单行玉米电动播种控制系统的设计
发布时间：2021-04-11 16:26
为了提高南方小地块播种作业的精度、效率和自动化程度,设计了单行玉米电动播种控制系统。播种机行进动力源为交流电机,排种器采用直流电机驱动,通过种管监测探头监测播种作业状况,微处理器作为排种控制和监测的核心,通过速度传感器实时采集机具速度,根据机具速度调节排种电机的转速,改变播种速率。系统试验表明,播种株距合格率>95.3%,误报警率为2%,报警最大响应时间为0.3 s。该系统不采用机车作为动力源,节能减排,减少环境污染,机架结构简单,两人即可完成播种作业,提高作业灵活性和效率。
【文章来源】：黑龙江八一农垦大学学报. 2020,32(06)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
单行电动播种机结构框图及机具实物图
控制单片机根据作业速度传感器或者GPS模块获取的机具速度，通过驱动电路实时调节排种电机转速，在播种起始和结束时电机转速变化较大，正常播种时电机转速变化较小，同时，监测单片机实时监视导种管中种子下落情况，一旦发生异常，立刻驱动声光报警电路，同时通知控制单片机停止播种作业。根据排种器选择合适的电机是保证播种合格率的重要因素。结合系统重量、体积、成本等因素考虑，系统选用了哈尔滨双福农机公司生产的毛刷式排种器，玉米盘型孔数为15，省去了风机的成本，降低整机重量和功耗。为确定排种器转动扭矩，将排种器中充满实验玉米种子，采用精度为0.1 N.m、量程为0～135 N.m的开拓扭力测试仪进行测量，得到扭矩为4.5 N.m，考虑到排种过程可能会存在卡种等情况，驱动扭矩至少为转动扭矩的2倍。根据需求和现场条件，作业速度需控制在1 km·h-1以下，机架下四个万向轮轮径为200 mm，株距为250 mm，根据表达式（1），计算最大转速为4.45 rpm。
电动播种监控系统是由三个微处理器单元构成的集散控制系统，微处理器均采用STC15W401，具有一个串口、两个定时器，程序存储器1KB,SRAM容量256 B,2.4～5.5 V的宽电源电压范围，在蓄电池供电情况下，也能稳定工作。微处理器1的部分电路如图3所示，主要完成与GPS模块的通信，GPS模块采用的是GS-216，每秒传输一次位置坐标和速度信息，价格低，但是精度不高，尤其是速度采集误差较大，需要建立差分基站，以提高定位和速度精度，微处理器1通过MAX232与GPS模块通信，获取速度信息后，通过SPI接口，将速度信息传输给微处理器2和微处理器3。微处理器2为整个系统的核心，它完成采集机具速度、排种器速度控制和电池电压监测等功能，部分电路如图4所示。由于试验现场无差分基站，GPS模块采集的速度误差相对较大，因此，利用安装在测速轮上的光电码盘测量机具速度，利用单片机的两个16位定时器，累计相邻两个脉冲间隔时间，根据表达式（2），计算机具行进速度。根据机具速度、作物类型和株距要求，使用表达式（1）计算得到电机理论转速，利用1个16位定时器和1个I/O口产生所需步进脉冲，控制排种器的转速，使其达到播种株距要求。由于播种控制系统采用锂电池供电，需要保证锂电池不能亏电而影响播种作业，同时避免其过放电，缩短电池寿命，因此，采用DSC＿CN302监测锂电池电压，CN302是一款可调整迟滞的低功耗电压检测集成电路，如果FTH管脚电压低于CN302下行阈值，在短暂延时（典型值13μs）后，5脚输出低电平，CN302特别适合检测单节或多节锂离子电池；通过其外围的三个电阻匹配，构成其上行和下行阈值，即可完成锂电池电压监测。在系统设计中，当电池电压低于31 V时，5脚输出低电平，引起微处理器2产生外部中断，微处理器2点亮电量指示灯，提示操作人员注意。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小麦育种辅助系统设计与实现[J]. 武振国,李红斌,李艳翠,张怀彬. 河南科技学院学报(自然科学版). 2019(02)
[2]气吸式玉米播种机播种智能电控系统的设计[J]. 赵雪,赵斌,戈天剑,陈金,王晓伟. 黑龙江八一农垦大学学报. 2018(04)
[3]精密播种机播种计量监测系统的研究[J]. 戈天剑,赵斌,衣淑娟,陈金,王晓伟,范学佳,赵明慧. 农机化研究. 2016(12)
[4]智能玉米精密播种施肥机的研制[J]. 彭强吉,孙宜田,荐世春,孙永佳,李青龙. 中国农机化学报. 2016(03)
[5]基于聚偏二氟乙烯压电薄膜的播种机排种监测系统[J]. 黄东岩,贾洪雷,祁悦,朱龙图,李洪刚. 农业工程学报. 2013(23)
[6]基于电容信号的玉米播种机排种性能监测系统[J]. 周利明,王书茂,张小超,苑严伟,张俊宁. 农业工程学报. 2012(13)
[7]2BMQ4型气吸式免耕精密播种机的研制[J]. 王运玲. 赤峰学院学报(科学教育版). 2011(08)
[8]精密播种机工作性能实时监测系统[J]. 宋鹏,张俊雄,李伟,张小超,方宪法. 农业机械学报. 2011(02)
