[发明专利]一种精准变量施肥电液控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种精准变量施肥电液控制装置，其特征在于，包括电液驱动机构和一个主控制系统；所述电液驱动机构包括溢流阀(5)、电液比例调速阀(8)、电控球阀(7)和液压马达(9)；所述主控制系统包括嵌入式计算机、触摸屏、AD/DA转换器件、北斗导航接收器(11)、测速雷达传感器(12)、转速传感器(15)、施肥执行机构扭矩传感器(17)、信号调理电路；所述信号调理电路包括信号放大器、低通滤波器；所述溢流阀(5)固定在施肥机机架(20)前端的变量施肥液压元件集成装置(13)中，其进油口通过快速接头(6)与拖拉机的液压动力输出接口连接，并与电控球阀(7)的一端连接，其出油口连接回油箱(1)；所述电控球阀(7)的另一端与电液比例调速阀(8)的进油口连接；所述电液比例调速阀(8)的出油口与液压马达(9)的进油口连接；所述液压马达(9)的出油口与液压回油管道的前端连接；所述液压回油管道的后端通过快速接头与油箱(1)连接；所述液压马达(9)的动力输出轴通过减速器(14)与施肥机的排肥轴(18)连接；所述北斗导航接收器(11)固定在拖拉机驾驶室的顶部，其信号引出端与嵌入式计算机的串口通信端口连接；所述测速雷达传感器(12)固定在拖拉机驾驶室侧壁上，其通信线缆与嵌入式计算机的串口通信端口连接；所述转速传感器(15)固定在施肥轴上，其信号引出线与嵌入式计算机的数字输入接口连接；所述转速传感器(15)测出施肥轴的转速反馈信号，反馈到主控嵌入式计算机中形成了闭环控制；所述施肥执行机构扭矩传感器(17)固定在排肥轴(18)上，其信号引出线通过信号调理电路与嵌入式计算机的数据总线端口连接；所述触摸屏固定在拖拉机驾驶室操作台上，通过通信线缆与嵌入式计算机连接，实现信号互传；所述AD/DA转换器件中的AD转换器的输入端与低通滤波器的输出端连接，输出端与嵌入式计算机连接；所述AD/DA转换器件中的DA转换器的输入端与嵌入式计算机连接，输出端与信号放大器连接；所述低通滤波器的输入端与施肥执行机构扭矩传感器(17)连接。

2.根据权利要求1所述的一种精准变量施肥电液控制装置，其特征在于，所述嵌入式计算机存储控制系统主程序，控制系统主程序包括施肥用量处理模块、测量显示模块和报警模块；其中，

所述施肥用量处理模块，用于结合定位信息与基于GIS施肥农田网格划分各个地块的处方图，获得当前地块施肥用量数据，同时计算出排肥轴(18)的转速数据；

所述测量显示模块，把接收到的各传感器检测信息处理后，通过触摸屏进行信息显示；

所述报警模块，用于转速传感器(15)、施肥执行机构扭矩传感器(17)的反馈信息超出预设定值域范围时，说明其传动机构出现问题，蜂鸣器通路接通，报警灯接通，予以提示；作业过程中出现信息不匹配时，即转速传感器(15)与施肥用量信息不符合时，说明控制系统主程序出现问题，此时控制系统主程序调用报警模块，北斗导航接收器(11)出现信息异常时，控制系统主程序调用报警模块。

3.一种精准变量施肥电液控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过北斗导航接收器(11)实时接收卫星信号，获得施肥机所处的当前地块位置信息并将信号传递给测量显示模块；

步骤二、利用GIS的地理信息系统数据库技术建立的地块养分数据表作为科学施肥依据，此时施肥用量处理模块获得该位置信息，并与地块养分数据表进行对比分析，给出精准施肥处方图，即获得当前地块的施肥用量并将信息传递给测量显示模块；

步骤三、施肥用量处理模块通过测速雷达传感器(12)测量出拖拉机的行进速度并根据公式(1)、公式(2)和公式(3)，计算出驱动液压马达(9)所要求的转速r_m；

式中，Q_n为实时地块施肥用量；为拖拉机的行进速度；θ_n为排肥器单位时间即每分钟的排肥量；

式中，L为变量施肥器每转排肥量，单位为L/r；为排肥轴转速，单位为r/min；

式中，r_m为液压马达的转速，单位为r/min；t为减速器(14)的传动比；

步骤四、依据液压马达(9)所要求的转速信息，给出相应的控制输出数字信号，经AD/DA转换器件转换成模拟电压控制信号，经控制电液比例调速阀(8)的输出流量，达到控制液压马达(9)转速，同时转速传感器(15)实时测量排肥轴(18)转速反馈信号用于满足控制系统主程序比较的要求，实现精准施肥；

步骤五、控制系统主程序给施肥执行机构扭矩传感器(17)预设定一个阈值，当施肥执行机构扭矩传感器(17)达到该阈值时，说明施肥机构传动出现异常，报警模块预警，所述报警模块中的蜂鸣器和报警灯接通。