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AT89S52单片机在机械化育苗生产线试验机控制系统中的应用

2017-08-17 02:12:44本网

  大部分育苗采用露地直播、阳畦、改良阳畦或日光温室等方式。目前,在美国、日本、荷兰、以色列等国已全面普及了机械化育苗,而且在技术、yabo.net、良种培育和供应等方面已经高度专业化,农场可以很方便地从商品化育苗工厂购买到自己所需要的种苗,使自己的生产管理趋于专业化。

  我国在这方面的研究还相对滞后,专门用于科研和教学的机械化育苗生产线试验机几乎更是空白。故此,我们迫切需要开发一款能满足科研及教学的机械化育苗生产线试验机,用来提高机械化育苗生产线的研究水平、试验数据的可靠性及试验过程的自动化程度。

  1总体结构设计与工作原理实际育苗生产线的运行过程由五大部分组成一基质装盘、基质压穴、播种、覆基质、浇水。根据作业工位的要求以及对现有机械化育苗生产线类型的研究分析,我们首先确定了机械化育苗生产线试验机整体方案,如所示。

  1.基质装盘2.压穴3.播种4.覆基质5.浇水机械化育苗生产线试验机工作时,育苗盘接连不断地送到生产线的传送带上,当光电传感器感应到育苗盘后,基质箱的开关在程序的控制下自动打开,向育苗盘填充一定量的基质;随着传送带的继续传动,压穴器在育苗盘的每个盘穴里压出个浅坑,为了确保种子顺利发芽,穴的深度和大小都有严格的要求;传送带继续传动,播种器在电脑程序的控制下,精确、精量地在每个穴的浅坑中播一粒种子,接着再覆盖一定量的基质盖住种子,防止日光直射,并对其进第一作者:刘明丹,男,1965年生,重庆人,副教授;研究方向为电机理论和自动控制理论教学科研工作。E-mail:qxjsicau.edu.cn行精量地机械化育苗生产线的装基质、压穴、播种、覆基压穴。为了确保种子顺利发芽,穴的深度和大小都有严格的要求。该机构由直流马达M4、变速箱、触动质、浇水五个部分的运行是相互独立的,它们的工作时序没有先后之分,只要每个部分的光电传感器检测到有育苗盘进入到这个部分后,就会完成它相应的功能,然后再等待下一个育苗盘的到来,这样可以明显地提高整条生产线的生产效率。

  2控制系统设计2.1基质装盘(覆基质)机构控制基质装盘部分与覆基质部分是相同结构,主要由直流电机M2、变速箱、光电传感器E1、触动开关E2、齿轮齿条、基质箱等组成,如所示。

  开关E5、光电传感器E3、曲柄连杆机构、机构()等组成,如所示。

  以及推杆育苗盘推杆机构定位原理图基质装盘(覆基质)机构示意。触动开关E2 2.基质箱3.变速箱4.直流电机M25.齿条6.齿轮压穴机构示意图育苗生产线工作时,当育苗盘随着传送带前移到达预定位置时,小灯泡发出的光线被育苗盘反射到光电传感器E1上,光电传感器E1接受信号并传给控制系统;直流电机M2在控制程序的作用下开始正转,带动齿轮顺时针转动,使齿条迅速向右运动,打开基质箱出口,此时基质箱中的基质在重力作用下掉入育苗盘的各个盘穴里;经过延时后,马达M2在程序的控制下反转,带动齿条向左迅速移动,基质箱出口关闭;当齿条触动到触动开关E2后,E2立刻发送―个脉冲信号,控制系统接收到此信号后马达M2停止转动。在整个过程中,通过时间模块延时的长短来控制排出基质量的多少,从而精量控制基质的装盘量;两个基质出口对育苗盘的每排的两个穴同时装基质,提高生产效率;基质箱设计为斜面,使基质在重力的作用下汇聚在基质箱的出口,易于基质完全排出。

  覆基质和基质装盘的基本原理相同,不同点在于覆盖的基质量较少,一般厚度为2~3mm,通过调整时间模块的延时长短即可控制排出基质量的多少。

  2.2压穴机构控制基质压穴机构的作用在于对育苗盘中的基质进行4.变速箱5.大齿轮6.小齿轮7.触动开关E4 8.凸轮片9.滑杆压穴机构的启动、停止均由脉冲信号控制。装好基质的育苗盘被传送带1输送到压穴工位,光电传感器E3检测到育苗盘时便向控制系统发送一个脉冲信号,控制系统起动压穴程序:推杆机构电机M3正转,将育苗盘推到平整板下面并准确定位后停止;直流电机M4转动并带动曲柄连杆机构运动,使平整板迅速向下运动实现压穴;当曲柄连杆机构运动到上止点时触动开关E4,M4停止运转;经延时后推杆机构电机M3正转,将已压好种穴的育苗盘推到传送带2;M3反转复位,当触动开关E5时M3停止转动,等待下一工作循环。

  2.3播种机构控制播种机构主要特点在于精确、精量控制播种的时间和粒数。丸粒化处理过的种子在三角形分种器的分流作用下分成两路,在出口处怡好滑入排种轮的一个齿槽内。当育苗盘到达位置后,光电传感器E6接受到信号,驱动马达M5转动,带动排种轮缓慢转动。随着排种轮转动一齿,一粒种子被排出。下一粒种子在重力的作用下,进入下一个齿槽,以此类推,就实现了连续播种。在排种轮的转动过程中,触动开关E7(计数开关)被触动,并向系统发送一个脉冲信号,系统的程序便会自动记录触动次数。当触动的次数达到预先设定的次数(8次)以后,系统就会自动发送一个脉冲信号,使马达M5停止转动。此时育苗盘已经播满种子,播种结束。播种机构如所示。