[9]小麦播种机电容式排种量传感器设计[J]. 周利明,张小超,苑严伟. 农业工程学报. 2010(10)
[10]DSP电力机车微机控制系统的设计[J]. 廖宇,郭黎,郭强. 湖北民族学院学报(自然科学版). 2010(02)
本文编号：3131587
【文章来源】：黑龙江八一农垦大学学报. 2020,32(06)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
单行电动播种机结构框图及机具实物图
控制单片机根据作业速度传感器或者GPS模块获取的机具速度，通过驱动电路实时调节排种电机转速，在播种起始和结束时电机转速变化较大，正常播种时电机转速变化较小，同时，监测单片机实时监视导种管中种子下落情况，一旦发生异常，立刻驱动声光报警电路，同时通知控制单片机停止播种作业。根据排种器选择合适的电机是保证播种合格率的重要因素。结合系统重量、体积、成本等因素考虑，系统选用了哈尔滨双福农机公司生产的毛刷式排种器，玉米盘型孔数为15，省去了风机的成本，降低整机重量和功耗。为确定排种器转动扭矩，将排种器中充满实验玉米种子，采用精度为0.1 N.m、量程为0～135 N.m的开拓扭力测试仪进行测量，得到扭矩为4.5 N.m，考虑到排种过程可能会存在卡种等情况，驱动扭矩至少为转动扭矩的2倍。根据需求和现场条件，作业速度需控制在1 km·h-1以下，机架下四个万向轮轮径为200 mm，株距为250 mm，根据表达式（1），计算最大转速为4.45 rpm。
电动播种监控系统是由三个微处理器单元构成的集散控制系统，微处理器均采用STC15W401，具有一个串口、两个定时器，程序存储器1KB,SRAM容量256 B,2.4～5.5 V的宽电源电压范围，在蓄电池供电情况下，也能稳定工作。微处理器1的部分电路如图3所示，主要完成与GPS模块的通信，GPS模块采用的是GS-216，每秒传输一次位置坐标和速度信息，价格低，但是精度不高，尤其是速度采集误差较大，需要建立差分基站，以提高定位和速度精度，微处理器1通过MAX232与GPS模块通信，获取速度信息后，通过SPI接口，将速度信息传输给微处理器2和微处理器3。微处理器2为整个系统的核心，它完成采集机具速度、排种器速度控制和电池电压监测等功能，部分电路如图4所示。由于试验现场无差分基站，GPS模块采集的速度误差相对较大，因此，利用安装在测速轮上的光电码盘测量机具速度，利用单片机的两个16位定时器，累计相邻两个脉冲间隔时间，根据表达式（2），计算机具行进速度。根据机具速度、作物类型和株距要求，使用表达式（1）计算得到电机理论转速，利用1个16位定时器和1个I/O口产生所需步进脉冲，控制排种器的转速，使其达到播种株距要求。由于播种控制系统采用锂电池供电，需要保证锂电池不能亏电而影响播种作业，同时避免其过放电，缩短电池寿命，因此，采用DSC＿CN302监测锂电池电压，CN302是一款可调整迟滞的低功耗电压检测集成电路，如果FTH管脚电压低于CN302下行阈值，在短暂延时（典型值13μs）后，5脚输出低电平，CN302特别适合检测单节或多节锂离子电池；通过其外围的三个电阻匹配，构成其上行和下行阈值，即可完成锂电池电压监测。在系统设计中，当电池电压低于31 V时，5脚输出低电平，引起微处理器2产生外部中断，微处理器2点亮电量指示灯，提示操作人员注意。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小麦育种辅助系统设计与实现[J]. 武振国,李红斌,李艳翠,张怀彬. 河南科技学院学报(自然科学版). 2019(02)
[2]气吸式玉米播种机播种智能电控系统的设计[J]. 赵雪,赵斌,戈天剑,陈金,王晓伟. 黑龙江八一农垦大学学报. 2018(04)
[3]精密播种机播种计量监测系统的研究[J]. 戈天剑,赵斌,衣淑娟,陈金,王晓伟,范学佳,赵明慧. 农机化研究. 2016(12)
[4]智能玉米精密播种施肥机的研制[J]. 彭强吉,孙宜田,荐世春,孙永佳,李青龙. 中国农机化学报. 2016(03)
[5]基于聚偏二氟乙烯压电薄膜的播种机排种监测系统[J]. 黄东岩,贾洪雷,祁悦,朱龙图,李洪刚. 农业工程学报. 2013(23)
[6]基于电容信号的玉米播种机排种性能监测系统[J]. 周利明,王书茂,张小超,苑严伟,张俊宁. 农业工程学报. 2012(13)
[7]2BMQ4型气吸式免耕精密播种机的研制[J]. 王运玲. 赤峰学院学报(科学教育版). 2011(08)
[8]精密播种机工作性能实时监测系统[J]. 宋鹏,张俊雄,李伟,张小超,方宪法. 农业机械学报. 2011(02)
[9]小麦播种机电容式排种量传感器设计[J]. 周利明,张小超,苑严伟. 农业工程学报. 2010(10)
[10]DSP电力机车微机控制系统的设计[J]. 廖宇,郭黎,郭强. 湖北民族学院学报(自然科学版). 2010(02)
本文编号：3131587
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