基本信息
- 项目名称：
- 新型农田施肥播种控制系统的研究与开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本品是在传统施肥播种控制系统基础上，对农田施肥播种控制系统的进一步研究与开发。传统的施肥播种控制系统设计的思想是播种均匀化，而新型施肥播种控制系统可以根据土壤状况通过“便捷”调孔器，和排种器的设计和手动及自动系统的引入，人为或自动改变作用孔的大小或排种器的转动情况，从而调节播种和施肥量的大小，从而达到高效、便捷播种的目的。这样必将能降低播种和施肥成本，提高农田产量，创造更好的经济效益。
- 详细介绍：
- 1.1便捷”调孔器的设计原理 “便捷”调孔器的挡板下面有两根弹簧，弹簧可以使挡板将孔完全封住；挡板上面连接一个线控开关，可以提升挡板，来实现调节作用孔大小的目的。线控开关可以用手动来控制，也可安装电磁铁装置来实现电控。 1.2调孔器的安装小型工具：固定槽是固定在播撒工具箱体上的，用来固定挡板，挡板的下面连接两根弹簧，弹簧的另一端与箱体固连，挡板的上端与拉力线相连，拉力线上面适当位置有个固定节，固定节固连在箱体上，拉力线再经操控线与控线开关相连，控线开关固连在播撒工具的把手上，以便随时操控。大型机械：针对大型机械，可以安装电控调孔器。电控调孔器安装在大型机械的作用部位，通过控制电流的大小来控制电磁铁装置上力的大小，从而控制作用孔的大小。调孔器的设计方法有很多种，作用方法可以不同，只要能实现控制孔的作用即可。调孔器的设计应根据据机械的具体要求进行设计，那样才能实现更有效的控制。以上两种，只是最基本的设计。 2 排种器现在的播种机多采用改变排种器（如图2）转动和“齿廓”的大小以及“齿沟”的长度来调节播种量，但是它只能在停机的时候进行调节。如果加装控制装置就可以达到在工作时适时调控目的，这种结构的控制和前面的“便捷”调孔器原理大致相同，这里不再赘述。 3 控制系统 3.1手动控制系统 手动控制系统，一般是安装在小型的播种或施肥的农具上，在小块田地耕种中应用。一般来说，农民对自己的田地块比较了解，知道什么地方土壤肥力高，什么地方肥力不好，什么地方种子出苗率高，什么地方出苗率低，什么地方适合密植，什么地方应该稀植。因此，他们可以根据他们的经验，适时的通过调孔器控制播种或施肥量的大小。一些施肥播种工具已实现半机械化，但对施肥播种量的控制仍有许多不足。例如在播种机的前轮处加上传动机构，用小型柴油机做动力，安装在箱体前部，从而减轻了劳动。但仍缺少对“阀门”或排种器转动的有效控制，由于机械部分重量大，起步停机不方便，适于持续工作，相应的就给停机调控带来麻烦。如果安装这种手动控制系统，适时的做出调节，将会减少不必要的劳动和时间的浪费。在播种或施肥工具的把手旁边设有线控开关，上有根据实验设定好的初始标准值，使用者可根据土壤条件或经验适当调控。 3.2自动控制系统在小面积的田地中，多使用小型机械，土壤条件掌握比较容易，农民可根据经验获得，自动控制系统可利用电磁铁装置简易控制。需要使用大型机械、面积较大的田地中，工作人员无法随时观察土地情况，很难做到适时调控。可专门进行土地营养状况检测，通过计算机系统控制电控开关，作用于调孔器或排种器，进而控制播种量和施肥量。 3.2.1 小型机械自动控制系统原理 在有些机械上，因结构比较复杂，手动控制系统的安装和操作不方便，需要利用简易的自动系统。在图2所示的原理图中，利用电磁铁装置取代拉线作用于挡板，线路中装有滑动变阻开关来控制电流大小，通过控制电流大小来调节电磁铁装置所产生的磁力的大小，这样就可以控制挡板的位置[1]。另外，挡板与固定槽有一定的摩擦，可避免电磁铁装置不稳定使挡板产生的晃动。使用时，可通过调节把手处的滑动变阻开关，适时方便的做出调控。 3.2.2大型机械自动控制系统原理思路一：先通过专门的测试对土地肥力状况进行检测，掌握各段土地营养状况，制定出土地的营养状况数据库，工作前，调出当前地域的土地营养状况的数据信息，输入到机械上的计算机系统，这样计算机就可以根据数据库信息来控制调孔器[2]，使得播种和施肥量达到最佳状态，以此来实现根据土壤所需进行施肥或播种。思路二：利用机载检测装置，对土地营养状况实行时时检测，将检测到的信息及时传给机载计算机，计算机对信息进行分析处理，然后再通过控制系统对调孔装置进行控制，从而实现根据土壤所需进行施肥或播种。 3.3操作系统的可行性分析自动控制系统的电路结构，通过调节滑动变阻开关，来调节流过电磁线圈的电流，从而改变了电磁线圈的磁感应强度B，就可以改变电磁线圈对铁质档板的吸引力，继而控制调孔器开口的大小。具体分析如下： B与I的关系为线性关系。螺旋线圈中插入铁芯可使磁感应强度B增加约5000倍，电磁线圈的磁感应强度可足够大。