【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业施肥，特别涉及一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置。
技术介绍
1、肥料作为农作物生长过程中最重要的营养投入，成为优质高产的农作物生产中至关重要的因素。据联合国粮农组织统计，肥料在对农作物增产的总份额中占比高达40％～60％。为达到良好的施肥效果，且保证不会因为过量施用带来环境污染问题，需要对肥料施用量精准控制，即精准施肥；缺量的施肥达不到最佳增产提质效果，在某些情况下还会浪费土地消纳能力；过量的施肥不仅会导致营养浪费和生产成本的增加，还会引起环境污染问题。因此，精准施肥被认为是现代农业生产的重要手段。
2、随着“3s”等信息化技术发展，全国测土配方数据库建立，作物及土壤感知技术进步，精准施肥的条件日益完善。国内外已报道了多种在精准施肥理念下设计的施肥作业系统：美国case公司研制的flexi coil系列变量施肥机由传统的施肥机具安装电子控制系统构成，能够完成多行精准变量施肥作业；法国amasat肥料撒播变量控制系统搭载变量离心撒播机和变量自动喷雾机，已大规模投入生产和使用；南京农业大学研制的离心式肥罩式水稻地表变量撒肥机，利用pid模糊控制实现了对水稻和冬小麦施肥的精准控制；dji大疆农业和xag极飞科技开发的多款农用无人机均具备在施肥作业中控制不同位置采用不同施肥量的能力。
3、上述施肥作业系统实现了在不同位置的不同肥料量施入，但它们都将肥料视为营养均匀的物质，根据作物需要及土壤情况等因素，实时变化施肥量。而肥料并不是理想的营养均匀物质，特别是堆沤粪肥等在微生物自然
4、因此亟需一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，考虑肥料养分的内部差异性，将调控肥料施入量改进为调控养分施入量，实现精准施肥。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，包括：动力装置、控制器模块、定位模块、电源模块、罐体、近红外光谱采集模块、流量计、肥料喷口、肥料管道以及变量机构；各部件通过电缆、集成电路或者无线连接构成；
2、其中在动力装置上固定装载控制器模块、定位模块、电源模块以及罐体；
3、控制器模块通过线路分别与定位模块、电源模块、近红外光谱采集模块、流量计以及变量机构相连；
4、肥料管道上设有近红外光谱采集模块、流量计以及变量机构；
5、罐体通过肥料管道与肥料喷口相连。
6、所述肥料管道靠近罐体一侧设有近红外光谱采集模块用于采集近红外光谱信息；靠近肥料喷口一侧设有流量计和变量机构，流量计用于获取肥料管道内肥料流量信息；变量机构用于控制肥料管道内肥料流量；
7、肥料管道的长度，能够保证变量机构能够及时响应控制器模块发出的控制信号；
8、所述近红外光谱信息为撒施肥料养分检测所需波段近红外光谱数据或所需近红外波长点数据任选其一。
9、所述近红外光谱采集模块由传感器、光源、分光装置以及光路部件组成，传感器用于检测经过肥料的近红外光，并将其转换为电信号；光源用于提供照向肥料的近红外光；分光装置用于将光分散到不同波长；光路部件用于引导、聚焦和传输光，确保光从光源传输到样品经过分光再传输到传感器。
10、所述定位模块由接收天线和主机单元通过线路连接组成，接收天线用于将卫星与基站播发的电磁波转换成为足够强度电信号；主机单元用于对电信号的跟踪、处理和测量并输出位置信息。
11、所述肥料管道的长度的计算方法为：
12、l＝(v×t)
13、式中：l为肥料管道的长度，v为肥料管道设计最大流速，t为控制器模块最大响应时间。
14、本专利技术的另一个目的是提供一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥系统，其特征在于，包括：网络通讯模块、云端服务模块以及如本专利技术所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置；网络通讯模块与控制器模块通过线路相连，用于提供互联网访问能力；云端服务模块通过互联网与控制器模块相连，用于通过预设置的撒施肥料养分近红外定标模型解析肥料养分含量、计算土壤所需施肥量以及数据存储管理。
15、本专利技术的另一个目的是提供一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥方法，其特征在于，包括：
16、步骤s1：基于位置信息获取所述位置信息对应的土壤养分需求量；
17、步骤s2：基于近红外光谱数据解析肥料养分含量；
18、步骤s3：基于所述土壤养分需求量和所述肥料养分含量计算出施肥量，基于施肥量通过流量计和变量机构实时控制肥料施撒量，实现基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥。
19、所述步骤s1具体包括：
20、步骤s11：启动系统，完成系统初始化；
21、步骤s12：基于定位模块获取施肥作业的位置信息；
