技术领域
[0001] 本实用新型属于农业工程技术领域，涉及一种施肥机，具体地说是一种新型双轴双调节精准变量施肥机。
背景技术
[0002] 目前变量施肥技术的研究重点是基于3S(GPS、GIS、RS)的变量施肥技术，即利用全球
定位系统(GPS)获取农田地理
位置和施肥机具位置，以遥感技术(RS)辅助作物生长模型、作物营养
专家系统和
土壤养分专家系统获取农田土壤信息和作物生长信息，依托
地理信息系统(GIS)进行农田信息的管理和分析，根据不同空间单元的相关数据和其它多层数据(土壤理化性质、病虫草害、
气候等)的叠合分析结果，获取施肥
处方，使变量施肥机根据施肥处方和田
块的不同要求，针对性地撒施不同配方及不同量的混合肥，达到高产、优质、环保的目的。
[0003] 当前我国在研究基于3S的变量施肥技术的过程中，主要存在如何将DGPS、GIS、RS三个
数据库有机结合，以及开发具有我国地域和农艺特色的变量施肥控制系统等问题。对于变量施肥控制系统，国内外大多采用基于处方信息进行控制施肥的形式，具体主要有以下两种形式：(1)以
单片机为核心，输入机器前进速度、专家决策信息和DGPS位置信息，单片机作为系统
中央处理器，接收DGPS定位
信号，并根据DGPS定位信号获取操作单元专家施肥决策数据，各个操作单元的施肥量由施肥决策卡读取。单片机将机具速度与决策数据综合后，通过RS-232串口输出控制步进
电机的脉冲量以决定排肥轴的转速，进而确定施肥量。这种控制方式具有经济、稳定、开发简单、通用性好等优点，但存在运行速度慢，处理信息量有限，实时性较差、控制单根排肥轴仅能实现
复合肥的变量撒施等不足。国内研发的变量施肥控制系统主要采用这种形式。(2)以田间计算机(PC机)为核心，接收机器前进速度和DGPS位置信息，并根据机内土壤养分专家系统和作物生长模型，直接生成变量施肥处方，并将处方信息转换成控制指令，确定各排肥轴转速，进而获得适当的施肥量。这种控制方式具有信息处理量大，综合能
力强，实时性好的优势，但成本较高，虽能实现N、P、K三种
肥料的混合配比，却存在需要同时进行
播种或撒施
有机肥时不能兼顾的不足。国外变量施肥机控制系统大多采用这种形式。
[0004] 对于颗粒肥料变量的控制，目前主要采用电控、液控、气控和机械无级变速、振动等控制方式。常用的机型机具有：美国约翰迪尔(JOHNDEER)公司生产的JD-1820型气力式变量施肥
播种机和JD-1910型种肥
罐车，其变量控制机构为电控无级
变速器变量施肥执行机构；美国凯斯(CASE)公司用于变量施肥播种的2340型空气输送种肥车和ST820型播种机，其变量控制机构为电控
液压马达变量施肥播种执行机构。这些机构控制难度大、价格高，主要用于
大麦、小麦、油菜、大豆、玉米等作物的变量播种和施肥。由于国内外作物及农艺的区别，直接引进这些机构及其控制很难在国内直接应用，故急需研发适应新疆
棉花种植所需要的变量施肥控制机构。
[0005] 在国内，黑龙江八一农垦大学于2004年研制出了基于GPS定位的大豆
精密播种机变量施肥自动控制系统，该自动变量施肥执行机构采用电控机械
无级变速器变量施肥执行机构。2006年黑龙江八一农垦大学的赵军、于洁、王熙等提出了一种机械驱动式精密变量施肥播种机，并由东方红-802型
