在农业生产过程中，化肥的施用对保证农作物产量尤为重要，而传统施肥手段存在利用肥效收益低，肥料的利用率低，浪费明显等问题。实施变量施肥技术可以有效减少化肥使用、提高肥效利用率，起到节本增效的作用。
    本项目在目前国内外变量施肥机的技术基础上，通过结合基于近红外光谱技术的土壤含氮量传感器，设计一款全氮传感式变量施肥机，该机主要由检测犁、变速箱、传动系统、旋耕、开沟、施肥及覆土镇压装置等工作部件组成，能够一次性完成松土、翻土、土壤含氮量检测、变量施肥及覆土镇压作业，同时可以根据土壤含氮量检测结果将含氮量进行分级，以达到多级变量施肥的效果，填补目前我国变量施肥领域传感器实时检测施肥的不足，减少农作物空间差异性，提高生产水平，为我国智能农业发展贡献力量.
    本项目在目前国内外变量施肥机的技术基础上，针对采用测土配方技术设计的变量施肥机所存在的问题，通过结合基于近红外光谱技术的土壤含氮量传感器的发展，拟设计一款全氮传感式变量施肥机，其机械结构主要由机架、动力模块、检测模块、排肥模块、破土开沟模块、覆土镇压模块等构成，能够一次性完成松土、翻土、土壤含氮量检测、变量施肥及覆土镇压作业。

其中，拖拉机与机架采用三点悬挂式挂接方式牵引，并由此传递主要动力，在此基础上，其他模块则通过各种方式安装于机架上。这种布局使得整个结构的质量分布均匀、紧凑有序，稳定性非常出色。圆盘覆土结构被采用于覆土机构中，考虑到颗粒肥料的物理特性，选择了外槽轮式排肥器排肥。选用旋耕刀破土，中间破土盲区安装检测犁，开沟器选用施肥犁，施肥犁按后部按多层式设计，保证施肥均匀顺畅，施肥行数为6行，可作用于近3m的作业区域。

其控制部分由于当时以测土配方技术为主的变量施肥机通常存在实时性差，空间变异性大、精度较低等问题。结合土壤检测技术的发展，该变量施肥机使用基于近红外光谱技术的检测犁置于检测系统前端，通过敏感波段反射、光信号放大处理以及模数转换后得到可用信号，最后经过计算机处理作用于外槽轮排肥器边的无刷电机上，通过对不同等级土壤含氮量的测量，实现电机输出功率的调节，该变量施肥机共设6个外槽轮排肥器，每个排肥器上均设有排肥传感器，可以实时记录每个排肥器内的落肥情况。肥料由排肥管落入排肥犁后，通过多个出口撒播至开沟后的凹坑中，最后经过覆土镇压轮将土壤镇实压平，从而完成整个变量施肥过程。

1、检测犁创新设计

检测犁由7个部分组成，置于旋耕刀轴中间位置,由机架以及刀轴固定，可在完成旋耕破土期间对松散土壤进行土壤近红外光谱检测。其工作过程为：卤钨光源透过防护盖以及线路板底座照射于土壤，一部分光进入土壤，另一部分经土壤反射成为漫反射光进入信号处理阶段。

2、外槽轮排肥器创新设计

为弥补常规外槽轮排肥器的短板，设计一款将阻塞轮与槽轮轴向固定在一起，阻塞轮与槽轮径向相互独立的新型外槽轮排肥器。其中，通过槽轮在排肥盒内轴向的移动，其工作长度由此发生变化，槽轮外周齿沟可根据流入的化肥量发生改变，从而实现排肥量的改变

3、动力模块设计

该变量施肥机上共分为两种主要传动形式。一种是采用锥齿轮传动的形式，设计变速器进行主要动力的传递；另一种动力传动方式，采用2kw无刷电机固定于储肥箱两侧连接钣金上，通过蜗轮蜗杆减速器减速后作用于排肥器动力输入轴。

4、开沟覆土装置设计

  采用两轴式旋耕刀设计以及圆盘式覆土轮作为覆土镇压机具，旋耕刀轴设置8个旋耕刀盘加设48个旋耕刀片，各刀片均匀分布，保证破土后土壤的均匀性；采用圆盘式覆土轮，以保证覆土镇压后的地表平整，肥料覆土层完整。

5、多级变量施肥设计

    该施肥机通过对不同地段土壤含氮量的不同进行分级，调节无刷电机的转速，实现多级变量施肥，从而保证排肥的精准、稳定。