22、步骤s13：基于位置信息，控制器模块查询土壤养分数据库或土壤养分需求处方图，获取对应的养分需求。
23、所述步骤s2具体包括：
24、步骤s21：基于近红外光谱采集模块动态实时获取施撒肥料的近红外光谱数据；
25、步骤s22：控制器模块将所述近红外光谱数据输入预设置的撒施肥料养分近红外定标模型解析肥料养分含量。
26、所述步骤s3具体包括：
27、步骤s31：控制器模块根据位置确定的土壤养分需求量与动态实时获取的肥料养分含量计算出施肥量；
28、步骤s32：控制器模块根据步骤s31计算的施肥量，通过流量计和变量机构实时控制肥料施撒量；
29、步骤s33：循环执行步骤s31-步骤s32，直至施肥作业完成，实现基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥。
30、本专利技术的有益效果在于：
31、基于本专利技术公开的一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，能够适用于各种施肥作业的环境，实现精准施肥。
32、相比传统人工施肥或机械均匀施肥，本专利技术可以为植物提供足够的有效养分，提高作物产量和质量，减少营养浪费和环境污染，节约成本并增加经济效益。
33、相比于现有变量施肥，本专利技术考虑到了肥料养分的内部差异性，将调控肥料施入量改进为调控养分施入量，消除了肥料内部差异影响精准施肥效果的隐患。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，包括：动力装置(1)、控制器模块(2)、定位模块(3)、电源模块(4)、罐体(5)、近红外光谱采集模块(6)、流量计(7)、肥料喷口(8)、肥料管道(9)以及变量机构(10)；各部件通过电缆、集成电路或者无线连接构成；
2.根据权利要求1所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，所述近红外光谱采集模块(6)由传感器、光源、分光装置以及光路部件组成，传感器用于检测经过肥料的近红外光，并将其转换为电信号；光源用于提供照向肥料的近红外光；分光装置用于将光分散到不同波长；光路部件用于引导、聚焦和传输光，确保光从光源传输到样品经过分光再传输到传感器。
4.根据权利要求1所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，所述定位模块(3)由接收天线和主机单元通过线路连接组成，接收天线用于将卫星与基站播发的电磁波转换成为足够强度电信号；主机单元用于对电信号的跟
5.根据权利要求1所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，所述肥料管道(9)的长度的计算方法为：
6.一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥系统，其特征在于，包括：网络通讯模块、云端服务模块以及如权利要求1-5任意一项所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置；网络通讯模块与控制器模块(2)通过线路相连，用于提供互联网访问能力；云端服务模块通过互联网与控制器模块(2)相连，用于通过预设置的撒施肥料养分近红外定标模型解析肥料养分含量、计算土壤所需施肥量以及数据存储管理。
7.一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
9.根据权利要求7所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
10.根据权利要求7所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，包括：动力装置(1)、控制器模块(2)、定位模块(3)、电源模块(4)、罐体(5)、近红外光谱采集模块(6)、流量计(7)、肥料喷口(8)、肥料管道(9)以及变量机构(10)；各部件通过电缆、集成电路或者无线连接构成；
2.根据权利要求1所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，所述近红外光谱采集模块(6)由传感器、光源、分光装置以及光路部件组成，传感器用于检测经过肥料的近红外光，并将其转换为电信号；光源用于提供照向肥料的近红外光；分光装置用于将光分散到不同波长；光路部件用于引导、聚焦和传输光，确保光从光源传输到样品经过分光再传输到传感器。
4.根据权利要求1所述的基于土壤养分需求和肥料养分实时检测的精准施肥装置，其特征在于，所述定位模块(3)由接收天线和主机单元通过线路连接组成，接收天线用于将卫星与基站播发的电磁波转换成为足够强度电信号；主机单元用于对电信号的跟踪、处理和测量并输出位...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨增玲，史卓林，韩鲁佳，黄圆萍，魏鲁誉，李今朝，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。