[0001] 本实用新型涉及农业设备技术领域，特别涉及一种智能精准施肥控制器。

[0002] 在水稻生产移栽技术中，采用水稻插秧机带智能精准侧深施肥装置的插秧施肥同步技术，是国际上公认的水稻生产减少化肥施用量的最为有效技术措施之一。

[0003] 现有的智能精准侧深施肥装置的插秧施肥同步技术存在以下缺陷：

[0004] 1).目前的施肥机均采用简单的控制原理，施肥的精准度不够，导致肥料的浪费和肥料超标导致的土质和水质污染严重；

[0005] 2).现有高速插秧机在施肥前都需要进行肥量测量，而调节过程需要进行多次测试调节，转化计算，难度大，时间长；

[0006] 3).现有高速插秧机的施肥机构采用插秧机的插植轴通过链轮曲杆直接相连，在插植高速和低速情况施肥量不均匀。实用新型内容

[0007] 本实用新型提供了一种智能精准施肥控制器，解决现有技术中施肥的精准度不够，导致肥料的浪费和肥料超标导致的土质和水质污染严重问题。

[0008] 本实用新型是通过以下方案来实现的：

[0009] 一种智能精准施肥控制器，包括外壳内部的主控单元，和与之连接的操作面板和驱动器；所述操作面板设置在外壳表面；所述设置在外壳内部，驱动器通过通讯接口与操作面板连接；

[0010] 所述操作面板上设置有控制器开关，风机开关，参数设定按键，施肥单元选择按键；

[0011] 所述驱动器内的驱动MCU分别连接至施肥电机驱动MOS、风机驱动MOS、离合电机驱动MOS；过载短路保护电路和低电量检测单元连接至驱动芯片；

[0012] PTO传感器、堵肥传感器、缺肥传感器、驱动电机转速传感器，离合电机转速传感器，零点位置传感器连接至驱动MCU。

[0013] 进一步地，所述主控单元为用于向驱动器发送驱动信号的控制 MCU。

[0014] 进一步地，所述驱动芯片设置为向施肥电机驱动MOS、风机驱动 MOS和离合电机驱动MOS连接发送驱动信号的驱动MCU。

[0015] 进一步地，所述施肥电机驱动MOS连接至施肥电机上，施肥电机上设有施肥电机转速传感器；

[0016] 通过操作面板上的参数设定按键输入施肥电机的驱动值，控制 MCU将驱动值的信号传输至驱动MCU，驱动施肥电机通过同步带带动施肥驱动轴和其上的传动齿轮转动；传动齿轮与落料齿轮啮合后共同转动，使肥料从肥料箱中落入落料齿轮的齿槽中；施肥电机转速传感器检测电机转速并反馈至驱动MCU，驱动MCU进行转速补偿。

[0017] 进一步地，所述风机驱动MOS与施肥电机驱动MOS联动；

[0018] 施肥电机开始转动时，施肥电机转速传感器检测施肥电机转速并反馈至驱动MCU，控制风机驱动MOS启动风机，在吹风机的气流吹动下，肥料进入肥料输送管道，并通过出肥口进行施肥；

[0019] 施肥电机停止转动后，施肥电机转速传感器检测到施肥电机未转动，反馈至驱动MCU，控制风机在一段时间后自动停止运行。

[0020] 进一步地，通过施肥单元选择按键输入凸轮上的轴承和离合器连接组别；控制MCU识别到轴承和离合器连接组别后发送至驱动MCU；驱动通过离合电机驱动MOS驱动离合转动轴和其上的凸轮、轴承转动，轴承转动后与对应组别的传动齿轮连接，带动传动齿轮与落料齿轮分离，使该组别落料齿轮不落料。

[0021] 进一步地，所述堵肥传感器设置在施肥装置出肥口的前端，用于检测出肥口是否通畅；其将施肥信号经过分压器分压，滤波器滤波后连接至控制MCU，控制MCU经过处理得到出肥口处的肥量；

[0022] 发生堵肥时，堵肥传感器传输的电压信号增大，驱动MCU将信号发送至控制MCU控制控制面板上的堵肥指示灯亮起并控制蜂鸣器发出警报。

[0023] 进一步地，所述缺肥传感器设置在施肥装置肥料箱的下部，用于检测肥料箱中的剩余肥料的量并反馈至至驱动MCU；

[0024] 肥料箱中缺肥时，缺肥传感器传输的电压信号减小，驱动MCU将信号发送至控制MCU控制控制面板上的缺肥指示灯亮起并控制蜂鸣器发出警报。

[0025] 进一步地，所述参数设定按键用于输入肥料种类、株距、施肥量、车型、行距、堵肥灵敏度参数，控制MCU检测到信号后，发送至驱动 MCU，驱动MCU根据收到的信号驱动控制插秧机驱动电机的转速、施肥电机转速和离合电机转动的角度。

