本發(fā)明涉及深松牽引耕地領(lǐng)域，具體地來說，涉及一種自動(dòng)化深松牽引耕地系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，傳統(tǒng)的耕地工具存在許多問題，傳統(tǒng)的耕地工具耕地程度淺，容易造成土壤板結(jié)，久而久之，會(huì)造成植物生長情況差，土壤基質(zhì)流失，后期不適合種植農(nóng)作物；傳統(tǒng)的耕地系統(tǒng)設(shè)備耕種效率低很難實(shí)現(xiàn)大面積的耕種；與此同時(shí)，當(dāng)大面積的種植的時(shí)候，不同的農(nóng)作物需求不同，而現(xiàn)有的耕種設(shè)備很難滿足需求。但是實(shí)際上從可持續(xù)發(fā)展的角度講，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，保護(hù)農(nóng)作物耕地對于全人類有著重大的意義。

當(dāng)然，現(xiàn)在不少的深松設(shè)備系統(tǒng)，但是大多數(shù)的深松耕地設(shè)備只是根據(jù)種植需求來控制耕種力度，很難實(shí)現(xiàn)真正將種植農(nóng)作物種類與土壤的實(shí)際情況以及耕種時(shí)的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合量化來控制控制耕種力度等從而很難達(dá)到真正的耕地至科學(xué)合理的深度，從而也就很難真正的做到保護(hù)農(nóng)業(yè)耕地。比如現(xiàn)有的深松技術(shù)大多只考慮土壤的硬度，基于土壤硬度來進(jìn)行深松設(shè)備阻力的計(jì)算，但是實(shí)際上土壤溫度、濕度影響著土壤的粘度，而土壤的粘度就會(huì)影響整個(gè)深松過程的進(jìn)行，由此可以看出，現(xiàn)有的技術(shù)難達(dá)到真正的耕地至控制深松耕種的力度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對上述由于現(xiàn)有深松耕系統(tǒng)無法將種植農(nóng)作物種類與土壤的實(shí)際情況以及耕種時(shí)的實(shí)際情況相結(jié)合來控制控制耕種力度等從而很難達(dá)到真正的耕地至科學(xué)合理的耕種力度的問題，本發(fā)明提供了一種將種植農(nóng)作物種類與土壤的實(shí)際情況以及耕種時(shí)的實(shí)際情況多種因素進(jìn)行量化從而更精確和完整的控制耕種力度的自動(dòng)化深松牽引耕地系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)化深松牽引耕地系統(tǒng),包括：

一種自動(dòng)化深松牽引耕地系統(tǒng),其特征在于，包括：土壤檢測模塊、牽引耕地執(zhí)行模塊、牽引耕地控制模塊、牽引耕地檢測裝置和服務(wù)器；

所述土壤檢測模塊，采集土壤數(shù)據(jù)；

所述牽引耕地檢測裝置，檢測牽引耕地模塊的耕地參數(shù)；

所述服務(wù)器，接收并存儲(chǔ)由土壤檢測模塊發(fā)送的土壤數(shù)據(jù)和由牽引耕地檢測裝置發(fā)送的耕地參數(shù)并根據(jù)土壤數(shù)據(jù)和耕地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算出牽引力數(shù)據(jù)信息并發(fā)送至牽引耕地控制模塊；

所述牽引耕地控制模塊，接收牽引力數(shù)據(jù)信息并轉(zhuǎn)化成控制信號并發(fā)送至牽引耕地執(zhí)行模塊；

所述牽引耕地執(zhí)行模塊，接收控制信號并執(zhí)行耕地動(dòng)作。

具體地，所述土壤檢測模塊采用土壤硬度測試儀、土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器；所述牽引耕地執(zhí)行模塊包括機(jī)架、設(shè)置在機(jī)架上的深松鏟、與深松鏟連接的深松柄、驅(qū)動(dòng)深松鏟的深松鏟驅(qū)動(dòng)裝置、設(shè)置在深松鏟前方的牽引架；所述牽引耕地控制模塊包括用于控制深松鏟驅(qū)動(dòng)裝置的控制器；所述牽引耕地檢測裝置包括角度測試儀、深度傳感器、壓力傳感器、速度傳感器；所述深度傳感器包括多個(gè)，深松鏟的最下端和深松柄的最上端位置均設(shè)置有深度傳感器，其他深度傳感器依次設(shè)置在深松鏟的最下端和深松柄的最上端之間；所述牽引耕地執(zhí)行模塊包括壓力控制器。

