一种施肥机的控制方法及施肥机与流程

1.本发明涉及农业机械的控制技术领域，特别是涉及一种施肥机的控制方法及施肥机。


背景技术：

2.在农作物种植过程中，通常需要对农作物进行多次施肥，当前主要通过施肥机进行施肥以提高施肥效率。施肥过程中，为了保证肥料的效用能够维持较长时间，需要对施肥器的开沟刀盘的开沟深度进行实时调节，现有技术中，申请人的在先申请cn114788444a提供了一种施肥机的施肥深度调控方法，该方案中通过角度传感器返回的角度值动态调整开沟刀盘的高度以对开沟深度进行调节，这种方案只适用于对简单的地形进行施肥，对于复杂的、凹凸不平的地面，采用这种方案难以适应复杂变化的地面情况进行合适开沟。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于对复杂地形的田地进行施肥的施肥机的控制方法及施肥机。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明的施肥机的控制方法，所述方法包括：
5.通过采集装置获取地表的地形数据；
6.根据所述地形数据对开沟刀盘的高度位置进行调节；
7.所述通过采集装置获取地表的地形数据包括：
8.每隔第一步距获取所述采集装置中各传感器的数据，得到第一数组；
9.得到所述第一数组后，再隔第二步距获取所述采集装置中各传感器的数据，得到第二数组；
10.计算所述第一数组与所述第二数组的综合差异值；
11.判断所述综合差异值是否在预设阈值内；是则根据所述第一数组进行数据拟合，得到地形曲线；否则根据所述第一数组与所述第二数组进行数据拟合，得到地形曲线；
12.所述根据所述地形数据对开沟刀盘的高度位置进行调节包括：
13.根据所述地形曲线以及目标开沟深度，对所述开沟刀盘的高度位置进行调节。
14.进一步地，所述根据所述第一数组与所述第二数组进行数据拟合包括：
15.获取所述第二数组中的前n-1个数值，并将其与所述第一数组中的所有数值进行间隔排列，得到第三数组；n为传感器的总数；
16.对所述第三数组中的数值乘以小于1的预设调整系数，得到第四数组；
17.根据所述第四数组进行曲线拟合得到预拟合曲线；
18.对所述预拟合曲线进行处理得到所述地形曲线，对所述预拟合曲线进行的处理依次包括：对前后相邻的下凹波段与上凸波段进行弥合、以及对波动值小于预设阈值的段落进行整平。
19.进一步地，在所述得到地形曲线之后，所述方法还包括：
20.根据所述地形曲线以及目标施肥量范围，改变排肥器的实时排肥量。
21.进一步地，所述第一数组由第一高度值构成，所述根据所述地形曲线以及目标施肥量范围，改变排肥器的实时排肥量包括：
22.判断连续的设定数量的所述第一高度值的平均值、第一高度阈值、第二高度阈值三者之间的关系；
23.当所述平均值大于所述第一高度阈值，根据对应位置的所述地形曲线动态调节所述排肥器的实时排肥量，所述实时排肥量的数值在所述目标施肥量范围的中值与最大值之间；
24.当所述平均值小于所述第二高度阈值，根据对应位置的所述地形曲线动态调节所述排肥器的实时排肥量，所述实时排肥量的数值在所述目标施肥量范围的最小值与中值之间；
25.当所述平均值大于所述第一高度阈值且小于第二高度阈值，以所述目标施肥量范围的中值作为所述排肥器的目标排肥值。
26.进一步地，所述传感器之间的间距为d，所述第二步距的数值为d/2；所述第一步距的数值为n
·
d，其中，n为所述传感器的总数。
27.进一步地，所述计算所述第一数组与所述第二数组的综合差异值，具体根据如下公式进行计算：
28.其中，a为综合差异值；xi为第一数组中第i个传感器产生的值；yi为第二数组中第i个传感器产生的值；i＝1
…
n。
29.进一步地，所述对所述开沟刀盘的高度位置进行调节给予pid控制方法进行。
