[发明专利]一种基于作物长势的变量追肥控制系统与方法

说明书

本发明关于一种基于作物长势的变量追肥控制系统与方法，涉及农业机械技术领域。包括机体、工业相机、机载控制器、肥箱和追肥量调节机构；工业相机安装在机体首端，机载控制器设置于机体顶部，肥箱安装在机体尾端，肥箱底端开设有落肥口，追肥量调节机构安装在机体上，并位于落肥口底端；工业相机与追肥量调节机构均与机载控制器电连接。本发明通过工业相机识别水稻、小麦的冠层信息，通过机载控制器计算出实时的追肥量，控制追肥量调节机构进行精准追肥，从而提升肥料的利用率，达到绿色增效的目标。

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体为一种基于作物长势的变量追肥控制系统与方法。

背景技术

氮肥是含有影响水稻、小麦生长发育最为活跃的营养元素氮的化肥。大量研究表明:在一定范围内，增施氮肥能增加水稻、小麦的产量；在相同施氮量下，降低基肥施用比例，增加中后期追肥比例，既有利于延缓植株衰老和提高籽粒产量，又有利于形成合理的群体和产量结构，还有利于提高籽粒蛋白质、改善水稻、小麦品质。因此，追氮对水稻、生产具有十分重要的意义。

水稻、小麦追氮方式采用传统粗放的作业形式，缺乏相应的精准追肥控制系统，严重制约现代农业的发展。针对这一突出问题，国内研究主要集中在排肥机构、监测设备、管理决策系统以及变量控制等局部环节上，而有关智能化、集成化、易操作的精准变量追肥控制系统的研究较少。

因此，如何提供一种基于作物长势的变量追肥控制系统与方法成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种基于作物长势的变量追肥控制系统与方法，以解决上述问题。

为达上述目的，本发明提供了一种基于作物长势的变量追肥控制系统，包括：机体、工业相机、机载控制器、肥箱和追肥量调节机构；其中，工业相机安装在所述机体首端，所述机载控制器设置于所述机体顶部，所述肥箱安装在所述机体尾端，所述肥箱底端开设有落肥口，所述追肥量调节机构安装在所述机体上，并位于所述落肥口底端；所述工业相机与所述追肥量调节机构均与所述机载控制器电连接。

进一步的，追肥量调节机构包括撒肥盘、挡板、连杆、直流电动机、舵机和角度传感器；所述舵机固定在肥箱落肥口一侧，所述挡板位于所述落肥口底部并与所述落肥口贴合，所述舵机输出端与所述挡板相连，用于控制落肥口的开度大小；所述角度传感器设置于所述舵机的一侧，用于检测落肥口的开度；所述直流电动机安装在所述机体上，所述撒肥盘位于所述挡板的下方，并且所述撒肥盘通过所述连杆与所述直流电动机传动连接，用于控制单位时间内的施肥量。

进一步的，机体上安装有组态显示屏，所述组态显示屏与所述机载控制器电连接。

一种基于作物长势的变量追肥控制方法，包括如下步骤：

①完成对变量追肥控制系统各功能模块进行自检；

②自检显示各变量追肥控制系统功能模块正常后，工业相机拍摄作物冠层的图像，将图像输入到DeepLabv3+冠层图像分割模块，识别分割出图像中作物的叶片区域；

③统计叶片区域内图像R分量、G分量、B分量、H分量、S分量均值信息，并将其作为输入量传输进入BP神经模块，预测出作物冠层实时的NDVI值F_ndvi；将F_ndvi输入到目标追肥量计算模型，得到目标追肥量F_m；

④执行转速调节优先，开度调节补充的原则；读取角度传感器数据，计算落肥口开度J_c，将F_m和J_c输入控制量计算模型，得到直流电动机目标转速R_m；

⑤读取直流电动机转速，得到直流电动机的实时转速R_c；判断直流电动机目标转速R_m是否在[0，100r/min]范围内，如果在这个范围内，调节直流电动机转速，控制追肥量；