具體地，所述土壤硬度測試儀包括多個(gè)，設(shè)置在所述牽引架上。

同時(shí)，本申請還提供了一種自動(dòng)化深松牽引耕地方法,包括以下步驟：

步驟1，劃分耕地

將耕地劃分為n個(gè)小區(qū)域塊，依次為1,2…n-1,n(n>3，n為正整數(shù))個(gè)小區(qū)域；每個(gè)區(qū)域大小對應(yīng)深松鏟的底面面積大小，依據(jù)農(nóng)作物不同，將耕地劃分為1,2,3…l-1,l(l>0，l為正整數(shù))大區(qū)域，并獲取不同耕地大區(qū)域的耕地深度需求參考值h1、h2、h3、h4…h(huán)l-1，hl，同時(shí)控制每個(gè)小區(qū)域內(nèi)的牽引耕種時(shí)間相同；

步驟2，采集土壤數(shù)據(jù)和牽引耕地參數(shù)

采集第1個(gè)、第n-1和第n個(gè)區(qū)域土壤硬度數(shù)據(jù)分別為：y1、yn-1、yn，

獲取該農(nóng)作物的標(biāo)準(zhǔn)生長濕度參數(shù)為w，標(biāo)準(zhǔn)生長溫度參數(shù)t，

采集第1個(gè)、第n-1和采集第n個(gè)區(qū)域土壤濕度數(shù)據(jù)分別為：w1、wn-1、wn并計(jì)算出第1個(gè)、第n-1和采集第n個(gè)區(qū)域土壤濕度系數(shù)分別為：

采集第1個(gè)、第n-1和第n個(gè)區(qū)域土壤溫度數(shù)據(jù)分別為：t1、tn-1、tn，并計(jì)算出土壤溫度系數(shù)為：

采集第1個(gè)區(qū)域內(nèi)、第n-1個(gè)區(qū)域、第n個(gè)區(qū)域采集牽引耕地的深松鏟與切入土壤平面之間的角度分別為：θ1、θn-1、θn，

測量深松鏟的底面面積為s，

測量深松鏟的重力為g，

測量n個(gè)小區(qū)域塊深松鏟的速度為v1、v2…vn-1、vn；

步驟3，計(jì)算l-1大區(qū)域的耕地牽引力初始值

基于步驟一中獲取的各個(gè)數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算耕地牽引力初始值的計(jì)算公式為：

步驟4，計(jì)算l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域塊的耕地牽引力大小

基于步驟一計(jì)算的牽引力初始值，相同農(nóng)作物的第n-1個(gè)小區(qū)域塊的耕地牽引力大小計(jì)算公式為：

步驟5，當(dāng)由相同農(nóng)作物的l-1大區(qū)域的第n個(gè)小區(qū)域塊進(jìn)入l區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力大小計(jì)算模型如下：

當(dāng)時(shí)，l區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力大小計(jì)算式如下：

當(dāng)l大區(qū)域內(nèi)的土壤參數(shù)與l-1大區(qū)域的土壤參數(shù)時(shí)，l區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力大小計(jì)算式如下,當(dāng)較小時(shí)，由于溫度濕度等產(chǎn)生的誤差可以忽略，此時(shí)的耕地牽引力的值大小通常只需考慮農(nóng)作物生長的具體的深度值以及農(nóng)作物生長的溫度參考值，以便于節(jié)省服務(wù)器的計(jì)算：

上述(1)—(4)式子中，各個(gè)字母的含義及單位分別為：

——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力初始值，n；

v1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力速度，m/s；

sinθ1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的深松鏟與土壤平面之間的角度正弦值；

g——深松鏟的重力為g，kg；

t1——土壤溫度,℃；

s——深松鏟的底面面積，m²；

y1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤硬度數(shù)據(jù)，kg/m²；

m1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤濕度系數(shù)；

h1——第l-1大區(qū)域的農(nóng)作物的耕地深度需求參考值，m；

——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力值，n；

vn-1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力速度，m/s；

sinθn-1——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的深松鏟與土壤平面之間的角度正弦值；

in-1——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤溫度系數(shù)；

yn-1——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤硬度數(shù)據(jù)，kg/m²；

mn-1——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤濕度系數(shù)；

hl——第l大區(qū)域的耕地深度需求參考值，m；

fl——第l大區(qū)域的耕地牽引力值，n；

vl——第l大區(qū)域的的耕地牽引力速度，m/s；

sinθl——第l大區(qū)域的深松鏟與土壤平面之間的角度正弦值；

il——第l大區(qū)域的土壤溫度系數(shù)；

yl——第l大區(qū)域的土壤硬度數(shù)據(jù)，kg/m²；

ml——第l大區(qū)域的土壤濕度系數(shù)；

tl-1——第l-1大區(qū)域的農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)生長溫度參數(shù)，℃；

tl-1——第l-1大區(qū)域的農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)生長溫度參數(shù)，℃；

