一、技术领域
[0001] 本
发明涉及一种智能化分层可控的精量深松施肥装置。二、背景技术
[0002] 精准施肥技术是精准农业技术研究的重要内容，而分层精量施肥装置是精量施肥
播种机中的关键部件。随着精准农业和智能化农业的发展，进行深松全层施肥作业，即可打破坚硬的
犁底层，打通雨
水和灌水入渗通道；又可以将肥一次性全层施入
土壤中，保证玉米生长的全过程中都有足够的肥，打破了传统的耕作模式，不需追肥，减少追肥所需劳动
力；同时还解决了氮素挥发、磷不下移以及玉米后期早衰的问题，进而提高玉米产量。
[0003] 现有的分层施肥铲多为一根出肥管，在出肥管下侧设几个不同深度的出肥口，实现分层施肥，此种排肥铲排肥实时性差、施肥均匀度低，且易造成堵塞、低速排肥滞空等现象。而且对于我国大部分农村地区，建立关于田间土壤信息、施肥情况、作物产量等地理信息图层较困难，所以基于GPS的变量施肥系统普及起来还较为困难。
[0004] 基于以上现状，
发明人研究出一种智能化分层可控的精量深松施肥装置，该施肥装置可以做到“单管单控”，将
肥料以不同比例施入不同土层中，智能化与自动化相结合，精确控制到达每层土壤的肥量，施肥
精度更高，可控性更强，具有重要的社会效益和经济效益。三、发明内容
[0005] 为了解决现有分层施肥装置施肥不均、缺肥以及
单层深度施肥量不可控等问题，本发明提供了一种智能化分层可控的精量深松施肥装置。本发明的施肥铲结构创新，配合
单片机控制系统及
液压马达驱动装置，可实现“单管单控”，施肥量分层可控、智能化精量深施，从而提高肥料利用率，减轻劳动强度，提高工作效率。
[0006] 一种智能化分层可控的精量深松施肥装置，包括
机架固定装置、排肥装置、分层施肥深松装置、液压驱动系统和控制系统。机架固定装置用于将该施肥装置连接到播种机机架上；排肥装置用于肥料的供给，保证作物的生长条件；分层施肥深松装置，用于土壤深松，并将肥料施入不同土层；液压驱动系统通过控制液压马达转速来改变排肥装置排肥轴转速，进而改变排肥速度；控制系统用于判断排肥管排肥量与单片机中设定的排肥量是否一致，并通过控制液压驱动装置中液压马达转速来实现缺肥补偿。
[0007] 所述的机架固定装置包括机架联接装置和
支撑装置。通过机架联接装置将该智能化分层可控的精量深松施肥装置与现有播种机机架相连；支撑装置用于固定、支撑液压驱动系统和控制系统中的各组件。
[0008] 所述的排肥装置包括肥箱、外槽轮排肥器、排肥轴和漏肥管。肥箱通过其底部的卡槽与外槽轮排肥器壳体相连接，保证肥料准确落入外槽轮排肥器内部；排肥轴穿过外槽轮排肥器轴孔并通过
联轴器与液压驱动装置中的液压马达
输出轴配合，外槽轮排肥器下部套接有的漏肥管，漏肥管下部为倒锥形，倒锥形出肥口与分层施肥深松装置中的排肥管上端相连接，保证肥料顺利通过排肥器进入排肥管。
[0009] 所述的分层施肥深松装置包括排肥管和分层施肥深松铲。分层施肥深松铲前部为深松开沟铲，用于深松开沟；后部为分层施肥器；分层施肥器内部为多根排肥管并列排放并通向不同深度土层，排肥管根数和长度根据作物需肥量和施肥深度确定；能实现根据玉米根系不同土层需肥量的多少，将不同量的肥料施入不同深度的土壤中；深松开沟铲与分层施肥器为一个整体，实现深松、分层施肥功能。排肥管上部与漏肥管相套合，漏肥管上部连接排肥器；深松铲上端通过
定位孔与机架固定装置可活动连接；在排肥管出肥口安装有导肥片，引导肥料准确进入土层，防止肥料颗粒的无规律性散落。
[0010] 所述液压驱动系统包括
液压泵、液压马达、马达测速齿盘、马达测速
传感器、电液比例
阀、分流阀和油路管道。
液压泵为液压系统提供动力，液压马达输出动力，电液
比例阀作为控制元件，控制液压马达的转速，马达测速齿盘与马达测速传感器共同作用检测马达转速，分流阀用来实现液压油路分流。液压泵入油口接
拖拉机油箱，液压泵出油口通过分流阀将油路管道分成五个支路，所述的液压马达通过分流阀分别与液压泵相连通；在五个支路上均安装有电液比例阀，用来分别控制五个液压马达的转速，液压马达出油口通过油路管道连接回油箱；液压泵和液压马达分别固定在机架上，液压驱动系统内部各部分通过油路管道连接，整个液压驱动系统的油液由拖拉机自带液压系统提供。液压马达动力输出轴穿过马达测速齿盘与排肥装置中的排肥轴通过联轴器同轴连接，马达测速齿盘上安装马达测速传感器，用来检测液压马达转速。
[0011] 所述的控制系统包括信息采集模
