自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)及其控制方法，系統(tǒng)包括行動(dòng)小車和行動(dòng)小車上設(shè)置的傳送帶，傳送帶上開設(shè)有凹槽，在傳送帶的上方設(shè)置有下料漏斗，通過控制傳送帶的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)施肥傳輸；在傳送帶的出料端還設(shè)置有排肥機(jī)構(gòu)，該排肥機(jī)構(gòu)的進(jìn)料口位于凹槽的正下方，在排肥機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有N塊分流板，相鄰分流板之間形成出料通道，所述排肥機(jī)構(gòu)中設(shè)置有調(diào)節(jié)板，在調(diào)節(jié)板上設(shè)有齒條，該齒條與第一動(dòng)力裝置上的齒輪嚙合，通過第一動(dòng)力裝置帶動(dòng)調(diào)節(jié)板移動(dòng)調(diào)節(jié)出料通道的大小。其顯著效果是：根據(jù)每一塊地的施肥信息，通過控制傳送帶的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)變量施肥，而且保證了地塊各處能夠均勻施肥，提高了肥料的利用率，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。
【專利說明】自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)及其控制方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及到農(nóng)業(yè)變量施肥【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是一種自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)及其 控制方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 在我國，農(nóng)業(yè)一直都是國民經(jīng)濟(jì)、國家自立和社會(huì)安定的根基，人們的切身利益和 社會(huì)的安定都時(shí)刻受到農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響。
[0003] 目前，我國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在化肥的使用過程中存在運(yùn)用不合理，造成大量環(huán)境污染， 肥料利用率低等問題。因此實(shí)施變量按需施肥，可大大的提高化肥利用率、減少化肥的浪費(fèi) 以及減少化肥對(duì)環(huán)境的不良影響，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益都得到了很顯著改善。
[〇〇〇4] 然而，自動(dòng)變量施肥技術(shù)和相關(guān)機(jī)械還處于研究階段，未能實(shí)際使用，而且還存在 設(shè)備成本較高，難以推廣實(shí)用等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠 根據(jù)地塊的施肥信息調(diào)整施肥量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)地塊的均勻施肥。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明表述一種自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于：包括行動(dòng)小 車，該行動(dòng)小車上設(shè)置有傳送帶，所述傳送帶上開設(shè)有凹槽，在傳送帶的上方設(shè)置有下料 漏斗，該下料漏斗的下料口與傳送帶上的凹槽正對(duì)設(shè)置，下料口的寬度與凹槽的槽口大小 相適應(yīng)，通過控制傳送帶的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)肥料傳輸；
[0007] 在所述傳送帶的出料端還設(shè)置有排肥機(jī)構(gòu)，該排肥機(jī)構(gòu)的進(jìn)料口位于凹槽的正下 方，在所述排肥機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有N塊分流板，相鄰分流板之間形成出料通道，所述排肥機(jī)構(gòu)中還 設(shè)置有調(diào)節(jié)板，在調(diào)節(jié)板上設(shè)置有齒條，該齒條與第一動(dòng)力裝置上的齒輪嚙合，通過第一動(dòng) 力裝置帶動(dòng)調(diào)節(jié)板移動(dòng)調(diào)節(jié)每條出料通道的開口大小，實(shí)現(xiàn)施肥量的控制。
[0008] 通過控制傳送帶的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)肥料傳輸，根據(jù)待施肥地塊的施肥量，可以計(jì)算出傳 送帶的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)變量施肥，然后根據(jù)系統(tǒng)的行進(jìn)速度、地塊的長度以及施肥量等信息 可以計(jì)算出系統(tǒng)的單位施肥量，通過動(dòng)力裝置帶動(dòng)調(diào)節(jié)板移動(dòng)，改變調(diào)節(jié)板插入的深度調(diào) 節(jié)每條出料通道的開口大小，實(shí)現(xiàn)待施肥地塊的均勻施肥。通過本系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)的根據(jù)每 一塊地的施肥信息，通過控制傳送帶的轉(zhuǎn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)施肥裝置的施肥量，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的 按需施肥，而且還能夠保證地塊各處的施肥量均勻，提高了肥量的利用率，減少了對(duì)生態(tài)環(huán) 境的影響，且推廣成本低。