步驟5，執(zhí)行耕地

根據(jù)步驟4計(jì)算出的耕地牽引力大小執(zhí)行耕地。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明綜合考慮了土壤的自身狀況因素(包括溫度、濕度、硬度)，牽引耕地參數(shù)(包括深松鏟與切入土壤平面之間的角度、深松鏟的速度)，農(nóng)作物品種(不同區(qū)域的劃分)等因素，并基于擬合仿真以及分塊思想建立了耕地牽引力計(jì)算模型，同時(shí)將各個(gè)因素實(shí)現(xiàn)量化，從而實(shí)現(xiàn)精確的控制耕地牽引力大小，實(shí)現(xiàn)整個(gè)耕地行為的更精確的進(jìn)行，對于控制和精確實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的耕地種植有重要意義；

2.本發(fā)明同時(shí)利用服務(wù)器將上述各個(gè)因素?cái)?shù)據(jù)以及牽引力數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)共享，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)耕種過程中的數(shù)據(jù)循環(huán)使用和參考；

3.精確的控制耕地牽引力大小，使得耕種的效果更好，更加科學(xué)的耕種方式，使得整個(gè)耕種土地能夠得到合理妥善的保護(hù)，同時(shí)也利于增加農(nóng)作物的產(chǎn)量；

4.計(jì)算模型遵循節(jié)能原則，當(dāng)較小時(shí)，由于溫度濕度等產(chǎn)生的誤差可以忽略，此時(shí)的耕地牽引力的值大小通常只需考慮農(nóng)作物生長的具體的深度值以及農(nóng)作物生長的溫度參考值，以便于節(jié)省服務(wù)器的計(jì)算，達(dá)到服務(wù)器節(jié)能的目的，同時(shí)也能在一定程度上節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的能源消耗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。

圖1是本發(fā)明自動(dòng)化深松牽引耕地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明自動(dòng)化深松牽引耕地系統(tǒng)的示意圖；

圖3是本發(fā)明自動(dòng)化深松牽引耕地方法的流程圖；

圖中標(biāo)記：1-土壤檢測模塊；2-牽引耕地檢測裝置；3-服務(wù)器；4-牽引耕地控制模塊；5-牽引耕地執(zhí)行模塊；7-機(jī)箱；8-處理設(shè)備；9-支撐架；10-限深輪；11-深松柄；12-深松鏟；13-牽引架；l-1-1-第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域土壤塊；l-1-n-1-第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域土壤塊；l-1-n-第l-1大區(qū)域的第n個(gè)小區(qū)域土壤塊；l-第l大區(qū)域土壤塊。

具體實(shí)施方式

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合圖1、圖2、圖3對本發(fā)明作詳細(xì)說明。

實(shí)施例一

一種自動(dòng)化深松牽引耕地系統(tǒng)，包括：土壤檢測模塊1、牽引耕地執(zhí)行模塊5、牽引耕地控制模塊4、牽引耕地檢測裝置2和服務(wù)器3；

所述土壤檢測模塊1，采集土壤數(shù)據(jù)；

所述牽引耕地檢測裝置2，檢測牽引耕地模塊的耕地參數(shù)；

所述服務(wù)器3，接收并存儲(chǔ)土壤檢測模塊1發(fā)送的土壤數(shù)據(jù)和牽引耕地檢測裝置2發(fā)送的耕地參數(shù)并根據(jù)土壤數(shù)據(jù)和耕地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算出牽引力數(shù)據(jù)信息并發(fā)送至牽引耕地控制模塊4；

所述牽引耕地控制模塊4，接收牽引力數(shù)據(jù)信息并轉(zhuǎn)化成控制信號并發(fā)送至牽引耕地執(zhí)行模塊5；

所述牽引耕地執(zhí)行模塊5，接收控制信號并執(zhí)行耕地動(dòng)作。

具體地，所述土壤檢測模塊1采用土壤硬度測試儀、土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器；所述牽引耕地執(zhí)行模塊5包括機(jī)架、機(jī)架上設(shè)置有機(jī)箱13、設(shè)置在機(jī)架上的深松鏟12、與深松鏟12連接的深松柄11、驅(qū)動(dòng)深松鏟12的深松鏟驅(qū)動(dòng)裝置和設(shè)置在深松鏟前方的牽引架13；所述牽引耕地控制模塊4包括用于控制深松鏟驅(qū)動(dòng)裝置的控制器；所述牽引耕地檢測模塊2包括角度測試儀、深度傳感器、壓力傳感器和速度傳感器；所述深度傳感器包括多個(gè)，深松鏟的最下端和深松柄的最上端位置均設(shè)置有深度傳感器，其他深度傳感器依次設(shè)置在深松鏟的最下端和深松柄的最上端之間；所述牽引耕地執(zhí)行模塊5包括壓力控制器。

