[发明专利]一种基于压电效应的化肥播撒精准变量控制方法

说明书

本发明涉及一种基于压电效应的化肥播撒精准变量控制方法，属于变量施肥技术领域。本发明结合深度学习和信号处理理论和方法，建立波形和化肥量的信号解析模型，基于模型实现当前播撒量的监测，比较实际化肥播撒量和目标播撒量的偏差，反馈到化肥传输机构调整旋转齿轮的转速。本发明建立起化肥播撒闭环控制系统，将播撒量收敛到稳定值，从而实现化肥播撒量的精确控制，提高了肥料利用率、减少了肥料的浪费、避免了多余肥料对环境的不良影响，具有显著的经济、社会和生态效益。

技术领域

本发明涉及化肥播撒技术领域，具体涉及一种基于压电效应的化肥播撒精准变量控制方法。

背景技术

变量施肥技术是精准农业的重要组成部分，在国外已获得了显著的经济和社会效益。我国变量施肥技术的研究起步相对较晚，与发达国家相比较还有较大的差距，主要表现在化肥投入结构的不合理，利用率低，大部分化肥、农药随着河水流入到附近江河，严重的污染了生态环境。长期大量投入施用化肥和农药，会造成土壤板结和土地退化。因此，合理利用化肥及研究施肥技术对我国农业发展有着非常积极的意义。

目前，国内的一些高等院校、科研单位对精准变量施肥技术展开研究，自主研发了一系列变量施肥机具和精准变量施肥控制系统。如中国专利CN 201811241975.8公开了一种智能化变量施肥装置及控制方法，可以根据土壤的氮含量实现施肥过程当中的变量调节，解决农作物施肥过程当中肥料的施加问题，但是其对施肥量的调节没有反馈，实际施肥量和目标施肥量之间存在偏差，无法实现精准的变量施肥。中国专利CN 202110290903.8公开了一种电动化肥播撒设备及其使用方法，该设备及方法能够解决化肥播撒的均匀性问题，但其施肥速率没有实现控制，无法完成精确的变量施肥。中国专利CN 201520600007.7公开了一种化肥自动撒播机，该撒播机能够实现自动化撒播，节约大量的人力物力，但其没有对施肥速率进行控制，无法根据土壤的不同肥力进行变量施肥。

虽然上述施肥撒播机在一定程度实现了智能化，提高了施肥作业效率，降低了化肥成本，但现有的施肥播撒设备不能达到精准变量施肥，没有建立目标施肥量和实际施肥量闭环自动控制调节系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于压电效应的化肥播撒精准变量控制方法，该方法能够对化肥播撒量进行精确控制。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于压电效应的化肥播撒精准变量控制方法，该方法包括以下步骤：

(1)化肥变量播撒，根据化肥播撒装置的目标化肥播撒速率设定驱动电机的初始转速；通过调节化肥播撒装置中用于化肥传输的驱动电机的转速，来对化肥的播撒速率进行调节。

(2)化肥播撒流速感知，首先，在化肥播撒装置出口处设置一安装有若干压电感应器件的接触面板，从化肥播撒装置流出的化肥落到接触面板上与接触面板发生碰撞，激发接触面板中的压电感应器件生成电信号；然后，将不同位置处的压电感应器件的电信号融合在一起得到化肥播撒整体的电信号，建立信号解析模型对电信号进行分析获得一组波峰值，对波峰值进行统计和求和；再利用预先标定的数据建立波峰幅值和播撒速率的映射关系，基于映射关系得到对应的实际化肥播撒速率值。

(3)化肥播撒反馈控制，建立自动控制模型，将实际化肥播撒速率值与目标化肥播撒速率进行对比，获取播撒速率误差，根据播撒速率误差求得控制信号。

(4)化肥播撒装置流速调整，将控制信号反馈给化肥播撒装置中的驱动电机，对驱动电机的转速进行调节。化肥播撒机构流速调整是化肥播撒反馈控制环节中的自动控制模型输出控制信号，信号被转速控制器接收，转速控制器根据信号大小调整化肥传输电机转速的大小。整个过程依次进行，直到自动控制模型输出控制信号恒定，即闭环控制系统保持状态稳定，达到精准变量施肥的目的。

(5)重复步骤(2)-(4)，直至播撒速率误差为0。