30.一种施肥机，其包括由前到后依次布局的采集装置、开沟装置、排肥器以及覆土机构；所述采集装置包括前后等距排列的多个探测轮以及对应于每个所述探测轮设置的传感器；所述开沟装置包括开沟刀盘以及高度调节装置；还包括控制器，所述采集装置、所述高度调节装置以及所述排肥器均连接所述控制器；所述控制器能够实现上述的控制方法。
31.有益效果：本发明的施肥机的控制方法及施肥机，通过阵列排布的多个探测轮与传感器对地形数据进行采集，并分第一步距与第二步距分别采集第一数组与第二数组，根据两个数组的综合差异值可以对地形的复杂程度进行评价，地形越复杂，综合差异值越大，需要更多的数据参与曲线的拟合工作，地形越简单，综合差异值越小，需要较小的数据参与曲线的拟合工作，如此，对于简单地形可以降低曲线拟合难度，节省算力。对于频繁起伏的地形，根据该地形曲线进行开沟深度调节不需要频繁大幅调节开沟刀盘的作业高度，更方便对开沟刀盘进行控制；覆土机构覆土后的实际地形消除了原地形频繁起伏的特征，也与地形曲线更接近。
附图说明
32.图1为施肥机的构成示意图；
33.图2为施肥机的控制方法的流程示意图；
34.图3为通过采集装置获取地表的地形数据的具体流程示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
36.如图1所示的施肥机，其包括由前到后依次布局的采集装置1、开沟装置2、排肥器3以及覆土机构4；所述采集装置1包括前后等距排列的多个探测轮11以及对应于每个所述探测轮11设置的传感器12，传感器12的数量为n个，图示实施例中n＝4；所述开沟装置2包括开沟刀盘21以及高度调节装置22；还包括控制器，所述采集装置1、所述高度调节装置22以及所述排肥器3均连接所述控制器；所述控制器能够实现上述的控制方法。
37.基于上述施肥机，本技术之施肥机的控制方法包括如下步骤s101-s102：
38.步骤s101，通过采集装置1获取地表的地形数据；
39.步骤s102，根据所述地形数据对开沟刀盘21的高度位置进行调节；
40.上述步骤s101中所述通过采集装置1获取地表的地形数据包括如下步骤s201-s204：
41.步骤s201，每隔第一步距获取所述采集装置1中各传感器12的数据，得到第一数组；
42.步骤s202，得到所述第一数组后，再隔第二步距获取所述采集装置1中各传感器12的数据，得到第二数组；
43.步骤s203，计算所述第一数组与所述第二数组的综合差异值；
44.步骤s204，判断所述综合差异值是否在预设阈值内；是则根据所述第一数组进行数据拟合，得到地形曲线；否则根据所述第一数组与所述第二数组进行数据拟合，得到地形曲线；
45.上述步骤s102中所述根据所述地形数据对开沟刀盘21的高度位置进行调节包括：
46.根据所述地形曲线以及目标开沟深度，控制高度调节装置22运转对所述开沟刀盘21的高度位置进行调节。
47.上述步骤中，通过阵列排布的多个探测轮11与传感器12对地形数据进行采集，并分第一步距与第二步距分别采集第一数组与第二数组，根据两个数组的综合差异值可以对地形的复杂程度进行评价，地形越复杂，综合差异值越大，需要更多的数据参与曲线的拟合工作，地形越简单，综合差异值越小，需要较小的数据参与曲线的拟合工作，如此，对于简单地形可以降低曲线拟合难度，节省算力。对于频繁起伏的地形，根据该地形曲线进行开沟深度调节不需要频繁大幅调节开沟刀盘21的作业高度，更方便对开沟刀盘21进行控制；覆土机构4覆土后的实际地形消除了原地形频繁起伏的特征，也与地形曲线更接近。
48.进一步地，上述步骤s204中所述根据所述第一数组与所述第二数组进行数据拟合包括如下步骤s301-s304：
