【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及農業機械控制領域，尤其涉及一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法及系統。
技術介紹
1、在農業領域中施肥一直都是十分重要的環節，肥料的正確施用與否直接影響作物產量。
2、由于大型農機價格昂貴，研究表明，背負式的撒肥器是使用人數最多的撒肥器件。現有的許多專利針對背負式的撒肥器在結構上做出了許多的改進，使其能夠實現精準-勻速地下料，但其功能較為單一，主要依賴人工操作，缺乏智能化控制。作業人員通常憑借經驗進行施肥，難以準確把握施肥量和施肥時機。這不僅導致施肥精度低，容易出現施肥不均的情況，影響農作物的生長發育，而且可能造成肥料的浪費，增加農業生產成本。同時，傳統背負式撒肥器無法考慮作業速度對施肥效果的影響。在實際作業過程中，作業速度的變化會直接影響單位時間內撒出的肥料量。如果不能根據作業速度及時調整施肥量，就可能導致施肥過多或過少，影響農作物的產量和品質。
3、綜上所述，傳統的施肥方式及相關系統已經無法滿足現代農業生產的需求。迫切需要一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，能夠實現智能化施肥、考慮作業速度和地塊差異、具備遠程監管功能，同時成本低廉、適用性廣，以提高農業生產的效率和質量，減少肥料浪費，保護生態環境。
技術實現思路
1、(一)解決的技術問題
2、針對現有技術的不足，本專利技術目的在于提供一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法及系統，解決了現有技術中存在的問題，本專利技術利用衛星導航模塊精確確定作業人位置信息，結合地塊形狀、面積
3、(二)技術方案
4、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，包括以下步驟：
5、自適應柵格劃分：通過衛星導航模塊獲取地塊邊界坐標信息，確定地塊形狀與面積，計算地塊形狀不規則程度指標，采用空間插值算法分析地塊肥力分布變化，生成肥力分布曲面，設定形狀不規則程度和肥力變化閾值，按預設方向劃分柵格，處理邊緣柵格使其貼合地塊邊界；
6、土壤肥力測算：針對每個柵格提取土壤肥力、地形地貌、作物種植歷史多維度特征數據，整理成特征向量；通過聚類算法計算柵格平均肥料需求指標，制定施肥策略；
7、信息采集與傳輸：衛星導航模塊確定作業人的時間信息、位置信息、速度信息，并輸入至主控制器；測速模塊采集當前設備的出料速度并輸入至主控制器；
8、信息處理：主控制器接收衛星導航模塊的gps數據并解析信息，獲取對應肥料需求并時整合該需求與行走速度及肥料密度信息；
9、出料速度計算：根據選擇的肥料類型，軟件結合不同的肥料密度以及作業人行走速度，建立出料模型；
10、電機控制和出料：主控制器將計算出的理論轉速發送指令給電機控制模塊，電機控制模塊中的pwm信號發生器接收及響應來自主控制器的指令信號，將其轉換為pwm波；電機驅動器與pwm信號發生器相連接，驅動電機轉動，電機將接收到的電壓信號轉換為相應轉速，控制出料速度。
11、作為本專利技術的優選技術方案，自適應柵格劃分步驟中，采用空間插值算法分析地塊肥力分布變化包括：
12、數據準備：收集地塊內的歷史施肥數據以及已有的肥力檢測點數據；
13、構建協方差矩陣：計算任意兩個數據點之間的協方差，構建協方差矩陣；
14、求解權重系數：通過線性方程組求解每個已知數據點對未知位置肥力估計值的權重系數；
15、計算肥力估計值：對于地塊內的任意未知位置，將其周圍已知數據點的肥力值乘以相應的權重系數并求和，得到該未知位置的肥力估計值；
16、構建肥力分布曲面：將計算得到的肥力估計值矩陣與地塊的坐標系統相對應，使用地理信息系統工具，將每個位置的肥力估計值映射到相應的空間位置上，構建肥力分布曲面。
17、作為本專利技術的優選技術方案，土壤肥力測算步驟中，特征向量為[氮含量均值，氮含量標準差，磷含量均值，磷含量標準差，鉀含量均值，鉀含量標準差，平均海拔高度，海拔高度標準差，平均坡度，坡度標準差，作物種類編碼，種植頻率，平均產量，產量標準差]。
18、作為本專利技術的優選技術方案，土壤肥力測算步驟中，聚類算法計算柵格平均肥料需求指標包括：
19、距離計算與聚類分配：對于每個柵格，計算其特征向量與各個聚類中心的距離；
20、聚類中心更新：在完成一輪柵格分配后，重新計算每個聚類的中心，對于每個聚類，將屬于該聚類的所有柵格特征向量進行平均計算，得到新的聚類中心特征向量；
21、迭代循環：重復上述距離計算與聚類分配、聚類中心更新的步驟，形成迭代循環，直到達到設定的最大迭代次數。
22、作為本專利技術的優選技術方案，出料速度計算步驟中柵格中施肥的理論速度計算公式為：v1＝(f1/a1)*w*v/k，其中v1代表柵格1理論電機轉速(r/s)，f1代表柵格1所需肥料量(kg)，a1代表柵格1面積(m2)，w代表幅寬(m)，v代表行走速度(m/s)，k代表電機轉速(r/s)與出料量(kg/s)的系數關系。
23、一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，包括控制系統和執行機構。
24、作為本專利技術的優選技術方案，控制系統包括:
25、1.主控制器作為整個系統的核心控制單元，起到協調和管理各個模塊的作用。接收并處理來自測速模塊、衛星導航模塊的數據，以及用戶通過按鍵輸入的作業參數。根據這些信息進行計算，確定地塊所需肥料量和出料速度，并向電機控制模塊發送指令。
26、主控制器包括lcd屏幕、按鍵、4g芯片、主芯片和串口通信單元，其中：
27、a.lcd屏幕：用于顯示作業信息，讓用戶能夠直觀地了解當前系統的運行狀態。展示的內容包含作業模式(如自動模式、手動模式等)、作業速度(包括行走速度和出料速度等)、作業狀態(正在作業、暫停、故障等)以及所設參數(如肥料類型、撒肥量設置等參數)，為用戶提供實時的反饋信息，以便用戶隨時掌握撒肥作業的情況并根據需要進行調整。