[0026] 进一步地，所述控制MCU和驱动MCU分别连接至供电电源，获取 3.3V电压。

[0027] 本实用新型具有以下优点：

[0028] 通过智能精准施肥控制器的控制面板上的参数设定按键设置好种类、株距、施肥量、车型、行距、堵肥灵敏度等基本参数，通过施肥单元选择按键输入离合电机的组别和工作状态，并通过控制器内部的MCU主控芯片将控制信号传输至驱动器中的驱动MCU，控制施肥机构中插秧机的驱动电机、施肥电机和离合电机根据参数工作；

[0029] 在运作过程中，速度传感器、PTO传感器、堵肥传感器、缺肥传感器检测到相应的部件运行信号并反馈至驱动MCU，实现更精准的调整；当出现异常的缺肥或堵肥情况时，驱动MCU控制操作面板上的堵肥、缺肥指示灯亮起，并通过蜂鸣器报警。

[0046] 下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

[0047] 如图1所示，一种智能精准施肥控制器，包括外壳内部的主控单元，主控单元设置为如图5所示的控制MCU，其型号为SIM32F103RCT6；与主控单元连接的操作面板和驱动器；操作面板设置在外壳表面；驱动器设置在外壳内部并通过485通讯接口与主控单元连接；

[0048] 驱动器内的驱动MCU分别连接至施肥电机驱动MOS、风机驱动MOS、离合电机驱动MOS；过载短路保护电路和低电量检测单元连接至驱动 MCU；

[0049] 如图2所示，PTO传感器、堵肥传感器、缺肥传感器、驱动电机转速传感器，离合电机转速传感器，零点位置传感器连接至驱动MCU。

[0050] 如图15所示，操作面板上设置有控制器开关，风机开关，参数设定按键，施肥单元选择按键，显示数码管，指示灯，蜂鸣器及静音按键；

[0051] 驱动器内的驱动MCU分别连接至施肥电机驱动MOS、风机驱动MOS、离合电机驱动MOS；过载短路保护电路和低电量检测单元连接至驱动芯片，如图6所示，驱动MCU设置为向施肥电机驱动单元、风机驱动单元和离合电机驱动单元连接发送驱动信号MCU的驱动芯片，其型号为SIM32F103RCT6。

[0052] 施肥参数的控制：施肥电机驱动MOS连接至施肥电机上，如图3、图4所示，施肥电机21上设有施肥电机转速传感器46；

[0053] 通过操作面板上的参数设定按键输入施肥电机21的驱动值，控制MCU将驱动值的信号传输至驱动MCU，驱动施肥电机21通过同步带24带动施肥驱动轴22和其上的传动齿轮25转动；传动齿轮25与落料齿轮12啮合后共同转动，使肥料从肥料箱11中落入落料齿轮12的齿槽中；施肥电机转速传感器43检测电机转速并反馈至驱动MCU，驱动MCU进行转速补偿。

[0054] 具体的，通过操作面板输入的施肥参数，控制MCUU6读取到该参数,并识别和记忆按键按下的次数，控制数码管显示输入的施肥量、株距参数，控制MCUU6通过图7所示的485总线与驱动MCUIC1进行数据交互；驱动MCUIC1判断如图8所示的PTO传感器J5信号识别插植轴的转数数值，并将设定脉宽调制通过IN1给O1驱动光耦导通驱动施肥电机，电驱动驱动后按照程序预设值正常运行，如图9所示的驱动电机转速传感器J6检测施肥电机输出轴转速值并发送至控制 MCUU6进行比对；施肥电机未达到预设转速值时，驱动电机转速传感器J6连接至驱动MCUIC1管脚，通过程序运算调节脉宽调制进行补偿，达到设定的施肥效果。监测到插植轴转速传感器J5信号停止时，MCU 进行处理瞬间切断驱动电机信号，使之停转。

[0055] 如图10所示，霍尔电流传感器U2对施肥电机工作电流的检测，并对异常的过流故障进行保护；U3和U6对电流信号进行隔离放大、比较，对施肥电机的短路故障进行保护。同样，风机和离合电机也有类似过载和短路保护，从而保证三路负载工作的安全性。

[0056] 风机的控制：风机驱动MOS与施肥电机驱动MOS联动；

[0057] 如图4所示的，施肥电机21开始转动时，施肥电机转速传感器 43检测施肥电机21转速并反馈至驱动MCU，控制风机驱动MOS启动风机6，在吹风机6的气流吹动下，肥料进入肥料输送管道13，并通过出肥口14进行施肥；

[0058] 施肥电机21停止转动后，施肥电机转速传感器43检测到施肥电机21未转动，反馈至驱动MCU，控制风机在1分钟后自动停止运行。

[0059] 具体的，PTO传感器J5和外部的插秧机运行状态相连接。施肥驱动轴22转动时，PTO传感器J5的信号端电平的高低变化，反馈到驱动MCUIC1，判断转速变化情况，当检测到电平变化2次后，认为插秧机已经运行，驱动MCUIC1发出FJ_OUT风机启动高电平信号，图 11中PWM信号使驱动光耦导通，12V电源通过J_FJ端子和外部吹风机相连，风机开始运行。当施肥驱动轴22停止转动，驱动MCU驱动风机1分钟后自动停止运行。