拖拉机牵引播种机进行了大豆变量施肥播种试验。2004年吉林大学的张书慧、马成林、杜巧玲等研制了一个以AT89C52单片机为中心的自动变量施肥控制系统。该系统由全球定位系统(GPS)、单片机控制系统、施肥决策IC卡及拖拉机-播种施肥机组所组成。它接收GPS位置信号，以此判断施肥机所在的操作单元，通过监测施肥机的前进速度和读取存储在IC卡上的施肥量来控制施肥机上的排肥轴的转速，实现实时自动变量施肥。2005年上海交通大学刘成良教授主持研制成功了基于全球定位系统GPS的智能变量播种、施肥、旋耕复合机。2007年河北农业大学的邵利敏和国家农业信息化工程技术研究中心的王秀提出了一个以PLC为主机，集成光学
传感器和控制装置的变量施肥控制系统，它通过实时监测的作物
光谱信息和施肥机具的实际前进速度来调节施肥量。 [0006] 总的说来，国内主要采用手控变量施肥机和自动变量施肥机两种形式。前者由
机架、浮动仿形机构、分层施肥开沟器、播种
单体、排肥器、步进电机、地轮、机速传感器和控制系统等组成。后者主要由GPS系统、单片机控制系统、IC卡及
读卡器和施肥机组成。但以上机型的变量施肥控制系统主要是基于1S或2S的变量施肥控制系统，系统的GPS数据库和GIS数据库尚未有机结合，RS技术的辅助决策作用也未得到有效利用。特别地，(1)当前的自动变量施肥多是单变量或双变量施肥，为了使施肥
精度更高，同时变量施氮、磷、
钾及有机肥已是自动变量施肥的发展趋势；(2)国内研发和引进的变量施肥机主要适用于东北、华东地区的玉米、大豆、小麦等作物的变量施肥，针对新疆棉区的基于3S数据的棉花变量施肥机尚处于空白；(3)新疆与东北、华北地区存在地域、农艺、气候等诸多差异，故迫切需要结合新疆棉花的区域特色研究自动变量施肥系统关键技术。实用新型内容
[0007] 为了克服
现有技术中存在的基于新疆棉花均一化施肥方式化肥利用率低下、环境污染严重等问题，在新疆棉花生产对变量施肥技术需求的
基础上提供一种新型双轴双调节精准变量施肥机及施肥方法，技术方案为：
[0008] 一种新型双轴双调节精准变量施肥机，包括：排肥
输入轴5、开口输入空
心轴16、
伺服电机6、开口电机17、左侧板7、右侧板19、
轴承40、排肥器4、固定座11、肥料箱9、机架20、
悬挂装置50、
耳挂51、升降装置18、开沟器30、复原
犁32、导向软管52、排肥漏斗4、备料箱41、施肥PC机42、GPRS接收机36、测速转盘43、无线通讯模块37、
齿轮减速机构15、电源输出与蓄电瓶装置38、处方生成机39、方管10、旋
转轴55、扁
钢56，数据交换器57
接线盒58电源分线盒59卫星接
收线60计算机61导向光棒62。
[0009] 所述肥料箱9
焊接与两根方管10上，并在每一个肥料箱9下面都用
螺栓固定一个排肥器4，在其左右肥料箱9又通过螺栓固定于两侧板8上，在侧板8位于肥料箱9下面固定三个轴承40；
轴承内圈相应连接有排肥输入轴5并且轴的位置横穿于排肥器4；排肥器4内部横穿排肥输入轴5上有槽轮3；实现装置半阶梯套筒2在每个半阶梯套筒两端通过螺栓连有空心轴16，空心轴16通过固定座11螺栓连接与焊在两个横向方管薄板13上，空心轴16右端焊死一齿轮37，一对齿轮通过开口电机17带动，其开口电机17固定右侧板8内侧；输入轴5通过安装左侧板8外侧伺服电机6带动，开沟器30、复原犁31分别有规律的固定在机架20前后横梁上，开沟器30上焊有空心