具體地，所述土壤硬度測試儀包括多個(gè)，設(shè)置在所述牽引架13上。

實(shí)施例二

一種自動(dòng)化深松牽引耕地方法,包括以下步驟：

步驟s101，劃分耕地

將耕地劃分為n個(gè)小區(qū)域塊，依次為1,2…n-1,n(n>3，n為正整數(shù))個(gè)小區(qū)域；每個(gè)區(qū)域大小對應(yīng)深松鏟的底面面積大小，依據(jù)農(nóng)作物不同，將耕地劃分為1,2,3…l-1,l(l>0，l為正整數(shù))大區(qū)域，并獲取不同耕地大區(qū)域的耕地深度需求參考值h1、h2、h3、h4…h(huán)l-1，hl，同時(shí)控制每個(gè)小區(qū)域內(nèi)的牽引耕種時(shí)間相同；

步驟s102，采集土壤數(shù)據(jù)和牽引耕地參數(shù)

采集第1個(gè)、第n-1和第n個(gè)區(qū)域土壤硬度數(shù)據(jù)分別為：y1、yn-1、yn，

獲取該農(nóng)作物的標(biāo)準(zhǔn)生長濕度參數(shù)為w，標(biāo)準(zhǔn)生長溫度參數(shù)t，

采集第1個(gè)、第n-1和采集第n個(gè)區(qū)域土壤濕度數(shù)據(jù)分別為：w1、wn-1、wn并計(jì)算出第1個(gè)、第n-1和采集第n個(gè)區(qū)域土壤濕度系數(shù)分別為：

采集第1個(gè)、第n-1和第n個(gè)區(qū)域土壤溫度數(shù)據(jù)分別為：t1、tn-1、tn，并計(jì)算出土壤溫度系數(shù)為：

采集第1個(gè)區(qū)域內(nèi)、第n-1個(gè)區(qū)域、第n個(gè)區(qū)域采集牽引耕地的深松鏟的切入角度分別為：θ1、θn-1、θn，

測量深松鏟的底面面積為s，

測量深松鏟的重力為g，

測量n個(gè)小區(qū)域塊深松鏟的速度為v1、v2…vn-1、vn；

步驟s103，計(jì)算l-1大區(qū)域的耕地牽引力初始值

基于步驟一中獲取的各個(gè)數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算耕地牽引力初始值的計(jì)算公式為：

步驟s104，計(jì)算l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域塊的耕地牽引力大小

基于步驟一計(jì)算的牽引力初始值，相同農(nóng)作物的第n-1個(gè)小區(qū)域塊的耕地牽引力大小計(jì)算公式為：

步驟s105，當(dāng)由相同農(nóng)作物的l-1大區(qū)域的第n個(gè)小區(qū)域塊進(jìn)入l區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力大小計(jì)算模型如下：

當(dāng)時(shí)，l區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力大小計(jì)算式如下：

當(dāng)l大區(qū)域內(nèi)的土壤參數(shù)與l-1大區(qū)域的土壤參數(shù)時(shí)，l區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力大小計(jì)算式如下：

上述(1)—(4)式子中，各個(gè)字母的含義及單位分別為：

——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力初始值，n；

v1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力速度，m/s；

sinθ1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的深松鏟與土壤平面之間的角度正弦值；

g——深松鏟的重力為g，kg；

t1——土壤溫度,℃；

s——深松鏟的底面面積，m²；

y1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤硬度數(shù)據(jù)，kg/m²；

m1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤濕度系數(shù)；

h1——第l-1大區(qū)域的農(nóng)作物的耕地深度需求參考值，m；

——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力值，n；

vn-1——第l-1大區(qū)域的第1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的耕地牽引力速度，m/s；

sinθn-1——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的深松鏟與土壤平面之間的角度正弦值；

in-1——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤溫度系數(shù)；

yn-1——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤硬度數(shù)據(jù)，kg/m²；

mn-1——第l-1大區(qū)域的第n-1個(gè)小區(qū)域內(nèi)的土壤濕度系數(shù)；

hl——第l大區(qū)域的耕地深度需求參考值，m；

fl——第l大區(qū)域的耕地牽引力值，n；

vl——第l大區(qū)域的的耕地牽引力速度，m/s；

sinθl——第l大區(qū)域的深松鏟與土壤平面之間的角度正弦值；

il——第l大區(qū)域的土壤溫度系數(shù)；

yl——第l大區(qū)域的土壤硬度數(shù)據(jù)，kg/m²；

ml——第l大區(qū)域的土壤濕度系數(shù)；

tl-1——第l-1大區(qū)域的農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)生長溫度參數(shù)，℃；

tl-1——第l-1大區(qū)域的農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)生長溫度參數(shù)，℃；

步驟5，執(zhí)行耕地

根據(jù)步驟4計(jì)算出的耕地牽引力大小執(zhí)行耕地。