一种自动精准施肥控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于农业自动化技术领域，公开了一种自动精准施肥控制系统及其控制方法，该自动精准施肥控制系统，包括操作器，以及与所述操作器相连的若干个驱动器，每个所述驱动器均连接有施肥电机、施肥风机和传感器；所述操作器包括操作面板、第一通讯模块和第一控制模块。所述驱动器包括信号检测模块、施肥电机驱动模块、施肥风机驱动模块、第二通讯模块和第二控制模块。在施肥作业前通过操作面板预设肥料种类、秧苗株距、施肥量以及肥量补偿量等基本参数，由此降低肥料种类、施肥环境等影响因素，以进行施肥校准并提高施肥精度。设置好参数后启动插秧机，在进行插秧作业的同时，控制与操作器相连的驱动器进行随动地施肥作业。整机小型化且便于维护。化且便于维护。化且便于维护。

【技术实现步骤摘要】
一种自动精准施肥控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于农业自动化
，具体涉及一种自动精准施肥控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前农机市场上常用的施肥控制器均采用简单的控制原理进行施肥作业，具体为以速比关系为算法来对插秧机的行走车速和施肥电机的转速进行同比例的计算或微调。但是在实际情况中，由于不同客户的施肥机械、施肥环境甚至肥料种类等因素存在差异性而容易造成施肥精度较差的问题。可以看出，随着我国农业产业对精准控制的要求提升，传统的施肥控制系统已经无法满足实际生产中的需要。

技术实现思路

[0003]本专利技术在于提供一种自动精准施肥控制系统及其控制方法，以解决现有技术中因不同客户的施肥机械、施肥环境甚至肥料种类等因素存在差异性而容易造成施肥精度较差的问题。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
[0005]一种自动精准施肥控制系统，包括操作器，以及与所述操作器相连的、分体式排布的若干个驱动器，每个所述驱动器均连接有施肥电机、施肥风机和传感器；其中，所述驱动器一一对应地设置在插秧机上肥筒的底部，所述肥筒的底部还设置所述施肥电机及与施肥轴，所述施肥轴的下方设置有施肥输送管，所述施肥风机设置在所述施肥输送管的入口处，所述施肥输送管的出口处设置有施肥插嘴；
[0006]所述操作器包括操作面板、第一通讯模块和第一控制模块，所述操作面板用于将设置的肥料种类、秧苗株距、施肥量以及施肥补偿量的施肥参数和启停控制信号发送至所述第一控制模块，以及将各施肥参数和运行状态予以显示；所述第一控制模块用于根据所述施肥参数、启停控制信号以及插秧机车速变化信息得出施肥电机转速和施肥风机风速的设置值并通过所述第一通讯模块下发指令给所述驱动器；
[0007]所述驱动器包括信号检测模块、施肥电机驱动模块、施肥风机驱动模块、第二通讯模块和第二控制模块，所述信号检测模块用于接受所述传感器检测到的缺肥信息、堵肥信息以及所述插秧机车速变化信息，并输送至所述第二控制模块；所述第二控制模块用于通过所述第二通讯模块将收集到的缺肥信息、堵肥信息以及所述插秧机车速变化信息反馈至所述操作器，还根据所述第二通讯模块接收到的所述操作器下发的指令来控制所述施肥电机驱动模块、所述施肥风机驱动模块输出相应的PWM信号进而控制施肥电机的转速、施肥风机的风速。
[0008]进一步地，所述施肥电机上连接有速度传感器和位置传感器，所述速度传感器用于将检测到的施肥电机转速的实时速度信号反馈给所述第二控制模块，以将施肥电机转速的实时值与设置值进行对比，形成速度环反馈，并通过调节驱动信号占空比来校准施肥电