[0060] 离合电机的控制：通过施肥单元选择按键输入凸轮34上的轴承 35和离合器31连接组别；控制MCU识别到轴承和离合器连接组别后发送至驱动MCU；驱动如图4所示的离合电机32驱动MOS驱动离合转动轴33和其上的凸轮34、轴承35转动，轴承35转动后与对应组别的离合器31连接，离合器31带动传动齿轮25与落料齿轮12分离，使该组别落料齿轮12不落料。

[0061] 具体的，施肥单元选择按键K1对应控制器面上的1、2通道离合， K2按键对应控制器面板上的通道3、4的离合控制，K3按键对应控制器面板上的通道5、6的离合控制。

[0062] 按压按键K1,驱动芯片IC1识别和记忆按键按下的次数，信号 KEY1传入驱动MCUIC1的15脚，K1按一次离合为“合”，再次按下离合为“离”；当离合“合”或“离”时，驱动MCUIC1检测J_P1、J_P2 信号，J_P1和离合机构上的零点位置传感器相连，J_P2和离合机构上的离合电机位置传感器相连。驱动MCUIC1判断离合电机位置传感器反馈的信号，识别离合器的当前位置和K1的目标状态，发出PWM 信号，控制图11的离合电机驱动光耦，经驱动光耦，通过端子P5和施肥机构的离合电机相连，改变PWM的大小和输出时间的长短可以控制离合电机的转动角度，实现对施肥箱工作组别的控制。

[0063] 肥料箱缺肥信号的检测：如图12所示的缺肥传感器设置在施肥装置肥料箱的下部，用于检测肥料箱中的剩余肥料的量并反馈至至驱动MCU；肥料箱中缺肥时，缺肥传感器传输的电压信号减小，驱动MCU 将信号发送至控制MCU控制如图15所示的控制面板上的缺肥指示灯亮起并控制蜂鸣器发出警报。

[0064] 具体的，缺肥传感器设置在肥料箱的下半部分，6个肥料箱各设一个缺肥传感器，各缺肥传感器J1并联后通过信号线与控制器的接口连接，当任一个缺肥传感器检测到缺肥时，产生缺肥报警信号QFIN，通过L1、R10、R7、C2滤波D3限幅后成为低电电平的QF信号，输入驱动MCUIC1的35脚，驱动MCUIC1内部检测后，由15脚输出高电平 LED_QF，经过电阻R51、R52、R53、R54使驱动芯片U3(ULN2003) 导通，+12V电压通过U3，点亮发光二极管D11，操作面板上的缺肥指示灯亮起，蜂鸣器对外报警。当肥料箱内肥料恢复后，报警消除。

[0065] 出肥口堵肥信号的检测：如图13所示的堵肥传感器设置在施肥装置出肥口的前端，用于检测出肥口是否通畅；其将施肥信号经过分压器分压，滤波器滤波后连接至控制MCU，控制MCU经过处理得到出肥口处的肥量；发生堵肥时，堵肥传感器传输的电压信号增大，驱动 MCU将信号发送至控制MCU控制控制面板上的堵肥指示灯亮起并控制蜂鸣器发出警报。

[0066] 具体的，6个堵肥传感器通过传输线和如图13所示J2、J3的接口相连，施肥通道1上的堵肥传感器1信号传入J3接口2脚，DF1 为1通道堵肥传感器信号，堵肥信号经过R38分压,C20滤波后的 DF1_AD信号和的驱动MCUIC1相连，通过内部AD采样计算、软件滤波、内部电压等级识别可以分辨出施肥插嘴处的肥量情况，当发生堵肥时，内部检测到DF1_AD电压的会增大，并堵肥信号通过RS485通讯传给操作面板，操作面板执行堵肥1指示灯的点亮，DF_LED1通过电阻R4使U3导通，+12V电压通过D13，发光管点亮，对应壳体上的堵肥1指示灯点亮，同时面板U6的14脚蜂鸣器信号(FMQ)输出PWM 信号，FMQ信号使驱动芯片U3(ULN2003)导通，接在J_FMQ接口的蜂鸣器发出报警声。当堵肥传感器1上堵肥状态解除后，堵肥1指示灯熄灭，蜂鸣器报警声消除。

[0067] 同理堵肥传感器2对应壳体上的堵肥2指示灯。堵肥传感器3对应壳体上的堵肥3指示灯。堵肥传感器4对应壳体上的堵肥4指示灯。堵肥传感器5对应壳体上的堵肥5指示灯。堵肥传感器6对应壳体上的堵肥6指示灯。实现堵肥位置准确识别和显示报警，有利于操作人员迅速排出故障。

[0068] 参数设定按键用于输入肥料种类、株距、施肥量、车型、行距、堵肥灵敏度等参数。

[0069] 控制MCU和驱动MCU上分别连接至电源，获取3.3V电压。

[0070] 外部电瓶经过滤波处理，再通过电源芯片及相关外围电路稳压成 VCC(+3.3V)供整个控制系统使用。图7中P1和控制器操作面板的电源开关相连，通过光耦隔离开关控制部分电源；同时驱动器通过485 总线和操作面板进行数据交互。

[0071] 本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。