49.步骤s301，获取所述第二数组中的前n-1个数值，并将其与所述第一数组中的所有数值进行间隔排列，得到第三数组；第三数组的第一个数值为所述第一数组中的第一个数值；
50.步骤s302，对所述第三数组中的数值乘以小于1的预设调整系数，得到第四数组；乘以小于1的预设调整系数是考虑到覆土装置经过后对土壤的压实作用；
51.步骤s303，根据所述第四数组进行曲线拟合得到预拟合曲线；
52.步骤s304，对所述预拟合曲线进行处理得到所述地形曲线，对所述预拟合曲线进
行的处理依次包括：对前后相邻的下凹波段与上凸波段进行弥合(实际作业中，覆土装置能够将高处的土推向低处)、以及对波动值小于预设阈值的段落进行整平。
53.上述过程s301-s304充分考虑了开沟刀盘21以及覆土机构4经过后土壤的情况，以及土壤的压缩情况，使得地形曲线与覆土处理完成后的实际地形较为相符，如此开沟深度更合理。
54.同理，根据所述第一数组进行数据拟合得到地形曲线的具体方法为：先对第一数组中的数值乘以小于1的预设调整系数，得到第五数组；根据所述第五数组进行曲线拟合得到预拟合曲线；对所述预拟合曲线进行处理得到所述地形曲线，对所述预拟合曲线进行的处理依次包括：对前后相邻的下凹波段与上凸波段进行弥合(实际作业中，覆土装置能够将高处的土推向低处)、以及对波动值小于预设阈值的段落进行整平。
55.进一步地，在所述得到地形曲线之后，所述方法还包括如下步骤s401：
56.步骤s401，根据所述地形曲线以及目标施肥量范围，改变排肥器3的实时排肥量。
57.进一步地，所述第一数组由第一高度值构成，上述步骤s401中所述根据所述地形曲线以及目标施肥量范围，改变排肥器3的实时排肥量包括如下步骤s501-s504：
58.步骤s501，判断连续的设定数量的所述第一高度值的平均值、第一高度阈值、第二高度阈值三者之间的关系；连续的设定数量的所述第一高度值可以来源于不同的第一数组；
59.步骤s502，当所述平均值大于所述第一高度阈值，根据对应位置的所述地形曲线动态调节所述排肥器3的实时排肥量，所述实时排肥量的数值在所述目标施肥量范围的中值与最大值之间；
60.步骤s503，当所述平均值小于所述第二高度阈值，根据对应位置的所述地形曲线动态调节所述排肥器3的实时排肥量，所述实时排肥量的数值在所述目标施肥量范围的最小值与中值之间；
61.步骤s504，当所述平均值大于所述第一高度阈值且小于第二高度阈值，以所述目标施肥量范围的中值作为所述排肥器3的目标排肥值。
62.根据地形曲线以及目标施肥量范围进行排肥量调整，可以对肥效可能流失快的位置增加肥料，对肥效流失慢的位置减少肥料用量，实现肥料的合理配给。
63.进一步地，所述传感器12之间的间距为d，所述第二步距的数值为d/2；所述第一步距的数值为n
·
d，其中，n为所述传感器12的总数。
64.进一步地，上述步骤s203中所述计算所述第一数组与所述第二数组的综合差异值，具体根据如下公式进行计算：
65.其中，a为综合差异值；xi为第一数组中第i个传感器12产生的值；yi为第二数组中第i个传感器12产生的值；i＝1
…
n。
66.进一步地，所述对所述开沟刀盘21的高度位置进行调节给予pid控制方法进行。
67.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种施肥机的控制方法，所述方法包括：通过采集装置获取地表的地形数据；根据所述地形数据对开沟刀盘的高度位置进行调节；其特征在于，所述通过采集装置获取地表的地形数据包括：每隔第一步距获取所述采集装置中各传感器的数据，得到第一数组；得到所述第一数组后，再隔第二步距获取所述采集装置中各传感器的数据，得到第二数组；计算所述第一数组与所述第二数组的综合差异值；判断所述综合差异值是否在预设阈值内；是则根据所述第一数组进行数据拟合，得到地形曲线；否则根据所述第一数组与所述第二数组进行数据拟合，得到地形曲线；所述根据所述地形数据对开沟刀盘的高度位置进行调节包括：根据所述地形曲线以及目标开沟深度，对所述开沟刀盘的高度位置进行调节。