一种果园对靶施肥机及其变量控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于农业机械技术领域，特别设及一种果园对祀施肥机及其变量控制方 法。
【背景技术】
[0002] 我国是农业生产大国，但由于相关农业机械发展滞后使得我国难W步入农业强国 的行列。精准农业W按照田间每一操作单元的具体条件，精细准确地调整各项±壤和作物 管理措施，最大限度地优化各项农业投入，W获取最高产量和最大经济效益，同时保护农业 生态环境为目的，是我国发展农业机械的一个重要指导方向。
[0003] 施肥是保证作物生长和提高产量的有效措施。有关资料显示，目前，我国化肥总产 量距世界第二，总施量居世界第一。但传统粗放式施肥方式往往会造成大量化肥浪费、±壤 元素失调、破坏作物生态环境，同时不均衡施肥不但没有起到应有效果，反而会影响作物生 长、降低果实品质，更甚者直接破坏根系，造成作物枯萎。在运种情况下，变量施肥技术成为 一种提高施肥效率有效解决手段。变量施肥又称精准施肥，主要W不用空间单元的产量数 据域±壤理化性质、病虫草害、气候等多层数据的综合分析为依据，W作为生长模型、作物 营养专家系统为支持，W高产、优质、环保为目的的变量处方施肥理论和技术。
[0004] 目前，变量施肥机械在我国也逐渐发展起来。公开号为201010017129的发明专利 提出一种水稻智能变量施肥机及其变量施肥方法，该发明利用高光谱遥感系统和图像采集 系统信息融合技术，检测水稻N、P、K含量，根据元素盈亏施肥。公开号为201410037916的 发明专利提出一种果园对祀变量液态施肥装置及施肥方法，该发明利用超声波传感器探测 果树=维数据，并根据该数据控制施肥机构定量施肥。但W上发明忽略作物不同根系位置 施肥量不同的特性，没有实现单株果树不同根系位置的变量施肥。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种果园对祀施肥机及其 变量控制方法，能实现果树不同根系位置调整施肥量的不同，从而进一步提高果园施肥效 果。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] 一种果园对祀施肥机，包括：
[0008] 设置于拖拉机1上的探测装置，用于采集祀标和速度信息；
[0009] 设置于拖拉机1后端的变量施肥机构；
[0010] W及，设置于拖拉机1上的控制器13,控制器13根据获取的祀标和速度信息，控制 变量施肥机构完成排肥。
[0011] 所述探测装置包括祀标探测装置和速度探测装置，所述祀标探测装置设置于拖拉 机前端支架15上，包括若干用于探测果树树冠半径的超声波测距传感器和用于探测果树 中屯、位置的红外传感器；
[0012] 所述速度探测装置设置于拖拉机I的限深轮7上，包括若干速度传感器，用于采集 拖拉机1的行驶速度。
[0013] 所述控制器13包括ARM,用于根据超声波测距传感器信号计算树冠半径、记录树 干中屯、所在位置W及计算排肥器所在位置对应的排肥电机转速，控制器13搭载一块液晶 屏用于施肥量的输入、数据显示W及系统开关控制，所述控制器还包括所述探测装置的控 制电路。
[0014] 所述变量施肥机构包括两个独立控制的排肥器。
[0015] 所述每个排肥器包括位于肥箱3下方的排肥器壳体4,排肥器壳体4的一侧有盖板 5,排肥器壳体4的上部有矩形进肥口，矩形进肥口处设置有带有若干排肥口 201的排肥盘 2,排肥盘2通过阶梯轴固定在设置在盖板5的双轴承座11上，排肥器壳体4中有两个链轮 19及位于两个链轮19间的双侧带耳链条20,双侧带耳链条20上设置有等间距若干排肥斗 18,步进电机12与链轮19连接带动其转动，进而带动排肥斗18转动，排肥器壳体4底部的 一端有与导肥管9连通的出肥口。
[0016] 所述排肥盘2上均布由若干排肥口 201，沿转动方向，每个排肥口 201的前方设置 有一个相应的凸起202,凸起202的外边沿与排肥斗18对应，排肥斗18在双侧带耳链条20 的带动下水平移动，与凸起202接触时对其进行推动，排肥斗18与该凸起202后方的排肥 口 201对齐，排肥斗18与排肥口 201持续向前运动，排肥口 201与排肥器壳体4上的矩形 排肥口 401重合时，肥料通过重合处落入排肥斗18实现注肥，排肥斗18向前运动，在整个 排肥器壳体4上的矩形排肥口 401内不断充肥直至退出矩形排肥口 401，排肥斗18继续向 前运动，排肥盘2与排肥斗18脱离接触，当排肥斗18转动到下端时，排肥斗18内的肥在重 力的作用下落入导肥管9。
