專利名稱：變量施肥控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種變量施肥控制系統(tǒng)，尤其是一種可以根據(jù)地塊所需施肥量，和施肥機械行進速度實時調(diào)整施肥量的變量施肥控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)、合理的施肥是保持土地養(yǎng)分充足、均衡，農(nóng)作物長勢、產(chǎn)量穩(wěn)定的基本保障。對于大面積耕種農(nóng)田來說更是如此。由于土地廣闊，不同地區(qū)的土質(zhì)差別較大，土壤中養(yǎng)分含量也相差較大，因此，需要采用能夠根據(jù)土壤質(zhì)量進行變量施肥的設(shè)備，達到平衡土壤養(yǎng)分的目的。
現(xiàn)有的變量施肥機械大多通過旋轉(zhuǎn)的圓盤達到均勻撒播肥料的目的?；嗜霾サ姆秶ㄟ^調(diào)整圓盤的轉(zhuǎn)速達到調(diào)整，通常情況下化肥撒播的范圍在10-30米之間，具有這種結(jié)構(gòu)的變量施肥機械一方面只適用于大面積地塊作業(yè)，另一方面是機械的制造成本較高。
變量施肥機的控制通過兩種途徑來實現(xiàn)，第一種是通過利用人工調(diào)整液壓控制閥的旋鈕，通過控制液壓油的流量實現(xiàn)變量施肥，該種控制施肥量的方式?jīng)]有考慮作業(yè)機械的速度情況，在作業(yè)機械前進速度變化的情況下，由于沒有采取速度反饋，施肥量仍然按照預(yù)先設(shè)定的施肥量進行施肥，這樣造成了地塊施肥數(shù)量偏大的情況。另外一種是可以按照施肥處方圖實現(xiàn)變量施肥，該種變量施肥方式首先將施肥圖的處方圖信息經(jīng)過一個數(shù)據(jù)交換器，經(jīng)過數(shù)據(jù)交換器將施肥信息傳輸給施肥控制器；反之施肥控制器的相關(guān)信息也只有通過數(shù)據(jù)交換器才可以傳輸給控制計算器，另外數(shù)據(jù)交換器的設(shè)置狀態(tài)也必須正確，否則難于實現(xiàn)上位計算機與控制器的正常通訊，這樣造成了施肥過程中對整個系統(tǒng)的操作比較困難。另外整個系統(tǒng)的成本也非常高。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有變量施肥控制系統(tǒng)的不足，提供一種變量施肥控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單并且成本較低。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種變量施肥控制系統(tǒng)，包括一控制施肥量的控制器；一向控制器輸入信息的上位計算機，與所述控制器相連接；一排肥機構(gòu)；一控制所述排肥機構(gòu)排肥量的液壓馬達，與所述排肥機構(gòu)相連接；一控制所述液壓馬達轉(zhuǎn)速的液壓閥，與所述液壓馬達相連接；一控制所述液壓閥開度的繼電器，與所述液壓閥和控制器相連接。
所述控制器包括一CPU，與所述上位計算機和繼電器相連接；一輸入排肥信息的鍵盤，與所述CPU相連接；一顯示當(dāng)前信息的顯示器，與所述CPU相連接；一提供電源的電源模塊，與所述CPU相連接。
所述CPU還連接有用來測量速度的雷達傳感器。所述CPU和液壓馬達還連接有用于測量所述液壓馬達轉(zhuǎn)速的傳感器。所述CPU還連接有報警用的蜂鳴器。所述CPU還連接有閃存和動態(tài)存儲器。所述CPU還連接有串口和USB接口。所述上位計算機還連接有用來定位的GPS模塊和地理信息系統(tǒng)模塊。
因此，本實用新型變量施肥控制系統(tǒng)成本很低，而且結(jié)構(gòu)非常簡單。


圖1為本實用新型變量施肥控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型變量施肥控制系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型變量施肥控制系統(tǒng)的電路圖。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。
具體實施方式
本實用新型是利用地塊的養(yǎng)分狀況的信息和農(nóng)機的運行速度，控制施肥裝置的施肥量，來實現(xiàn)地塊的變量施肥控制。
如圖1所示，為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，控制器1和上位計算機2利用串口18相連接，上位計算機2連接有GPS模塊7和地理信息系統(tǒng)(GIS)模塊9，液壓閥4通過繼電器3與控制器1相連接，通過繼電器3產(chǎn)生的控制信號來調(diào)整液壓閥4的開度，從而驅(qū)動與液壓閥4連接的液壓馬達5的轉(zhuǎn)速，達到控制與液壓馬達5齒輪連接的排肥機構(gòu)6的排肥量。并且控制器1和液壓馬達5還連接有測量液壓馬達5的轉(zhuǎn)速的傳感器8。
上位計算機2能夠通過串口18接受控制器1傳回的數(shù)據(jù)，能夠接收GPS模塊7的定位信息，并且存儲了農(nóng)田電子地圖，能夠判斷農(nóng)機在農(nóng)田里的具體位置；能夠根據(jù)土壤養(yǎng)分含量的信息，將播種作物肥料需求和專家知識結(jié)合，生成對該土壤條件所需施用化肥的處方圖，并將該處方圖信息和和農(nóng)機位置等信息通過串口輸出到控制器1。