导管52，空心导管52和开沟器30的导肥软管53接；排肥器4的排肥口下紧紧安有落肥漏斗54，机架后端安有可升降行走轮33，机架后端安有可拆卸的备料箱41；施肥PC机42、GPRS接收机36电源输出与蓄电瓶装置38、处方生成机39、无线通讯模块37、数据交换器57、接线盒58、电源分线盒59、卫星接收线60、计算机61、导向光棒62都安装在拖拉机司机室内；输入轴5和开口输入空心轴16靠轴承14连成一体，排肥漏斗内安有槽轮21与槽轮同轴安有半阶梯套筒2，所述排肥器5一共有十个个档位，对于不同排料输入轴1转速六个档位控制施肥量是成速度比例增大的。 [0010] 进一步优选，所述齿轮减速机构15比例是10∶1。
[0011] 进一步优选，所述排肥器5为外槽轮式排肥器。
[0012] 进一步优选，所述施肥机控制部分用的是PC机。
[0013] 使用该新型双轴双调节精准变量施肥机的施肥方法，在槽轮上套上半阶梯
覆盖版；当驱动装置启动时测速转盘测出此时机进速度并将传输到单片机中；GPRS接受机定位同时处方生成机结合无线通讯模块提供信息形成处方程序；PC机接收此程序后结合机进速度直接通 过变量控制
驱动器控制伺服电机转速；对与相间区域贫瘠程度相差总需肥量的5％-10％时，变量控制驱动器此时驱动开口电机；开口电机转动带动半阶梯套筒转动，覆盖槽轮长度。
[0014] 该施肥机使用时，启动拖拉机，开启所有电源；GPRS定位并将接收到的信息传输到处方机，通过无线网络16自动下载处方并传送与施肥PC机13中；施肥PC机将接收到的信息结合机具速度一起转
化成所需双轴转速的配比从而控制伺服电机3和开口电机4转速，从而控制所需的N、P、K等肥料量。机架3上横排有六个肥箱分别对应于耕田行宽竖排安有3个肥箱非别装N、P、K肥。
[0015] 本实用新型的有益效果：
[0016] (1)本实用新型成本较低；
[0017] (2)本实用新型提高了自动控制单元的实时性与
稳定性，实现棉花自动变量施肥的精确控制；
[0018] (3)本实用新型能确定N、P、K、有机肥或棉种的准确排肥量。
[0020] 图1是新型双轴双调节精准变量施肥机的主视图；
[0021] 图2是新型双轴双调节精准变量施肥机的侧面图；
[0022] 图3是新型双轴双调节精准变量施肥机的俯视图；
[0023] 图4是新型双轴双调节精准变量施肥机的排肥器结构图；
[0024] 图5是新型双轴双调节精准变量施肥机的槽轮结构及其主要尺寸图； [0025] 图6是控制部分的
软件流程图；
[0028] 图9是总体及其控制
硬件接线位置关系图。
[0030] 下面结合附图和本实用新型实施例作进一步详细地说明：
[0031] 参照图1-3以及图9，一种新型双轴双调节精准变量施肥机，包括：排肥输入轴5、开口输入空心轴16、伺服电机6、开口电机17、左侧板7、右侧板19、轴承40、排肥器4、固定座11、肥料箱9、机架20、悬挂装置50、耳挂51、升降装置18、开沟器30、复原犁32、导向软管52、排肥漏斗4、备料箱41、施肥PC机42、GPRS接收机36、测速转盘43、无线通讯模块37、齿轮减速机构15、电源输出与蓄电瓶装置38、处方生成机39、方管10、
旋转轴55、扁钢56，数据交换器57、接线盒58、电源分线盒59、卫星接收线60、计算机61、导向光棒62。 [0032] 所述肥料箱9焊接在两根方管10上，并在每一个肥料箱9下面都用螺栓固定一个排肥器4，在其左右肥料箱9又通过螺栓固定于两侧板8上，在侧板8位于肥料箱9下面固定三个轴承40；