[0017] 本发明还提供了一种所述果园对祀施肥机的变量控制方法，包括W下步骤： 阳01引步骤1，在控制器14中输入平均每棵果树施肥量；
[0019] 步骤2,通过设置于拖拉机1上的探测装置采集果树树冠半径和树干中屯、位置，W 及拖拉机1的行驶速度，并传输给所述控制器14 ;
[0020] 步骤3,所述控制器14根据探测装置采集数据、拖拉机作业速度W及标定的每棵 树施肥量计算树干中屯、位置的最高排肥转速；
[0021] 步骤4,所述控制器14控制变量施肥机构根据所在位置计算当前位置的电机转速 并控制步进电机12完成变量施肥。
[0022] 所述步骤3中计算方法如下
其中，D为每棵树的标定施肥量，Vm。、 为排肥器在树干中屯、位置时对应的排肥电机最高转速；t。是排肥器从树冠边缘到达树干中 屯、位置所需要的时间，在拖拉机作业速度恒定的情况下
其中R为树冠半径，V为拖拉 机作业速度，得出排肥电机在树干中屯、位置的最高转速
[0023] 所述步骤4中，从树冠边缘到树干中屯、位置排肥电机在1位置的转速
[0024]
，从树干中屯、开始到另一树冠边缘位置排肥电机在I位置 的转速
，其中当前所在位置1=Vt,t为从超声波传感器探测 到树冠边缘开始到1位置的时间。
[00巧]与现有技术相比，本发明通过祀标探测装置探测果树树冠轮廓和树干中屯、位置， 并通过W上信息计算果树根系直径和施肥机构所在位置的根系截面积，再根据拖拉机行驶 速度和标定施肥量控制排肥速度，达到不同根系位置施肥量不同、按需施肥的目的，进一步 提高了化肥利用率，减少过量化肥对环境的污染。
【附图说明】
[00%] 图1是本发明的果园对祀变量施肥机整机结构图。
[0027] 图2是本发明的硬件结构框图。
[0028] 图3是本发明的人机交互界面图。
[0029] 图4是本发明的变量施肥机构图。
[0030] 图5是本发明排肥盘结构示意图。
[0031] 图6是本发明的变量控制方法示意图。
[0032] 图7是本发明的变量控制方法步骤框图。 阳03引图中附图标记的含义：
[0034] 1-拖拉机；2-排肥盘；3-肥箱；4-排肥器壳体；5-盖板；6-牵引架；7-限深轮； 8-速度传感器；9-导肥管；10-毛刷；11-双轴承座；12-步进电机；13-开构伊；14-控制器； 15-超声波传感器；16-支架；17-红外传感器；18-排肥斗；19-链轮；20-双侧带耳链条。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0036] 如图1所示，本发明提供一种果园对祀变量施肥机，包括：设置于拖拉机1上的控 制器14,用于数据计算、信息输入、信息显示和机构控制；设置于拖拉机1上的探测装置，用 于采集祀标和速度信息；设置于拖拉机1后端的变量施肥结构，用于根据控制器14指示完 成排肥。
[0037] 其中，探测装置包括祀标探测装置和速度探测装置。祀标探测装置包括若干设置 于支架15上的超声波测距传感器15,超声波测距传感器通过发送和接收超声波产生电压 信号从而探测出探测器到果树树冠的距离，而且超声波传感器探测面积大，准确性高；设置 于支架16下端的红外传感器17,通过发送和接收红外光产生电平信号从而探测出果树中 屯、位置，此时超声波测距传感器测得的距离与边缘距离之差即为树冠半径。速度探测装置 为设置于限深轮7上的速度传感器8,速度传感器基于霍尔效应，通过轮子上的磁性敏感器 件采集轮子转速从而得出排肥装置的行驶速度。
[0038] 如图2所示，控制器13采用ARM,包括S3C2440A忍片、时钟电路、复位电路、64MB SDRAMW及FlashMemo巧组成的核屯、板，该核屯、板连接一块7寸LCD用于信息输入、信息显 示及系统操作等；并通过TLP521电平转换电路连接速度传感器8、超声波传感器15和红外 传感器17 ;通过电机驱动电路连接步进电机12。通过W上的硬件结构，控制器能通过祀标 探测装置采集信息计算果树树冠半径和树干中屯、位置，并根据拖拉机行驶速度、标定平均 每棵树的施肥量计算树干中屯、位置对应的最高排肥转速，从而计算当前位置对应的电机转 速并控制步进电机12实现变量施肥。
[0039] 如图3所示，在所述控制器14的7寸LCD上可W显示红外传感器、超声波传感器 的探测状态W便驾驶员判断系统工作状态；显示拖拉机行驶速度、控制器计算得出的树冠 半径W及已施肥量，另外驾驶员可W根据该果园果树的情况设定平均每棵果树的施肥量， 同时也可W通过该LCD启动和停止系统。
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