如圖2所示，為本實用新型的控制器1的結(jié)構(gòu)示意圖。包括一個CPU13，和與CPU13相連接的鍵盤19、顯示器11、電源模塊12、雷達傳感器10、蜂鳴器14、閃存15、動態(tài)存儲器16、USB接口17和串口18。并且上位計算機2、傳感器8和繼電器3均與CPU13相連接。
CPU采用是Samsung公司的S3C44B0X，是ARM7系列的處理器，工作頻率66MHz，片上集成8KB cache、存儲控制器、LCD控制器、4通道DMA、2通道UART、1通道I2C、1通道I2S、5通道PWM定時器、1通道內(nèi)部定時器、看門狗、8通道10位ADC、71個通用IO口(復(fù)用)、8通道外中斷源、RTC和片上時鐘產(chǎn)生器。因此具有非常豐富的片上資源，幾乎所有常用的芯片級總線結(jié)構(gòu)都有對應(yīng)的硬件控制器，在做外圍擴展時非常方便。通過外擴2M閃存15，有絕對的空間下載程序，外擴8M的動態(tài)存儲器(SDRAM)16，使得程序比在51系列單片機上的運行速度大大提高，且能進行數(shù)據(jù)的高速讀取和存儲。鍵盤19為1*4鍵盤，用來輸入地塊需要施肥量的大小，顯示器11為LCD液晶顯示器，配備具有各種顯示功能的液晶顯示屏，可以采用漢字、字符、數(shù)字以及圖形等顯示農(nóng)機的各種狀態(tài)信息；具備多個發(fā)光二極管，不同的發(fā)光二極管點亮能夠指示施肥系統(tǒng)當(dāng)時的狀態(tài)，可以用來顯示該作業(yè)單元的施肥量的大小、液壓馬達5的實時轉(zhuǎn)速、所載用機具的行進速度以及肥量的瞬時排量等等。電源模塊12為AS1117系列電源轉(zhuǎn)換芯片，可以為5V系統(tǒng)、3V系統(tǒng)及2.5V系統(tǒng)之間進行電平轉(zhuǎn)換，為系統(tǒng)提供需要的電源。雷達傳感器10可以測量系統(tǒng)所載用機具的運行速度。
參見圖3所示，為本實用新型的電路原理圖，本變量施肥控制器主控制電路部分由S3C44B0X、flash存儲器SST39VF1601、動態(tài)存儲器HY57V641620、LCD液晶顯示EG1147、SP3232EEA擴展的RS232接口、電源轉(zhuǎn)換芯片AS1117-5.0、AS1117-3.3及AS1117-2.5(分別提供所需的5V、3.3V及2.5V電壓)、反相器74HC04D及74HC32D組成；和兩組繼電器組JZC-32f和DC-DC電源轉(zhuǎn)換模塊DFA5-12S5；S3C44B0X及其內(nèi)部的軟件作為整個系統(tǒng)的控制核心，存儲器SST39VF1601和HY57V641620分別通過bank0和bank6與S3C44B0X相連，RS232串口通過SP3232EEA轉(zhuǎn)換芯片接在S3C44B0X的UART0口上，傳感器的數(shù)字信號通過外部中斷口ENT2，ENT3接入S3C44B0X，其他芯片的控制通訊口都直接與S3C44B0X相連，AS1117系列電源轉(zhuǎn)換芯片為系統(tǒng)提供需要的電源。電路中采用32位ARM芯片S3C44B0X作為核心處理器，通過電平轉(zhuǎn)換芯片SP3232EEA擴展了兩個串口、采用2個74HC04芯片擴展了34路I/O(輸入/輸出)口，其中ARM芯片的20路LCD端口作為液晶顯示屏接口與顯示器連接。作為整個系統(tǒng)的控制核心，它控制各部分電路完成參數(shù)的設(shè)置、傳感器8的數(shù)據(jù)的讀取轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲以及有線通訊等任務(wù)。14路JTAG端口和外部仿真器相連，方便系統(tǒng)進行高速在線調(diào)試。
在使用時，將本系統(tǒng)置于農(nóng)機具上，然后分兩個步驟使用，第一階段為手動鍵盤輸入，第二個步驟為自動進行。
在第一個階段，通過鍵盤19輸入該地塊需要施肥量的大小，CPU13處理該輸入信號量，通過繼電器3產(chǎn)生控制信號來調(diào)整液壓閥4的開度，從而驅(qū)動液壓馬達5來控制排肥機構(gòu)6的轉(zhuǎn)速，由于排肥量與排肥機構(gòu)6的轉(zhuǎn)速有一定的對應(yīng)關(guān)系，因此通過控制排肥機構(gòu)6的轉(zhuǎn)速就可以達到按需施肥的目的。液壓馬達5的速度輸出通過轉(zhuǎn)速傳感器8傳送到CPU13形成反饋控制。因為排肥機構(gòu)6的轉(zhuǎn)速與機具的前進速度沒有直接對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)排肥機構(gòu)6的轉(zhuǎn)速一定時，機具的前進速度會影響排肥量，通過雷達速度傳感器10測得機具前進速度，輸入到CPU13進行施肥排量的調(diào)整。LCD顯示器12經(jīng)過CPU13內(nèi)部的LCD控制器驅(qū)動以后，可以顯示該作業(yè)單元的施肥量大小、液壓馬達5的實時轉(zhuǎn)速、機具行進速度以及肥料的瞬時排量。同時，該顯示信息也可以通過串口18在上位計算機2上實時顯示。
