[发明专利]一种基于CAN总线的变量施肥装置及控制方法

权利要求书

1.一种基于CAN总线的变量施肥装置，其特征在于包括机械执行模块、CAN总线通讯系统、肥料箱和机架；由步进电机作为动力源；

所述的机械执行模块包括动力传输机构、连接机构、施肥执行机构；

所述的动力传输机构包括蜗轮蜗杆机构和丝杠；所述的蜗轮蜗杆机构安装在机架一侧；所述的蜗杆通过联轴器与步进电机相连；所述蜗轮为圆环状，蜗轮的内圆周上设有螺纹；所述蜗轮外圆周与蜗杆啮合；丝杠穿过蜗轮，蜗轮的内圆周与丝杠通过螺纹配合实现螺旋传动；所述的丝杠通过连接机构与排肥轴相连；

所述的连接机构包括外壳、垫圈、排肥轴端推力轴承、排肥轴连接端、丝杠连接端、端盖和丝杠端推力轴承成；所述的排肥轴连接端通过排肥轴端推力轴承固定于外壳内左侧，排肥轴连接端能自由转动，且能沿着排肥轴轴向移动；所述的丝杠连接端通过丝杠端推力轴承固定于外壳内右侧，丝杠连接端能自由转动；排肥轴连接端和丝杠连接端分别与排肥轴和丝杠同轴连接；排肥轴连接端和丝杠连接端使排肥轴与丝杠能独立转动，互不影响；步进电机通过蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动丝杠做轴向运动；通过所述的连接机构使丝杠与排肥轴连接在一起，通过丝杠端对排肥轴右端施加轴向力，调节外槽轮开度；

所述的施肥执行装置包括排肥轴、花键副和排肥器；所述的排肥轴安装在肥料箱的下方，排肥轴一端通过连接机构与丝杠相连，另一端通过花键副固定在机架上；所述的花键副包括轴承、轴承座、花键轴和花键套；所述花键套和花键轴通过花键连接并由轴承和轴承座固定在机架左侧，花键套远离机架的一端装有链轮，链轮通过链条与地轮连接；所述的链轮随着地轮的转动而转动，带动排肥轴转动；所述的花键副使排肥轴沿其轴向运动；所述的排肥器等距安装在排肥轴上；排肥器包括排肥盒和外槽轮，外槽轮安装在排肥盒内部且与排肥轴同轴固定，外槽轮与排肥轴同步转动，将排肥盒内的肥料排出；

所述的CAN总线通讯系统包括车载工控机及与车载工控机通过CAN总线连接的下位机控制节点；所述下位机控制节点包括排肥轴转速检测节点、位移传感器节点、GPS定位节点和步进电机控制节点；所述的车载工控机通过CAN总线模块与各下位机节点连接，进行数据转输及数据转换控制；车载工控机接收下位机控制节点检测到的信息，并结合处方图计算出外槽轮开度信息，通过CAN总线模块传递给步进电机控制节点，控制步进电机执行相应的动作，调节外槽轮开度；

所述的排肥轴转速检测节点包括单片机一、霍尔传感器和条形磁钢；所述的霍尔传感器安装在排肥轴上方的肥料箱底部；霍尔传感器下方的排肥轴沿其径向的圆周上每隔120°设置一个条形磁钢；排肥轴转动时，条形磁钢经过霍尔传感器探头附近时引发磁场变化，进而产生脉冲；单片机一通过外部中断接收脉冲信息配合定时器功能计算出排肥轴转速；

所述的位移传感器检测节点包括单片机二、电位器式位移传感器和信号调理电路；所述电位器式位移传感器固定端固定在肥料箱内，电位器式传感器的可伸缩拉杆一端通过连杆固定在所述丝杠上，随丝杠做轴向运动；电位器式位移传感器用于检测外槽轮的轴向移动位置；电位器式传感器将外槽轮的开度信息传递给单片机二，单片机二将距离信息通过CAN总线传递给车载工控机；

所述的GPS定位节点包括单片机三和北斗+GPS双模天线；所述的GPS定位节点用于定位获取排肥机在田间的位置；单片机三和车载工控机通过CAN总线模块连接；所的北斗+GPS双模天线将采集的地理位置信息通过I/O口传递给单片机三，单片机三通过CAN总线模块将田间的地理位置信息传递给车载工控机；

所述的步进电机控制节点包括驱动器、电源、单片机四和步进电机；所述步进电机连接驱动器，驱动器分别与电源和单片机四连接；所述的步进电机控制节点通过CAN总线模块获取车载工控机计算得到的外槽轮的开度，并传递给单片机四；所述的单片机四通过步进电机、动力传输机构和连接机构调节外槽轮开度。

2.如权利要求1所述的一种基于CAN总线的变量施肥控制方法，其特征在于：具体步骤如下：

1）将肥料箱中加满肥料；将变量施肥处方图输入车载工控机，GPS定位节点获取当前位置坐标并结合处方图获取当前位置田间土壤的需肥量信息；所述变量施肥处方图包含各田间地块中的含肥量以及需要施肥量；

2）排肥轴转速检测节点实时检测当前排肥轴的转速，位移传感器检测节点检测当前的外槽轮开度，排肥轴转速检测节点和位移传感器检测节点通过CAN总线模块将收集的信息发送给车载工控机；

3）车载工控机根据当前位置的土壤需肥量、外槽轮开度以及排肥轴的转速，计算出当前的施肥档位；

4）车载工控机通过CAN总线模块将施肥外槽轮开度信息传递到步进电机控制节点；步进电机通过动力传输机构和连接机构调节控制外槽轮的开度，实现变量施肥；

5）排肥机行进过程中重复步骤2）、3）、4）直至完成施肥作业。