  播种机构示意。变速箱3.蜗轮4.种子5.播种箱6.触动开关E77.蜗杆8.小齿轮9.分种器10.排种轮2.4浇水机构控制完成播基质、压穴、播种、覆基质四个环节后,育苗盘随传送带进入浇水环节。浇水机构主要由光电传感器E10,触动开关E11,直流马达M8、活塞、皮带、皮带轮、曲拐、塑料管、单向阀、喷头、储水筒等组成,如所示。

  1.马达M82.小皮带轮3.皮带4.大皮带轮5.曲拐6.单向阀17.单向阀28.导管9.单向阀3 10.单向阀4故疽馔此时喷头处的单向阀处于关闭状态;随着曲拐的继续转动,当活塞向上运动时,活塞缸里的水受压,此时储水桶出水管上单向阀处于关闭状态,喷头处的单向阀打开,水在压力作用下进入导管,经过喷头处喷出。储水桶进气管上单向阀的作用在于使空气能够自由进入储水桶,防止因水被喷出而形成负压。在喷水过程中,活塞连续地进行循环吸水、压水过程,由于马达转速很快,故喷水过程也就连续进行了。

  3系统控制电路设计机械化育苗生产线试验机采用的AT98S52单片机,是一种比较先进并且在控制领域比较常用的单片机。试验机使用的是9V直流电源,通过uA7805稳压芯片整流输出,5V稳定电源给整个控制电路供电;生产线上各个部分的执行电机直接用9V电源供电。通过两个核心硬件AT89S52单片机和8255A扩展I/O接口芯片实现输入检测和输出控制功能;再通过LCD显示器显示出当前生产线的运行情况。

  本控制电路以AT89S52单片机为核心,通过P0口与8255A可编程I/O接口芯片连接,把8255A作为一个外部数据存储器进行访问,P0.7、P0.1、P0.0经锁存器74LS373的Q7、Q1和Q0端分别与8255A的选通信号线CS和地址线Al、A0相连;8255A的读、写控制线RD、WR直接与AT89S52的RD、WR连接。当CS为低电平时,8255A被选中。当A1A0为00时,选中8255A的PA口,同理A1、A0为01、10、11时分别选中PB口、PC口和命令控制口。

  AT89S52的P0口接上10K的上拉电阻后与LCD的D0~D7相连,完成与LCD的数据传输;P2.7、P2.6、P2.5分别与LCD的控制线EN、RW、RS相连,实现对LCD的读写及命令寄存器的选择控制,其中当EN为1、RS为0时,选中LCD的命令寄存器;当EN和RS均为1时,选中LCD的数据寄存器。

  总的控制电路原理如所示。

  4系统程序设计该浇水装置的喷水原理为:当直流马达带动曲拐转动,从而带动活塞上下移动。当活塞向下运动时,活塞A区里面产生负压,储水桶出水管上单向阀在负压的作用下打开,水从单向阀进入活塞缸,机械化育苗生产线试验机上可以分为装基质、压穴、播种、覆基质和浇水五个控制部分,只要对这五个部分分别进行实时检测与控制便可完成整个生产线的统一管理了。从上面各机构控制结构图可知,开关、传感器和调节按键所组成的行列矩阵只能以定时扫描方式工作,所以可以设置单片机的内部定时器,T0定时一定的时间后产生中断,在中断程序里对行列矩阵进行扫描,检测出有变化的开关、传感器或调节按键并返回其值,每一个开关、传感器或调节按键在主程序里面都设有自己相应的子程序,只要其值为真则主程序便调用该子程序完成它特定的功能。在机械化育苗试验机整条生产线上,需要单片机随时检测的器件共11个(表1),输出控制的器件是8个电机(表2)。

  表1控制参数(数字输入)E1基质装盘工位的育苗盘检测E2基质装盘的基质箱开关的关闭到位控制E3压穴工位的育苗盘检测与推杆1对育苗盘定位E4压穴机构上止点的位置控制E5推杆1水平向左移动的最大距离及其复位控制E6播种工位的育苗盘检测与播种器播种启动控制E7播种速率控制及小齿轮齿数的计数E8覆基质工位的育苗盘检测与基质箱打开控制E9覆基质的基质箱开关的关闭到位控制E10浇水工位的育苗盘检测与推杆2对育苗盘的定位E11控制推杆2水平向左移动的最大距离及其复位表2控制参数(数字输出)数字输出功能传动链条的驱动电机基质装盘的基质箱开关的驱动电机推杆1的驱动电机压穴系统驱动电机播种系统的驱动电机覆基质的基质箱开关的驱动电机推杆2的驱动电机浇水系统的驱动电机式矩阵与传感器和按键连接,这样可节省单片机的I/O口。使用LCD的目的是为了可以随时了解整个生产线的运行情况,也为了有利于可视化操作。

  5结语用光电三级管传感器作为对控制系统的信息采集系统的前端单元,从而达到了机械化育苗生产线试验机中较理想的基质装盘、基质压穴、播种、覆基质和浇水等5个农艺过程。同时还可以通过改变硬件(即M4和M5电机上联结的机构)来改变系统的工艺,也可以通过改变软件(即控制程序中参数Ml、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8的正反转),再配合相应的延时模块来改变整套系统的内容和顺序,从而达到了柔性加工生产线的标准,可以满足多种农艺任务,适应了多品种和小批量育苗生产的需要。

  由于系统缺少EEPROM芯片,通过调节按键修改后的系统参数不能永久性存储起来,供下一次系统启动时使用。

  设计中由于考虑到电机的9V直流电源供电比较稳定,所以没有加入速度检测传感器。当投入实际生产时就必须考虑这个问题。

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