本系統(tǒng)通過控制液壓馬5達的轉(zhuǎn)速，將整個系統(tǒng)集成在一起，可以實現(xiàn)手動控制變量施肥，直接通過手動按鍵輸入施肥量信號觸發(fā)施肥決策信息。如需施肥300kg/hm2，則選擇相應(yīng)的鍵即可?？刂破?會根據(jù)該施肥量結(jié)合農(nóng)機運動速度來輸出控制信號，調(diào)整液壓馬達5閥門的大小，從而驅(qū)動排肥機構(gòu)6的轉(zhuǎn)速。同時系統(tǒng)在馬達齒輪部分安接一個轉(zhuǎn)速傳感器8，作為反饋量接入控制器，用于修正馬達5的轉(zhuǎn)速，使其達到動態(tài)穩(wěn)定。
在第二個階段，控制器1通過串口和上位計算機2相連，上位計算機2接收GPS模塊7的定位信息和地理信息系統(tǒng)模塊(GIS)9做出的施肥決策信息，并且存儲了農(nóng)田電子地圖，能夠判斷農(nóng)機在農(nóng)田里的具體位置；能夠根據(jù)土壤養(yǎng)分含量的信息，將播種作物肥料需求和專家知識結(jié)合，生成對該土壤條件所需施用化肥的處方圖，并將該處方圖信息和和農(nóng)機位置等信息通過串口18輸出到控制器1?？刂破?處理上位計算機2發(fā)送的上述信息來控制液壓閥4的開度，通過調(diào)整供油量大小來實現(xiàn)控制液壓馬達5轉(zhuǎn)速的目的，該轉(zhuǎn)速通過傳感器8檢測反饋給CPU13與設(shè)定值相比較，調(diào)整偏差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的動態(tài)穩(wěn)定。機具的前進速度通過雷達速度傳感器10接入到CPU13中，作為決定控制信號的另一個輸入量。
由此，本實用新型通過簡單的結(jié)構(gòu)，低廉的成本實現(xiàn)了地塊的變量施肥控制。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種變量施肥控制系統(tǒng)，其特征在于包括一控制施肥量的控制器；一向控制器輸入信息的上位計算機，與所述控制器相連接；一排肥機構(gòu)；一控制所述排肥機構(gòu)排肥量的液壓馬達，與所述排肥機構(gòu)相連接；一控制所述液壓馬達轉(zhuǎn)速的液壓閥，與所述液壓馬達相連接；一控制所述液壓閥開度的繼電器，與所述液壓閥和控制器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變量施肥控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器包括一CPU，與所述上位計算機和繼電器相連接；一輸入施肥信息的鍵盤，與所述CPU相連接；一顯示當(dāng)前信息的顯示器，與所述CPU相連接；一提供電源的電源模塊，與所述CPU相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變量施肥控制系統(tǒng)，其特征在于所述CPU還連接有用來測量速度的雷達傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變量施肥控制系統(tǒng)，其特征在于所述CPU和液壓馬達還連接有用于測量所述液壓馬達轉(zhuǎn)速的傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變量施肥控制系統(tǒng)，其特征在于所述CPU還連接有報警用的蜂鳴器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變量施肥控制系統(tǒng)，其特征在于所述CPU還連接有閃存和動態(tài)存儲器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變量施肥控制系統(tǒng)，其特征在于所述CPU還連接有串口及USB接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變量施肥控制系統(tǒng)，其特征在于所述上位計算機還連接有用來定位的GPS模塊和地理信息系統(tǒng)模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種變量施肥控制系統(tǒng)，包括一控制施肥量的控制器；一向控制器輸入信息的上位計算機，與所述控制器相連接；一排肥機構(gòu)；一控制所述排肥機構(gòu)排肥量的液壓馬達，與所述排肥機構(gòu)相連接；一控制所述液壓馬達轉(zhuǎn)速的液壓閥，與所述液壓馬達相連接；一控制所述液壓閥開度的繼電器，與所述液壓閥和控制器相連接。因此，本實用新型變量施肥控制系統(tǒng)通過簡單的結(jié)構(gòu)和低廉的成本實現(xiàn)了地塊的變量施肥控制。
文檔編號G05B15/02GK2826487SQ20052010623
公開日2006年10月11日 申請日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者王秀, 李紅巖, 趙春江, 孟志軍 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心