机转速大小，进而使实际的施肥量和设置的施肥量一致；或者，所述位置传感器用于将所述施肥电机中电机转子的当前位置信号通过所述施肥电机驱动模块反馈至所述第二控制模块，结合实时速度信号将电机转子的当前位置与设置位置进行比较，形成位置环反馈，然后通过调节驱动信号占空比来校准施肥电机中电机转子的位置和运转方向，进而使实际的施肥量和设置的施肥量一致。
[0009]进一步地，所述驱动器还包括电源防反接电路、控制电源模块和电池电量检测模块，所述电源防反接电路用于防止将插秧机车载电瓶极性接反，所述控制电源模块用于将插秧机车载电瓶电压进行转换成低压稳定的电源供给所述第二控制模块、以及位置传感器和速度传感器；所述电池电量检测模块用于将检测到的实时电量反馈至第二控制模块。
[0010]进一步地，所述信号检测模块包括缺肥信号检测模块、堵肥信号检测模块和车速检测模块；所述传感器包括与所述缺肥信号检测模块相连的缺肥传感器、与所述堵肥信号检测模块相连的堵肥传感器以及与所述车速检测模块相连的车速传感器，所述缺肥传感器设置在所述肥筒的底部且位于所述施肥轴的上方，所述堵肥传感器设置在所述施肥插嘴上，所述车速传感器设置在所述插秧机的驱动电机上；所述缺肥传感器用于检测肥筒中缺肥与否，并将缺肥信息通过驱动器传输至操作器，以进行缺肥报警；所述堵肥传感器用于检测施肥插嘴末端堵肥与否，并将堵肥信息通过驱动器传输至操作器，以进行堵肥报警；所述车速传感器用于检测插秧机的车速变化。
[0011]进一步地，所述车速传感器为齿轮转速传感器。
[0012]进一步地，所述施肥电机驱动模块包括相连的施肥电机驱动电路和施肥电机功率MOS管；所述施肥风机驱动模块包括相连的施肥风机驱动电路和施肥风机功率MOS管。
[0013]进一步地，所述施肥电机和施肥风机上还分别连接有过载短路保护电路。
[0014]进一步地，所述操作器上还设置有与所述第一控制模块相连的报警模块；所述施肥电机为直流无刷电机。
[0015]本专利技术还提供自动精准施肥控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0016]在操作器上设置肥料种类、秧苗株距、施肥量及施肥补偿量等施肥参数；
[0017]操作器根据施肥参数、启停控制信号以及插秧机车速变化信息，计算出施肥电机转速和施肥风机风速的设置值，并通过驱动器发送给施肥电机、施肥风机执行；与此同时，连接在施肥电机上的速度传感器和位置传感器将检测到的施肥电机转速的实时值和电机转子的当前位置通过驱动器反馈至操作器进行对比，然后通过调节驱动信号占空比来校准所述施肥电机的转速大小和运转方向，以使实际的施肥量和设置的施肥量一致；
[0018]施肥过程中，施肥电机收到驱动信号，带动施肥轴进行转动而使肥筒内的肥料落下；肥料风机收到驱动信号，将肥料吹入肥料输送管内，流至施肥插嘴处进行施肥；
[0019]其中，缺肥传感器和堵肥传感器将缺肥信息和堵肥信息反馈至驱动器，并通过操作器进行报警；
[0020]位置传感器检测到位置偏差过大时，进行报警；
[0021]施肥电机驱动电路和施肥风机驱动电路实时分别检测施肥电机和施肥风机的驱动信号，发现信号异常进行报警；
[0022]第一通讯模块和第二通讯模块检测操作器与驱动器之间，以及驱动器之间的实时通信状态，发现通信中断则关闭施肥电机和施肥风机并进行报警。
[0023]进一步地，还采用PID调节对所述施肥电机的转速进行调整，具体为：
[0024]以T作为施肥电机转速的采样周期，k作为采样序号，则kT为离散采样时间，t为对应着的连续时间，Ti为施肥电机转速的第i个采样周期，有：
[0025]t≈kT(k＝0,1,2...)