轴承内圈相应连接有排肥输入轴5并且轴的位置横穿于排肥器4；排肥器4内部横穿排肥输入轴5上有槽轮3；实现装置半阶梯套筒2在每个半阶梯套筒两端通过螺栓连有空心轴16，空心轴16通过固定座11螺栓连接与焊在两个横向方管薄板13上，空心轴16右端焊死一齿轮37，一对齿轮通过开口电机17带动，其开口电机17固定右侧板8内侧；输入轴5通过安装左侧板8外侧伺服电机6带动，开沟器30、复原犁31分别有规律的固定在机架20前后横梁上，开沟器30上焊有空心导管52，空心导管52和开沟器30的导肥软管53接；排肥器4的排肥口下紧紧安有落肥漏斗54，机架后端安有可升降行走轮33，机架后端安有可拆卸的备料箱41；施肥PC机42、GPRS接收机36电源输出与蓄电瓶装置38、处方生成机39、无线通讯模块37、数据交换器57、接线盒58、电源分线盒59、卫星接收线60、计算机61、导向光棒62都安装在拖拉机司机室内；输入轴5和开口输入空心轴16靠轴承
14连成一体。
[0033] 参照图4，排肥漏斗内安有槽轮3与槽轮同轴安有半阶梯套筒2，所述排肥器一共有十个档位，对于不同排料输入轴1转速十个档位控制施肥量是成速度比例增大的。 [0034] 所述齿轮减速机构15比例是10∶1。
[0035] 如图5，所述排肥器4为外槽轮式排肥器
[0036] 施肥PC机其接受信号和发出信号流程图如图6。其处理过程为单片机接收GPRS接收机、无线通讯模块传输过过来信号同时接收机进速度经位移传感器转换为
电压信号。单片机端采用查询方式将接收到的立即进行处理，取算术平均值，然后将平均值发送到工控机，工控机收到单片机的信号后与地理信息系统数据库中的施肥量比较，利用二者的偏差通过PID算法来调节电机的转速。控制系统的主流程图如图7所示，PID算法流程如图8所示。在PID算法中计算了差值取了两个临界值10和100。主要是因为当差值在10以内直接控制开口电机。当差值在100以外肥量增加主要靠输入电机控制。
[0037] 总体排肥结构用的还是用的槽轮。增加的另一变量仍然是改变槽轮有效长度只是不同于是巧妙把整化部分。在槽轮上套上半阶梯覆盖版；当驱动装置启动时测速转盘测出此时机进速度并将传输到单片机中；GPRS接受机定位同时处方生成机结合无线通讯模块提供信息形成处方程序；PC机接收此程序后结合机进速度直接通过变量控制驱动器控制伺服电机转速；对与相间区域贫瘠程度相差总需肥量的5％-10％时，变量控制驱动器此时驱动开口电机；开 口电机转动带动半阶梯套筒转动，覆盖槽轮长度。
[0038] 该施肥机使用时，启动拖拉机，开启所有电源。GPRS接受机快速定位并将接收到的信息传输到处方机，通过无线网络自动下载处方并传送与施肥PC机中。施肥PC机将接收到的信息结合机具速度一起转化成所需双轴转速的配比从而控制伺服电机和开口电机转速，从而控制所需的N、P、K等肥料量。机架上横排有六个肥箱分别对应于耕田行宽竖排安有个肥箱非别装N、P、K肥。
[0039] 变量施肥实验数据说明：
[0040] 本实用新型所述新型双轴双调节精准变量施肥机，基于原先施肥机改加一开口变量。实验中仅需在不同输入转速对应十个档位施肥量就可实现其功能。因为多加变量是在原先基础上改善施肥精度的。实验结果能反映我们预想效果。从下面表1数据我们可知速度越大其精确度越低。最关键原因随着转速增加肥本身对施肥量影响占的分量变大。 [0041]
[0042]
[0043] 表1
[0044] 本实用新型的实施例不限于此，任何形式的简单变化，或者等效替换均落入本实用新型的保护范围之内。