2.根据权利要求1所述的施肥机的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一数组与所述第二数组进行数据拟合包括：获取所述第二数组中的前n-1个数值，并将其与所述第一数组中的所有数值进行间隔排列，得到第三数组；n为传感器的总数；对所述第三数组中的数值乘以小于1的预设调整系数，得到第四数组；根据所述第四数组进行曲线拟合得到预拟合曲线；对所述预拟合曲线进行处理得到所述地形曲线，对所述预拟合曲线进行的处理依次包括：对前后相邻的下凹波段与上凸波段进行弥合、以及对波动值小于预设阈值的段落进行整平。3.根据权利要求1所述的施肥机的控制方法，其特征在于，在所述得到地形曲线之后，所述方法还包括：根据所述地形曲线以及目标施肥量范围，改变排肥器的实时排肥量。4.根据权利要求2所述的施肥机的控制方法，其特征在于，所述第一数组由第一高度值构成，所述根据所述地形曲线以及目标施肥量范围，改变排肥器的实时排肥量包括：判断连续的设定数量的所述第一高度值的平均值、第一高度阈值、第二高度阈值三者之间的关系；当所述平均值大于所述第一高度阈值，根据对应位置的所述地形曲线动态调节所述排肥器的实时排肥量，所述实时排肥量的数值在所述目标施肥量范围的中值与最大值之间；当所述平均值小于所述第二高度阈值，根据对应位置的所述地形曲线动态调节所述排肥器的实时排肥量，所述实时排肥量的数值在所述目标施肥量范围的最小值与中值之间；当所述平均值大于所述第一高度阈值且小于第二高度阈值，以所述目标施肥量范围的中值作为所述排肥器的目标排肥值。5.根据权利要求1所述的施肥机的控制方法，其特征在于，所述传感器之间的间距为d，所述第二步距的数值为d/2；所述第一步距的数值为n
·
d，其中，n为所述传感器的总数。6.根据权利要求1所述的施肥机的控制方法，其特征在于，所述计算所述第一数组与所述第二数组的综合差异值，具体根据如下公式进行计算：
其中，a为综合差异值；x
i
为第一数组中第i个传感器产生的值；y
i
为第二数组中第i个传感器产生的值；i＝1
…
n。7.根据权利要求1所述的施肥机的控制方法，其特征在于，所述对所述开沟刀盘的高度位置进行调节给予pid控制方法进行。8.一种施肥机，其特征在于，其包括由前到后依次布局的采集装置、开沟装置、排肥器以及覆土机构；所述采集装置包括前后等距排列的多个探测轮以及对应于每个所述探测轮设置的传感器；所述开沟装置包括开沟刀盘以及高度调节装置；还包括控制器，所述采集装置、所述高度调节装置以及所述排肥器均连接所述控制器；所述控制器能够实现权利要求1-7任一项所述的控制方法。

技术总结
本发明公开了一种施肥机的控制方法及施肥机，其中方法包括通过采集装置获取地表的地形数据；根据所述地形数据对开沟刀盘的高度位置进行调节；所述通过采集装置获取地表的地形数据包括：每隔第一步距获取所述采集装置中各传感器的数据，得到第一数组；得到所述第一数组后，再隔第二步距获取所述采集装置中各传感器的数据，得到第二数组；计算所述第一数组与所述第二数组的综合差异值；判断所述综合差异值是否在预设阈值内；是则根据所述第一数组进行数据拟合，得到地形曲线；否则根据所述第一数组与所述第二数组进行数据拟合，得到地形曲线。本发明能够对复杂地形的田地进行合理开沟以及施肥。以及施肥。以及施肥。


技术研发人员：陈晓 龚艳 张晓 刘德江 王果
受保护的技术使用者：农业农村部南京农业机械化研究所
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/8/14