28、b.按鍵：供用戶設置作業參數，實現對系統的個性化操作。可以進行出料加減速設置，根據實際需求調整肥料的出料速度。進行肥料類型設置，不同肥料可能需要不同的撒肥量和出料速度控制策略，系統可根據肥料類型進行相應調整。撒肥量設置可直接決定本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，所述自適應柵格劃分步驟中，采用空間插值算法分析地塊肥力分布變化包括：
3.根據權利要求1所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，所述土壤肥力測算步驟中，特征向量為[氮含量均值，氮含量標準差，磷含量均值，磷含量標準差，鉀含量均值，鉀含量標準差，平均海拔高度，海拔高度標準差，平均坡度，坡度標準差，作物種類編碼，種植頻率，平均產量，產量標準差]。
4.根據權利要求1所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，所述土壤肥力測算步驟中，聚類算法計算柵格平均肥料需求指標包括：
5.根據權利要求1所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，所述出料速度計算步驟中柵格中施肥的理論速度計算公式為：V1＝(F1/A1)*W*V/K，其中V1代表柵格1理論電機轉速(r/s)，F1代表柵格1所需肥料量(kg)，A1代表柵格1面積(m2)，W代表幅寬(m)，V代表行走
6.一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，其特征在于，包括控制系統和與所述控制系統連接的執行機構，所述控制系統包括主控制器，與所述主控制器連接的測速模塊、衛星導航模塊和電機控制模塊。
7.根據權利要求6所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，其特征在于，所述主控制器包括LCD屏幕、按鍵、4G芯片、主芯片和串口通信單元，所述LCD屏幕與主芯片連接，用于顯示作業信息，所述按鍵與主芯片連接，用于設置作業參數，所述4G芯片用于將作業信息發送至云平臺，所述主芯片用于各個模塊的數據的接收、處理、儲存、發送及地塊的識別和出料速度的計算。
8.根據權利要求6所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，其特征在于，所述衛星導航模塊包括GPS接收器和GPS天線，所述GPS接收器用于利用TTL數據計算出每100毫秒的具體經緯度坐標，通過相關計算得到作業人的平均速度，并將獲得的施肥前進速度信號輸入到主控制器中；所述GPS天線用于接收GPS信號。
9.根據權利要求6所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，其特征在于，所述串口通信單元連接衛星導航模塊，進行通信以獲取地理位置坐標信息和速度信息；所述串口通信單元連接測速傳感器，用于將接收到的速度信息進行處理和發送至屏幕和云平臺顯示。
10.根據權利要求6所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，其特征在于：所述施肥裝置包括料筒(1)，所述料筒(1)的左右兩側對稱固定有背帶(2)，所述料筒(1)的底部設置有電源倉(4)，所述電源倉(4)的左側安裝有電源開關(10)，所述電源倉(4)內部固定有內置電池(7)，所述內置電池(7)通過導線與第一電機(5)相連接，所述第一電機(5)通過轉軸(3)與出料通道(11)相連，所述出料通道(11)通過下料軟管(12)與出料倉(14)連接，所述出料倉(14)包括第二電機(15)，所述第二電機(15)與轉盤(16)相連接；
...【技術特征摘要】
1.一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，所述自適應柵格劃分步驟中，采用空間插值算法分析地塊肥力分布變化包括：
3.根據權利要求1所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，所述土壤肥力測算步驟中，特征向量為[氮含量均值，氮含量標準差，磷含量均值，磷含量標準差，鉀含量均值，鉀含量標準差，平均海拔高度，海拔高度標準差，平均坡度，坡度標準差，作物種類編碼，種植頻率，平均產量，產量標準差]。
4.根據權利要求1所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，所述土壤肥力測算步驟中，聚類算法計算柵格平均肥料需求指標包括：
5.根據權利要求1所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制方法，其特征在于，所述出料速度計算步驟中柵格中施肥的理論速度計算公式為：v1＝(f1/a1)*w*v/k，其中v1代表柵格1理論電機轉速(r/s)，f1代表柵格1所需肥料量(kg)，a1代表柵格1面積(m2)，w代表幅寬(m)，v代表行走速度(m/s)，k代表電機轉速(r/s)與出料量(kg/s)的系數關系。
6.一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，其特征在于，包括控制系統和與所述控制系統連接的執行機構，所述控制系統包括主控制器，與所述主控制器連接的測速模塊、衛星導航模塊和電機控制模塊。
7.根據權利要求6所述的一種基于背負式撒肥器的變量施肥控制系統，其特征在于，所述主控制器包括l...
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