[〇〇〇9] 所述傳送帶固定在第一轉(zhuǎn)軸與第二轉(zhuǎn)軸上，所述第一轉(zhuǎn)軸或第二轉(zhuǎn)軸連接在第二 動(dòng)力裝置上。
[〇〇1〇] 采用上述結(jié)構(gòu)，便于對(duì)肥料進(jìn)行輸送，并且方便根據(jù)施肥量對(duì)傳送帶的移動(dòng)速度 進(jìn)行控制。
[〇〇11] 所述行動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)輪上設(shè)置有第一速度傳感器，在第二動(dòng)力裝置上設(shè)置有第 二速度傳感器。
[0012] 設(shè)置上述結(jié)構(gòu)，人們能夠根據(jù)速度傳感器采集的數(shù)據(jù)，可以更加方便的實(shí)時(shí)調(diào)整 施肥量。
[0013] 為了對(duì)施肥量進(jìn)行控制，在所述行動(dòng)小車上還設(shè)置有控制模塊，該控制模塊的信 號(hào)輸入端連接有輸入模塊，控制模塊的信號(hào)輸入端還分別與所述第一速度傳感器和第二速 度傳感器相連，所述控制模塊的控制輸出端用于控制所述第一動(dòng)力裝置與第二動(dòng)力裝置。
[0014] 為了便于對(duì)傳送機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度以及調(diào)節(jié)板的插入深度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述第一動(dòng)力 裝置為步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)連接有第一驅(qū)動(dòng)模塊，所述第二動(dòng)力裝置為直流伺服電機(jī)，該 直流伺服電機(jī)連接有第二驅(qū)動(dòng)模塊。
[0015] 為了便于獲取待施肥地塊的施肥量信息，所述輸入模塊為鍵盤輸入模塊、RS232串 口模塊或無線通訊模塊。
[0016] 結(jié)合上述變量施肥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出一種自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)的控制方法：
[0017] 步驟1 :設(shè)置第i塊待施肥地的預(yù)期施肥量I，第i塊地的長度為Q，i = 1?n， η為待施肥的地塊數(shù)，系統(tǒng)在第i塊地的行進(jìn)速度為傳送帶（5)的凹槽（5a)寬度為a， 下料漏斗（6)的下料口與凹槽（5a)底部的距離為h，肥料密度為P，進(jìn)料口（7a)的長度為 b，進(jìn)料口（7a)的寬度c，采樣周期T;
[0018] 步驟2:按照間隔時(shí)間T對(duì)傳送帶（5)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣，采樣次數(shù)為k,，每次采樣 所得的轉(zhuǎn)速記為Vi (j)，j = 1?&，控制模塊（11)按照公?計(jì) 算出第塊待施肥地在kj時(shí)間內(nèi)的排肥量Μη ;
【權(quán)利要求】
1. 一種自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)，其特征在于：包括行動(dòng)小車⑴，該行動(dòng)小車⑴上設(shè)置有 傳送帶（5)，所述傳送帶（5)上開設(shè)有凹槽（5a)，在傳送帶（5)的上方設(shè)置有下料漏斗（6)， 該下料漏斗（6)的下料口與傳送帶（5)上的凹槽（5a)正對(duì)設(shè)置，下料口的寬度與凹槽（5a) 的槽口大小相適應(yīng)，通過控制傳送帶（5)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)肥料傳輸； 在所述傳送帶（5)的出料端還設(shè)置有排肥機(jī)構(gòu)（7)，該排肥機(jī)構(gòu)（7)的進(jìn)料口（7a)位 于凹槽（5a)的正下方，在所述排肥機(jī)構(gòu)（7)內(nèi)設(shè)有N塊分流板，相鄰分流板之間形成出料 通道（7b)，所述排肥機(jī)構(gòu)（7)中還設(shè)置有調(diào)節(jié)板（7c)，在調(diào)節(jié)板（7c)上設(shè)置有齒條，該齒 條與第一動(dòng)力裝置（8)上的齒輪嚙合，通過第一動(dòng)力裝置（8)帶動(dòng)調(diào)節(jié)板（7c)移動(dòng)調(diào)節(jié)每 條出料通道（7b)的開口大小，實(shí)現(xiàn)施肥量的控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)，其特征在于：所述傳送帶（5)固定在第 一轉(zhuǎn)軸（2)與第二轉(zhuǎn)軸（3)上，所述第一轉(zhuǎn)軸（2)或第二轉(zhuǎn)軸（3)連接在第二動(dòng)力裝置（4) 上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)，其特征在于：在所述行動(dòng)小車（1)的驅(qū) 動(dòng)輪上設(shè)置有第一速度傳感器（9)，在第二動(dòng)力裝置（4)上設(shè)置有第二速度傳感器（10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)，其特征在于：在所述行動(dòng)小車（1)上還 設(shè)置有控制模塊（11)，該控制模塊（11)的信號(hào)輸入端連接有輸入模塊（12)，控制模塊（11) 的信號(hào)輸入端還分別與所述第一速度傳感器（9)和第二速度傳感器（10)相連，所述控制模 塊（11)的控制輸出端用于控制所述第一動(dòng)力裝置（8)與第二動(dòng)力裝置（4)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)，其特征在于：所述輸入模塊（12)為鍵盤 輸入模塊、RS232串口模塊或無線通訊模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)，其特征在于：所述第一動(dòng)力裝置（8)為 步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)連接有第一驅(qū)動(dòng)模塊（14)，所述第二動(dòng)力裝置（4)為直流伺服電機(jī)， 該直流伺服電機(jī)連接有第二驅(qū)動(dòng)模塊（13)。
