2YZS自走式煙草移栽機(jī)落苗檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：為將秧苗按時、按序、準(zhǔn)確地送到投苗口，在2YZS自走式煙草移栽機(jī)上安裝了投苗檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ATMEGA64單片機(jī)為核心，LCD1602為顯示器，片內(nèi)RAM和EEPROM為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，利用片內(nèi)10位AD采集傳感器信號和片內(nèi)8位PWM合成DA輸出。實(shí)現(xiàn)了信號的采集、存儲，并設(shè)計(jì)報警系統(tǒng)，可以防止漏苗、無苗現(xiàn)象的發(fā)生，從而明顯改善機(jī)械作業(yè)的可靠性和自動化水平， 為煙草的增產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：2YZS自走式煙草移栽機(jī)；落苗檢測系統(tǒng)；ATMEGA64單片機(jī)；自動化

中圖分類號：S223.99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：0439-8114（2013）13-3153-03

目前，我國自主研制使用的栽植機(jī)械多以半自動為主，且處于起步階段[1]。提高移栽機(jī)的自動化程度和可靠性成為現(xiàn)在許多科研工作者的研究熱點(diǎn)課題。

將秧苗按時、按序、準(zhǔn)確地送到投苗口是有序移栽的關(guān)鍵工序，其移箱裝置是有序移栽機(jī)的關(guān)鍵部分之一[2，3]。投苗裝置是移栽過程中關(guān)鍵部件之一，它直接決定投苗的可靠性和投苗頻次。在移栽機(jī)上安裝投苗檢測系統(tǒng)，可以將煙苗按時、按序、準(zhǔn)確地送到投苗口，防止漏苗、無苗現(xiàn)象的發(fā)生， 從而明顯改善機(jī)械作業(yè)的可靠性和自動化水平， 為煙草的增產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對以上情況設(shè)計(jì)了投苗檢測系統(tǒng)。

1 移栽機(jī)落苗檢測系統(tǒng)的介紹

1.1 檢測系統(tǒng)安裝位置的選擇

信號采集部分可以使用光敏元件， 如光敏電阻、光敏管、光電池等， 將檢測到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行后續(xù)處理。選擇光敏元件的基本原則為： 依據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和有利于信號采集的原則， 以及對傳感器靈敏度、響應(yīng)特性、線形、穩(wěn)定性、精確性等進(jìn)行選擇[4]。其安裝情況如圖1，將光敏元件安裝在位置8處，直接接收來自缽苗體下落時由于位移變化帶來的信號，因安裝在缽苗下落與固定導(dǎo)苗管碰撞點(diǎn)的反方向，因此有利于保護(hù)光敏元件。

1.2 檢測系統(tǒng)的工作過程

系統(tǒng)以ATMEGA64單片機(jī)為核心，LCD1602為顯示器，片內(nèi)RAM和EEPROM為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，利用片內(nèi)10位AD采集A、B輸入通道的數(shù)據(jù)，利用片內(nèi)8位PWM合成DA輸出，實(shí)現(xiàn)了信號的采集、存儲與回放[5]。主要工作過程如圖2， 檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)理電路后一路送至單片機(jī)的AD，另一路經(jīng)比較器送至單片機(jī)的捕捉引腳，單片機(jī)完成信號捕捉后，將捕捉頻率經(jīng)過處理送至定時器定時啟動AD；單片機(jī)在AD和捕捉中斷到來之前顯示和進(jìn)行鍵盤處理；當(dāng)單片機(jī)檢測到按鍵信號到來后，停止AD采樣并啟動PWM合成信號輸出。

2 移栽機(jī)落苗檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 輸入輸出電路的設(shè)計(jì)

由于ATMEGA64單片機(jī)的AD不能輸入負(fù)電壓，為了提高測量的準(zhǔn)確性，需要將傳感器輸入信號先經(jīng)過放大，然后再做加法運(yùn)算，使負(fù)電壓變成在AD基準(zhǔn)范圍內(nèi)的單極性電壓。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3。

