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1玉米精播機單體結構及控制原理

1．1樣機單體結構

單體樣機主要由開溝器、種箱、排種器、步進電機、覆土器、仿形機構和地輪、模擬輪(用來模擬拖拉機前輪，測量機具前進速度)，以及機架和手柄(用來代替拖拉機頭，提供前進的動力)等組成。試驗時，將磁鋼均勻地貼在模擬輪上，開關型霍爾傳感器安裝在正對磁鋼的位置，用以測量播種機的前進速度。另外，為了獲得相對準確的機組前進速度，應將盡可能多的磁鋼貼在拖拉機前輪上。

1．2控制原理及系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)的作業(yè)原理

利用霍爾傳感器采集拖拉機的行進速度，獲得的速度信號經傳感器內部電路處理后輸送給單片機;單片機根據輸入的株距計算處理后得到應輸送給步進電機驅動器的脈沖數(shù)，從而使步進電機轉速與拖拉機前進速度保持一致，以達到均勻排種的目的。該控制系統(tǒng)主要由單片機模塊、無線傳輸模塊、人機交流模塊及驅動模塊等組成。由于單片機具有體積小、質量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及安裝方便等優(yōu)點，故本方案采用了深圳宏晶推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的STC89C52RC單片機，其片內帶8kB的ROM和512Byte的RAM，與傳統(tǒng)的8051單片機完全兼容。考慮到拖拉機駕駛室和排種裝置之間存在一定距離，采用有線傳輸會使控制線路變得較為復雜。為簡化線路和增強系統(tǒng)的抗干擾性，本設計決定采用兩個單片機控制單元，一個裝在拖拉機駕駛室里邊，另一個安裝在排種器附近，兩個控制模塊之間采用NRF24L01+芯片進行信息的傳輸。主機模塊主要完成機組前進速度的采集及人機交流等功能，從機模塊主要實現(xiàn)對排種器轉速的調節(jié)。考慮到播種機作業(yè)過程可能需要因維修保養(yǎng)、故障排除等原因而臨時停車、地頭提升轉彎及運輸狀態(tài)等實際情況(在這些條件下顯然排種器不能繼續(xù)轉動，否則會導致種子的無效排種，浪費種子)，在單片機控制步進電機時，必須考慮鎮(zhèn)壓輪是否著地。為了解決此問題，該控制系統(tǒng)在鎮(zhèn)壓輪的底部安裝了一個行程開關接在控制系統(tǒng)電路中，只有當排種裝置落下時，開關閉合，控制系統(tǒng)才開始工作。

2系統(tǒng)控制硬件設計

該控制系統(tǒng)主要由機組作業(yè)速度檢測模塊、人機對話模塊、電機驅動電路模塊及無線傳輸模塊等組成。

2．1機組作業(yè)速度檢測模塊

目前對機組作業(yè)速度的測量常用到的方法有3種:增量式光碼盤脈沖個數(shù)測速、電磁式轉速傳感器測速和開關型霍爾傳感器測速。

1)增量式光碼盤脈沖測速，雖測量精確度高，但成本也高;同時，由于播種機的工作路況復雜，對傳感器的磨損較大，導致使用壽命較低，性價比不高。

2)電磁式傳感器相比較增量式光碼盤傳感器，優(yōu)點是其結構簡單、成本較低;缺點是響應頻率不高、抗電磁波干擾能力差、可靠性不高。

3)開關型霍爾轉速傳感器測速較以上兩種傳感器具有以下優(yōu)點:一是抗電磁波干擾能力強;二是轉速的快慢不會影響到輸出信號的電壓幅值，即使轉速過慢的情況下也能正常工作;三是可以適應復雜多變的田間作業(yè)環(huán)境，且結構簡單，方便安裝與維修。因此，經過綜合比較和分析，選用開關型霍爾轉速傳感器實現(xiàn)測速功能。其由穩(wěn)壓電源及霍爾元件。放大器、施密特觸發(fā)器、輸出晶體管組成。信號經芯片內部處理電路后，得到一個單片機可以識別的穩(wěn)定數(shù)字電壓信號。

2．2人機對話模塊設計

為方便駕駛員與精量播種機控制系統(tǒng)之間的雙向信息交換，該控制軟件設計了人機交互對話系統(tǒng)。人機交互對話系統(tǒng)主要是指人與計算機系統(tǒng)之間實現(xiàn)信息的交流。本文所設計的人機交互對話系統(tǒng)是通過DMT80600T080－09W型號的觸摸顯示屏實現(xiàn)的，機手不僅可以直接通過觸摸屏輸入要求的株距，而且也可查看播種狀況。其采用基于K600+內核的DGUS軟件，具有功能強大和連接線路簡單等優(yōu)點，僅需連接4條數(shù)據線即可實現(xiàn)與單片機的信息交流．3電機驅動排種電路設計系統(tǒng)利用步進電機作為播種驅動機構，單片機控制步進電機的電路連接如圖5所示。該控制系統(tǒng)選用的是具有步進頻率高、無低頻共振現(xiàn)象、反應速度快等優(yōu)點的57BYGH250C混合式兩相步進電機。其扭矩為1．7N•m，步矩角為1．8°。由于單片機不能直接驅動步進電機工作，需與步進電機驅動器配合使用才能控制步進電機的轉動。因此，本文采用2M542細分型高性能步進電機驅動器，其細分數(shù)可根據需要進行設定。

2．4無線傳輸模塊設計

該控制系統(tǒng)采用型號為NRF24L01+的芯片來完成信息的無線傳輸，具有低功耗、傳輸速率快及抗干擾能力強等優(yōu)點。NRF24L01+是一款工作在2．4～2．5GHz的全球開放ISM頻段免許可證使用的單片無線收發(fā)器芯片，其輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設置可以通過SPI接口完成。另外，由于NRF24L01+的工作電壓為3．3V，因此在與單片機連接時需在電路中串聯(lián)一個1kΩ的電阻。

3系統(tǒng)控制軟件設計

整個系統(tǒng)采用模塊化編程，主要由初始化模塊、數(shù)據采集模塊、控制模塊及顯示模塊等組成。

4試驗與結論

4．1試驗

為了驗證該控制系統(tǒng)的可行性和可靠性，對單體樣機進行了前期的室內試驗和數(shù)據采集，并把實際粒距與理想粒距做對比，根據JB/T10293－2001中國家對精密播種機技術條件的相關規(guī)定，玉米株距誤差在50%以內都是符合要求的。本文設定的株距為20cm，則只要實測株距分布在［10cm，30cm］之間即可?？闯龇N子的分布情況較為理想，由此可證明本控制系統(tǒng)是可行的。

4．2結論

1)該智能控制系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)播種機的排種控制方式，實現(xiàn)了電機驅動下排種速度與拖拉機作業(yè)速度的自我匹配，避免了因為地輪滑移帶來的播種株距不穩(wěn)定問題，實現(xiàn)了排種器轉速的計算機自動控制。且由于該系統(tǒng)由電機直接驅動排種器，減少了中間環(huán)節(jié)，簡化了傳動系統(tǒng)，提高了傳動精度，有效地保證了播種株距的一致性。

2)采用無線傳輸方式使控制線路變的簡潔，方便了控制裝置的組裝與拆卸;人機對話模塊使得控制省時省力，利于田間管理。

作者：蔣春燕耿端陽孟鵬祥李玉環(huán)單位：山東理工大學