7. 如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)的控制方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn) 行： 步驟1 :設(shè)置第i塊待施肥地的預(yù)期施肥量1，第i塊地的長度為Lp i = 1?η，η為 待施肥的地塊數(shù)，系統(tǒng)在第i塊地的行進(jìn)速度為傳送帶（5)的凹槽（5a)寬度為a，下料 漏斗（6)的下料口與凹槽（5a)底部的距離為h，肥料密度為P，進(jìn)料口（7a)的長度為b，進(jìn) 料口（7a)的寬度c，采樣周期T; 步驟2:按照間隔時(shí)間T對(duì)傳送帶（5)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣，采樣次數(shù)為&，每次采樣所得 的轉(zhuǎn)速記為Vi (j)，j = 1?&，控制模塊（11)按照公另計(jì)算出 第i塊待施肥地在kj時(shí)間內(nèi)的排肥量Μη ;
步驟3 :采用模糊PID控制算法控制傳送帶（5)的轉(zhuǎn)速； 步驟4:再次按照間隔時(shí)間Τ對(duì)傳送帶（5)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣，采樣次數(shù)為k2，每次采樣 所得的轉(zhuǎn)速記為v2 (k)，k = 1?k2按照公另
，計(jì)算出第i塊 待施肥地在k2T時(shí)間內(nèi)的排肥量Mi2，然后將總排肥量乂 = Mn+Mi2與預(yù)期施肥量&進(jìn)行比 較，若％與&相等則進(jìn)入步驟5,否則返回步驟2繼續(xù)控制傳送帶（5)的轉(zhuǎn)速； 步驟5 :傳送帶（5)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，按用十算出調(diào)節(jié)板（7c)應(yīng)插入的深度值 li，其中，g為重力加速度；
步驟6 :控制模塊（11)根據(jù)步驟5獲得的深度值^，控制調(diào)節(jié)板（7c)移動(dòng)調(diào)節(jié)每條出 料通道（7b)的開口大小，實(shí)現(xiàn)施肥量的控制； 步驟7 :當(dāng)?shù)趇塊地施肥完成時(shí)，關(guān)閉出料通道（7b)，并返回步驟2循環(huán)控制，直至所有 待施肥地塊施肥完成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述步驟3中 模糊PID控制算法的具體步驟如下： 步驟3-1 :控制模塊（11)按照
分別計(jì)算出施肥量的誤差e和 誤差變化率ec，其中Μη為第i塊待施肥地在kj時(shí)間內(nèi)的排肥量，&為第i塊待施肥地的 預(yù)期施肥量； 步驟3-2 :將步驟3-1所得的誤差e與誤差變化率ec進(jìn)行模糊化處理，得到適于模糊 運(yùn)算的模糊量誤差E與模糊量誤差變化率EC ; 步驟3-3 :根據(jù)模糊量誤差E、模糊量誤差變化率EC的模糊控制規(guī)則表，得到模糊量控 制量U ; 步驟3-4 :對(duì)步驟3-3所得結(jié)果進(jìn)行逆模糊化處理，得到控制量u (t)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動(dòng)變量施肥系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述步驟3-3 中的模糊控制規(guī)則表采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，具體步驟如下： 步驟3-3-1 :對(duì)模糊PID控制算法中的E、EC、U的隸屬函數(shù)以及控制規(guī)則表分別進(jìn)行編 碼，并將隸屬函數(shù)的編碼與控制規(guī)則表編碼結(jié)合形成一條染色體； 步驟3-3-2 :根據(jù)步驟3-3-1形成的染色體，隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)初始串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，每個(gè)串結(jié) 構(gòu)數(shù)據(jù)為一個(gè)個(gè)體，N個(gè)個(gè)體構(gòu)成一個(gè)群體； 步驟3-3-3 :在步驟3-3-2所得的群體中采用交換概率挑選父代，挑選出的每兩個(gè)父代 通過將相異的部分基因進(jìn)行交換，產(chǎn)生新的個(gè)體； 步驟3-3-4 :計(jì)算步驟3-3-3產(chǎn)生的新個(gè)體的適應(yīng)度，采用適應(yīng)度函數(shù)對(duì)產(chǎn)生的新個(gè)體 進(jìn)行優(yōu)化，從優(yōu)化后的個(gè)體中選出適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)良個(gè)體； 步驟3-3-5 :在步驟3-3-4產(chǎn)生的優(yōu)良個(gè)體組成的群體中隨機(jī)選擇一定數(shù)量個(gè)體，以一 定的概率隨機(jī)地改變每個(gè)個(gè)體的串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中的一個(gè)值，產(chǎn)生新的個(gè)體； 步驟3-3-6 :計(jì)算新個(gè)體的適應(yīng)度，若新個(gè)體的適應(yīng)度無法再提高，則解碼得出最優(yōu)模 糊控制規(guī)則表，否則返回步驟3-3-3循環(huán)控制。
【文檔編號(hào)】A01C15/00GK104094713SQ201410321828
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】宋樂鵬, 胡文金, 尹俊杰 申請(qǐng)人:重慶科技學(xué)院