的另一个输入量。
由此，本实用新型通过简单的结构，低廉的成本实现了地块的变量施肥控制。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种变量施肥控制系统，其特征在于包括一控制施肥量的控制器；一向控制器输入信息的上位计算机，与所述控制器相连接；一排肥机构；一控制所述排肥机构排肥量的液压马达，与所述排肥机构相连接；一控制所述液压马达转速的液压阀，与所述液压马达相连接；一控制所述液压阀开度的继电器，与所述液压阀和控制器相连接。
2.根据权利要求1所述的变量施肥控制系统，其特征在于所述控制器包括一CPU，与所述上位计算机和继电器相连接；一输入施肥信息的键盘，与所述CPU相连接；一显示当前信息的显示器，与所述CPU相连接；一提供电源的电源模块，与所述CPU相连接。
3.根据权利要求2所述的变量施肥控制系统，其特征在于所述CPU还连接有用来测量速度的雷达传感器。
4.根据权利要求2所述的变量施肥控制系统，其特征在于所述CPU和液压马达还连接有用于测量所述液压马达转速的传感器。
5.根据权利要求2所述的变量施肥控制系统，其特征在于所述CPU还连接有报警用的蜂鸣器。
6.根据权利要求2所述的变量施肥控制系统，其特征在于所述CPU还连接有闪存和动态存储器。
7.根据权利要求2所述的变量施肥控制系统，其特征在于所述CPU还连接有串口及USB接口。
8.根据权利要求1所述的变量施肥控制系统，其特征在于所述上位计算机还连接有用来定位的GPS模块和地理信息系统模块。
专利摘要本实用新型涉及一种变量施肥控制系统，包括一控制施肥量的控制器；一向控制器输入信息的上位计算机，与所述控制器相连接；一排肥机构；一控制所述排肥机构排肥量的液压马达，与所述排肥机构相连接；一控制所述液压马达转速的液压阀，与所述液压马达相连接；一控制所述液压阀开度的继电器，与所述液压阀和控制器相连接。因此，本实用新型变量施肥控制系统通过简单的结构和低廉的成本实现了地块的变量施肥控制。
文档编号G05B15/02GK2826487SQ20052010623
公开日2006年10月11日 申请日期2005年8月25日 优先权日2005年8月25日
发明者王秀, 李红岩, 赵春江, 孟志军 申请人:北京农业信息技术研究中心