块、信息处理模块、信息输出模块和
能量供应模块；信息采集模块用于收集各个传感器的
信号，并将信号传给信息处理模块；信息处理模块主要用于完成信息采集模块发过来的信号的分析与判断，并将
控制信号传送给信息输出模块；信息输出模块包括肥料自动补偿模块和报警显示输入模块，完成肥料定量控制及缺肥自动报警功能；能量供应模块主要为信息采集模块、信息处理模块以及信息输出模块进行供电。
[0012] 所述的信息采集模块包括冲量式固体流量传感器和液压马达
转速传感器。每根排肥管入肥口处安装有一个冲量式固体流量传感器，每个冲量式固体流量传感器均通过信号数据线与信息处理模块的单片机引脚直接相连，用于采集每根排肥管的排肥量；每个液压马达上均安装有一个液压马达测速齿盘，每个液压马达测速齿盘上均安装有一个液压马达转速传感器，通过测量每个液压马达测速齿盘转速，进而测得每个液压马达转速，液压马达转速传感器通过信号数据线与信息处理模块的单片机引脚直接相连。
[0013] 所述的信息处理模块为单片机最小控制系统和
触摸屏。触摸屏通过
数据总线、控制总线和时钟总线连接至单片机，通过触摸屏将预先计算的分层施肥铲每层施肥量输入单片机，单片机输出引脚通过信号数据线与每个电磁比例调速阀相连，按照现有的变量施肥闭环控制程序编程，单片机根据输入的每层施肥量，产生脉冲信号驱动电液比例调速阀改变开度大小，进而控制对应支路上液压马达的转速，液压马达带动该支路排肥轴排肥，每层排肥管都设有与之对应的电磁比例调速阀、液压马达和外槽轮排肥器；每层排肥管的排肥量能分别单独控制，实现排肥量的分层控制。冲量式固体流量传感器与液压马达转速传感器分别将实时测得的每根排肥管排肥量和每个液压马达转速传回至单片机，并通过串口反馈给单片机，单片机根据每根排肥管预设施肥量与测得的实际施肥量的差别，调整电磁比例流量阀的开度大小，进而调整液压马达转速，实现施肥量的调整。
[0014] 所述的信息输出部分为触摸屏。触摸屏与单片机最小控制系统的信号输出引脚通过信号数据线连接，冲量式固体流量传感器与液压马达转速传感器分别将实时测得的每根排肥管排肥量和每个液压马达转速传回至单片机，通过触摸屏实时显示排肥信息；
[0015] 所述的能量供应模块为24v铅
蓄电池，用于为单片机控制系统、电液比例调速阀及其他相关模块供电。
[0016] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0017] 液压泵经
滤油器从油箱中吸油，油液被加压后，经开停阀、电液比例调速阀流经支路进入液压马达，液压马达通过联轴器与排肥轴同轴连接；通过触摸屏将每层土壤的施肥量输入系统，系统将施肥控制参数值由
数字量转变为模拟量输出，再通过插头式
电子放大器将变量信号放大，来控制比例调速阀的阀口度，控制液压油的流量及其压力，进而控制摆线液压马达的转速，实现槽轮工作速度的调节，使得肥料通过对应的外槽轮排肥器按比例控制输出至排肥管，并通过该阶梯式开沟施肥器将设定的肥料量分别施入不同深度土壤中；每根排肥管上端安装有冲量式固体流量传感器，肥料控制系统实时采集流量传感器测得的肥料流量值以及液压马达转速传感器测得的速度值，并通过串口反馈给单片机，单片机根据计算理论肥料流量值与测得的实际流量值的差别，实时变步长修正施肥量，实现反馈式控制，达到肥料精确施用。
[0018] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019] 分层施肥铲结构创新，现有分层施肥铲为一根出肥管，在出肥管下侧设几个不同深度的出肥口，实现分层施肥，而本发明的施肥铲为几根排肥管单独通向不同土层，每根排肥支路均有与之对应的电磁比例调速阀、液压马达以及外槽轮排肥器，可以做到分层可控，施肥精度更高，可控性更强；设计了变量施肥闭环反馈控制系统，实时采集冲量式固体流量传感器测得的肥料流量值，并通过串口反馈给单片机，实时变步长修正施肥量，实现反馈式控制，实现智能化控制；用液压系统控制排肥，摆线液压马达控制排肥轴转速，运动惯性小、反应速度快、操纵控制方便。四、
附图说明
[0020] 图1是本发明的总体结构主视图。
[0021] 图2是本发明的总体结构左视图。
[0022] 图3是本发明的总体结构俯视图。
[0023] 图4是本发明的电控液压原理图。
[0024] 图5是本发明的控制系统总体结构
框图。
[0025] 图6是本发明的变量施肥控制装置组成原理框图。