若輸入UB1信號為-100～100 mV的電壓信號，信號經(jīng)過集成運(yùn)放放大20倍，變成-2～2 V的電壓信號，用2 V基準(zhǔn)做加法運(yùn)算得到0～4 V的UOB1電壓信號送至單片機(jī)AD進(jìn)行采樣。

2.2 信號頻率測量電路的設(shè)計(jì)

比較器采用LM339，UO2A引腳信號發(fā)送到單片機(jī)的捕捉引腳。經(jīng)過調(diào)理后的信號UI2A送進(jìn)電壓比較器的同相端。電壓比較器的反相端利用二極管的物理特性給比較器提供一個0.6 V左右的基準(zhǔn)源，當(dāng)UI2A信號低于0.6 V時，LM339的反相輸入電壓高于同相輸入電壓，比較器輸出低電平，當(dāng)UI2A大于0.6 V時，LM339電平發(fā)生正跳變，單片機(jī)打開捕捉功能，當(dāng)?shù)诙€跳變到來的時候單片機(jī)停止捕捉。單片機(jī)發(fā)生兩次捕捉之間的時間就是信號的周期（圖4）。

2.3 報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)發(fā)生故障時，為防止在嘈雜環(huán)境中駕駛員聽不到聲音警報，還設(shè)置了燈光報警信號，同時還利用指示燈指示故障所在行。系統(tǒng)采用發(fā)光二極管（LED）作為指示燈，為區(qū)分堵塞和漏種兩種不同故障，采用了紅色和黃色兩種顏色的LED，紅燈閃爍時表明出現(xiàn)漏種現(xiàn)象，而黃燈閃爍時表示發(fā)生了堵塞故障。報警電路如圖5。

發(fā)光二極管具有體積小、抗沖擊和抗振性能好、可靠性高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)?？梢栽诘碗妷?、小電流下工作，而且損耗功率小，光輸出響應(yīng)時間短，工作頻率高達(dá)100 MHz。常用的發(fā)光二極管的工作電壓UW為 1.5～2.5 V，電流為 5～15 mA，工作電流太大或太小都不能正常發(fā)光。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中6個發(fā)光二極管的工作電流處于正常工作范圍內(nèi)，其最大工作電流為：

Imax=■=■=10.6 mA

最小工作電流為：

Imin=■=■=7.6 mA

2.4 顯示電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)顯示選擇了LCD1602顯示器。具體電路如圖6所示。

2.5 軟件設(shè)計(jì)

主控制芯片為ATMEGA64，由于處理器速度較快，所以采用C語言編程方便簡單，單片機(jī)完成初始化后，進(jìn)行電壓、頻率等信息的計(jì)算和顯示，同時等待用戶按下回放按鍵，等用戶按下回放按鍵后，AD停止采樣，并將采集到的數(shù)據(jù)送PWM。主程序流程見圖7。

3 小結(jié)

采用移栽機(jī)落苗檢測系統(tǒng)對移栽機(jī)具進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測后，大幅度提高了煙草移栽機(jī)的自動化程度和移栽質(zhì)量，解決了漏苗、無苗的問題，使煙苗移栽效率大大提高。

系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，對其稍加改造，可用于插秧機(jī)、播種機(jī)等機(jī)械的工作狀態(tài)監(jiān)視。若在移栽機(jī)落苗檢測系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個自動補(bǔ)苗系統(tǒng)則可以更顯著地提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王娟平.玉米穴播穴施水機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2005.

[2] 邵 琰，錢東平.STC89C52RC單片機(jī)在幼苗移栽機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010（5）：121-124.

[3] 黃操軍，陶 冶，許秀英.基于SDI-12的播種機(jī)種肥監(jiān)測傳感器研究[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報，2012，24（2）：80-83.

[4] 鄭家龍，王小海，章安元.集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程[M].北京：高等教育出版社，2007.

[5] 林麗君，黎小桃.單片機(jī)原理及其應(yīng)用[M]. 南昌：江西高校出版社，2008.