[0026][0027][0028]由上述公式，得到离散的PID表达式如下：
[0029][0030]其中，Kp为比例系数，为积分系数，Td为微分系数；
[0031]u
k
表示第k次采样时刻的施肥电机输出电机转速值；e
k
表示第k次采样时刻输入的施肥电机转速偏差值；e
k
‑1表示第k
‑
1次采样时刻输入的施肥电机转速偏差值；e
j
表示第j次采样时刻输入的施肥电机转速偏差值；
[0032]所得u
k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动精准施肥控制系统，其特征在于，包括操作器，以及与所述操作器相连的、分体式排布的若干个驱动器，每个所述驱动器均连接有施肥电机、施肥风机和传感器；其中，所述驱动器一一对应地设置在插秧机上肥筒的底部，所述肥筒的底部还设置所述施肥电机及与施肥轴，所述施肥轴的下方设置有施肥输送管，所述施肥风机设置在所述施肥输送管的入口处，所述施肥输送管的出口处设置有施肥插嘴；所述操作器包括操作面板、第一通讯模块和第一控制模块，所述操作面板用于将设置的肥料种类、秧苗株距、施肥量以及施肥补偿量的施肥参数和启停控制信号发送至所述第一控制模块，以及将各施肥参数和运行状态予以显示；所述第一控制模块用于根据所述施肥参数、启停控制信号以及插秧机车速变化信息得出施肥电机转速和施肥风机风速的设置值并通过所述第一通讯模块下发指令给所述驱动器；所述驱动器包括信号检测模块、施肥电机驱动模块、施肥风机驱动模块、第二通讯模块和第二控制模块，所述信号检测模块用于接受所述传感器检测到的缺肥信息、堵肥信息以及所述插秧机车速变化信息，并输送至所述第二控制模块；所述第二控制模块用于通过所述第二通讯模块将收集到的缺肥信息、堵肥信息以及所述插秧机车速变化信息反馈至所述操作器，还根据所述第二通讯模块接收到的所述操作器下发的指令来控制所述施肥电机驱动模块、所述施肥风机驱动模块输出相应的PWM信号进而控制施肥电机的转速、施肥风机的风速。2.根据权利要求1所述的自动精准施肥控制系统，其特征在于，所述施肥电机上连接有速度传感器和位置传感器，所述速度传感器用于将检测到的施肥电机转速的实时速度信号反馈给所述第二控制模块，以将施肥电机转速的实时值与设置值进行对比，形成速度环反馈，并通过调节驱动信号占空比来校准施肥电机转速大小，进而使实际的施肥量和设置的施肥量一致；或者，所述位置传感器用于将所述施肥电机中电机转子的当前位置信号通过所述施肥电机驱动模块反馈至所述第二控制模块，结合实时速度信号将电机转子的当前位置与设置位置进行比较，形成位置环反馈，然后通过调节驱动信号占空比来校准施肥电机中电机转子的位置和运转方向，进而使实际的施肥量和设置的施肥量一致。3.根据权利要求2所述的自动精准施肥控制系统，其特征在于，所述驱动器还包括电源防反接电路、控制电源模块和电池电量检测模块，所述电源防反接电路用于防止将插秧机车载电瓶极性接反，所述控制电源模块用于将插秧机车载电瓶电压进行转换成低压稳定的电源供给所述第二控制模块、以及位置传感器和速度传感器；所述电池电量检测模块用于将检测到的实时电量反馈至第二控制模块。4.根据权利要求1所述的自动精准施肥控制系统，其特征在于，所述信号检测模块包括缺肥信号检测模块、堵肥信号检测模块和车速检测模块；所述传感器包括与所述缺肥信号检测模块相连的缺肥传感器、与所述堵肥信号检测模块相连的堵肥传感器以及与所述车速检测模块相连的车速传感器，所述缺肥传感器设置在所述肥筒的底部且位于所述施肥轴的上方，所述堵肥传感器设置在所述施肥插嘴上，所述车速传感器设置在所述插秧机的驱动电机上；所述缺肥传感器用于检测肥筒中缺肥与否，并将缺肥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云富，杨莉，
申请(专利权)人：西安鸣士机电开发有限公司，
类型：发明
国别省市：