[0026] 图7是本发明的控制系统总体原理框图。
[0027] 图1中 1肥箱 2电液比例阀 3液压马达 4漏肥管 5排肥管 6施肥铲 7出肥口 8导肥片 9深松铲 10定位孔 11机架联接装置 12液压泵 13触摸屏 14油液管路 15液压泵出油口 16液压马达出油口 17联轴器 18排肥槽 19排肥轴 20外槽轮排肥器 21冲量式固体流量传感器 22单片机 23压力表 24油箱 25滤清器 26马达测速齿盘 27马达测速传感器五、具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本发明
专利进一步描述。本发明所使用的单片机、液压马达、液压泵、联轴器等元器件都可以市购。参照图1、图2、图3和图4，本发明主要由肥箱1、液压马达3、施肥铲6、深松铲9、液压泵12以及单片机22、触摸屏13等组成。
[0029] 本
实施例中：液压泵选取VP-SF-40-D型变量
叶片泵，液压马达选取BMR250-2BM型摆线马达，比例流量阀选取MA-QVHZO-AES-06/18/U0型电液比例流量阀。
[0030] 本发明专利所述的一种智能化分层可控的精量深松施肥装置，如图1、2、3、4所示，主要由机架固定装置、排肥装置、分层施肥深松装置、液压驱动系统以及控制系统等组成；所述的机架固定装置主要通过机架联接装置11将该深松施肥机构总成与机架相连，用于固定、支撑其他部分，并用
螺栓与外槽轮排肥器21相连。
[0031] 上面所述的排肥装置中选取工作转速为100r/min和
扭矩为40N·m的外槽轮排肥器，肥箱1通过下部的排肥槽18与外槽轮排肥器20相配合，保证肥料准确落入排肥器盒，外槽轮排肥器20套装在排肥轴19上，排肥轴19右端通过联轴器17与液压马达3相连，通过液压马达3转动控制排肥轴19的排肥速度，外槽轮排肥器20下端接漏肥管4，漏肥管4下部设有锥形开口，锥形开口直接套接在下部排肥管5上，肥料通过排肥管5进入分层施肥深松装置内；分层施肥深松装置前部为深松铲9，深松铲9上端可通过定位孔10与机架联接，深松铲9后部为施肥铲6，其内部五根排肥管5并列排放，每一根排肥管5下端联通单独的出肥口7，第五根出肥口紧贴深松铲9后壁，在每根排肥管5末端安装有向
外延伸的导肥片8。
[0032] 上面所述的液压驱动系统主要由液压泵12、液压马达3、电液比例阀2以及油路管道14组成。液泵12选取VP-SF-40-D型变量叶片泵，液压马达3选取BMR250-2BM型摆线马达，比例流量阀2选取MA-QVHZO-AES-06/18/U0型电液比例流量阀。
[0033] 液压泵入油口13接拖拉机油箱，液压泵出油口15通过油液管路14分出五个支路分别与五个液压马达3入油口相连，液压马达3固定在机架上，在支路管道上安装有电液比例阀2，分别控制每一个支路的转速，液压马达出油口16通过油液管路接回油箱；
[0034] 所述的控制系统由信息采集部分、信息处理部分、信息输出部分以及能量供应部分组成；信息采集部分用于收集各个传感器的信号，并将信号传给信息处理模块；信息处理模块主要用于完成信息采集部分发过来的信号的分析与判断，并将控制信号传送给信息输出部分；信息输出部分包括肥料自动补偿模块和报警显示输入模块，完成肥料定量控制及缺肥自动报警功能；能量供应模块主要为信息采集部分、信息处理部分以及信息输出部分进行供电。
[0035] 所述的信息采集部分为冲量式固体流量传感器21安装在排肥管5入口，通过信号数据线与信息处理部分的
数据采集模块直接相连，
信号处理后发送给单片机22最小控制系统；
[0036] 所述的信息处理部分即为单片机22最小控制系统，信息处理模块通过信号数据线与单片机22最小控制系统的输入引脚直接相连；
[0037] 所述的信息输出部分为单片机22最小控制系统的信号输出引脚通过信号数据线连接电液比例调速阀2，按照程序产生的脉冲信号驱动电液比例调速阀2进行调速，进而控制液压马达3的转速，液压马达轴与外槽轮排肥器轴19相连，控制排肥量；所述的报警显示输入模块由工作指示灯、声光报警传感器、触摸屏13组成，单片机22最小控制系统通过信号数据线连
接触摸屏13，通过输入
键盘对控制程序中每层排肥量、排肥深度参数进行设置
修改，显示器显示排肥信息；
[0038] 所述的能量供应部分主要为24v铅
蓄电池，为电控系统、电液比例调速阀模块供电。