电磁线圈的轴线端部的磁感线非常密集，因为挡板距线圈很近，这样电磁线圈对挡板的作用就比较稳定[3]。设线圈端部距挡板的距离L，初始距离为a，弹簧的变形量为x，弹簧与挡板的作用力。因为B与I的关系为线性关系，即不会对量曲线的关系产生影响，由两曲线的关系可知，两中曲线的交点即为工况点。目前由于还没有关于精确控制电磁力大小的研究，由上述可行性分析电流I、电磁线圈磁场强度B、线圈与挡板的吸引力F、调孔器开口大小L之间的关系可知，可通过调节电路中电流的大小调节调孔器挡板的位置。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：适量的播种施肥能降低生产成本，提高化肥利用率，节约劳动力，增加农田产量，创造更多的经济效益以及对环境有益。不同地区、地段的土壤养份有所不同。因此，在保证播种机或施肥工具可靠、便捷的前提下，适时、适量、高效地播种施肥变得尤为重要。新型农田施肥播种控制系统就是为了在一定程度上解决这个问题而展开的研究。基本思路：该项目是在传统施肥播种控制系统基础上，对农田施肥播种控制系统进行进一步的研究与开发。它根据土壤状况人为或自动改变作用孔的大小或排种器的转动情况，从而改变播种和施肥量的大小。创造更多的经济效益。作品先介绍了“便捷”调孔器以及排种器的设计和应用原理，在此基础上又分析了控制系统的原理、可行性、调试、操作和使用。小型机械控制系统的设计思想是：通过控制电流大小来调节电磁铁装置所产生的磁力的大小，来控制排种器或阀门的作用位置。创新点：该作品以高效、便捷为指导思想，运用合理的机械结构形成完整的控制系统，并与信息技术相结合，对当前播种施肥工具的控制系统做出改进，根据土壤状况适量施肥播种，降低生产成本，提高化肥利用率，增加农田产量。技术关键：实现机械机构的合理设计，土壤信息数据库系统的建立，土壤实时检测装置的性能可靠性，以及计算机系统的完善。
科学性、先进性
- 科学性与先进性: 该项目利用合理的机械机构，通过手动或者自动来实现根据土壤状况进行适量施肥播种，这种做法是可以实现的。现有各种农业机械在播种施肥量的控制方面主要采用停机调控，而该项目要实现的目标是在机械工作时，根据土壤的具体状况进行及时调节，使得播种施肥量更加合理，降低生产成本，提高化肥利用率，增加农田产量。本项目还提出建立农田信息数据库，或者对土壤进行实时检测，运用计算机技术分析土壤信息，进而控制排种器或阀门形成完整的控制系统，增强了控制系统的自动化程度，使得控制系统朝着更加人性化方向发展，颇具新意
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- ppt,图纸，图片。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：在传统农用机械上加装该新型施肥播种控制系统，并保证控制系统的可行性与可靠性。能够实现根据土壤状况适量施肥播种，降低生产成本，提高化肥利用率，增加农田产量，这是项目最大的优势。适应范围和推广前景：该项目主要适用于施肥播种的农业机械上。由于它能实现根据土壤状况适时、适量的施肥播种，降低生产成本，提高化肥利用率，增加农田产量的目标，因此将具有较好的市场前景。理论意义： 1）对于小型播种施肥机械控制系统，采取此类方法，开发制造简单，易于推广。 2）大型机械的控制系统利用计算机系统分析土壤信息后进而控制排种器或阀门，使得控制更经济实用，具有较好的应用前景。现实意义： 1）能够合理利用化肥，保护土壤环境。 2）提高土地资源利用率。 3）直接提高种子和化肥的利用率，节约成本。节省劳动力，提高产量。
同类课题研究水平概述
- 目前在国内外对播种施肥机械研究的人员比较多，但是现有各种农业机械在播种施肥量的控制方面主要采用停机调控，而该项目要实现的目标是在机械工作时，根据土壤的具体状况进行及时调节，使得播种施肥量更加合理，提高化肥利用率，增加农田产量，目前这方面的研究基本还是空白。适量的播种施肥能降低生产成本，提高化肥利用率，节约劳动力，增加农田产量，创造更多的经济效益以及对环境有益。我们知道，不同地区的土壤的养份有所不同，同一地区不同地块的土壤养份也可能有所不同，甚至同一地块不同地段的土壤养分也会不相同。针对这种养份不同的地段我们应该怎样耕种呢？在以前，这个问题是可以忽略的，但随着人类社会的发展，大自然要求人们在有限的空间里利用最少的资源，创造出最高的价值，这就要求我们采取更加先进的耕种方式。因此，在保证播种机或施肥工具可靠、便捷的前提下，适时、适量、高效的播种施肥变得尤为重要，新型农田施肥播种控制系统就是为了在一定程度上解决这个问题而展开的研究。
