五行國產采棉機自動對行系統

王玲玲，郭　健，高愛弟，孫芳霞，邵葉文（.石河子貴航農機裝備有限責任公司，新疆　石河子　83000；.新疆石河子職業技術學院）

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五行國產采棉機自動對行系統

王玲玲1，郭健2，高愛弟1，孫芳霞1，邵葉文1
（1.石河子貴航農機裝備有限責任公司，新疆石河子832000；2.新疆石河子職業技術學院）

摘要：本文介紹了一種五行國產采棉機自動對行系統，主要對系統自動對行控制模塊和軟件程序設計進行了介紹。

關鍵詞：五行采棉機；自動對行；系統

我國棉花機械化采收技術歷經60多年的發展，技術取得了很大的進步，作業性能與國外機型相差不大，但是棉花機械化采收水平依然很低[1]，自動化和智能化方面還處于起步階段，嚴重影響了采棉機的工作效率，制約著國產采棉機的發展和推廣，因此，提高國產采棉機自動化和智能化迫在眉睫。本文提出一種智能采棉機自動對行導航系統，通過此系統可以為車載提供一種通過傳感器信號自動進行車輛對行矯正位置的功能，實現作業的自動化和智能化，減輕了采棉機操作人員的工作負擔，提高了棉花收割的效率和駕駛的安全性。

1五行國產采棉機自動對行系統概述

本系統設計的目的是通過建立自動糾編控制模型，可以使采棉機采摘頭保持較準確的對準棉花壟，實現作業時的自動對行的功能。

圖1為五對采摘頭示意，其中中間的第3對采摘頭棉稈入口處裝有左右傳感器；駕駛艙內裝有自動對行控制裝置。左右傳感器采集對行的傳感信號，發出信號至自動對行控制裝置，自動對行控制裝置對信號進行處理后，控制后輪液壓轉向軸，從而實現自動調節方向（圖2、3）。

圖1前方采摘頭示意圖

圖2側方示意圖

圖3后方示意圖

2自動對行系統控制裝置的組成及工作原理

2.1控制裝置組成

本控制裝置包括中央處理器、電平轉換、RS232接口、步進電機驅動器、步進電機、CAN接口、CAN收發器、傳感器信號和模擬信號組成，硬件結構圖如圖4所示。其中：模擬信號、傳感器信號與中央處理器相連，傳輸數據信號；中央處理器與電平轉換相連，電平轉換與RS232接口相連接而與電腦進行程序下載，將電平轉換器MAX232連接電腦和中央處理器，利用串口通信，可以將電腦上編譯號的程序輸入到中央處理器，也可以使用串口對硬件進行調試。中央處理器與CAN收發器相連，CAN收發器與CAN接口相連接并與電腦進行數據通訊；中央處理器與步進電機驅動器相連而驅動步進電機。

圖4硬件結構圖

2.2工作原理

當左端傳感器接觸到信號，中央處理器輸出一個脈沖使步進電機向左轉動一定的角度，同時步進電機帶動后輪液壓轉向軸線性地向左轉動一定的角度，向左轉完后，中央處理器繼續發送一個脈沖使步進電機向右轉動一定的角度，同時步進電機帶動后輪液壓轉動軸線性的向右轉動一定的角度，對采棉機進行位置歸正，其中步進電機轉動的速度和轉動的角度是由中央處理器發出的PWM波來調制的，步進電機的轉動角度與速度和后輪液壓轉向軸成線性關系；如果右端傳感器接觸到信號，反之操作；當左右傳感器都接觸到信號，則中央處理器不采取任何措施，采棉機繼續直線向前行駛。

2.3硬件電路設計

本系統采用的器件型號如下：中央處理器采用帶CAN控制器的51單片AT89C51CC01芯片、CAN收發器采用MCP2551芯片、串口電平轉換芯片采用的是MAX232芯片、步進電機驅動器型號為YKA3606A、步進電機為86 mm步進電機。51單片機的8個端口通過對撥碼開關輸入的高低電平來判斷CAN的ID號，使其能夠與電腦進行通信；模擬輸入信號先經過分壓濾波，再輸入給中央處理器，中央處理器利用AD模塊進行模數轉換；外部傳感器輸入信號連接處理器，中央處理器通過外部輸入對PWM和P2.5進行控制，同時中央處理器的PWM和P2.5與步進電機驅動器相連，中央處理器通過調節PWM的占空比和頻率，將信號輸入步進電機驅動器，從而改變步進電機的轉動角度和速度（圖5），可以滿足本設計的功能要求，硬件處理器采用單片機設計，不但設計簡單，而且成本低，技術容易掌握。

圖5電氣連接圖

2.4軟件程序設計

本程序應用Horner的CsCape軟件進行控制系統人機界面和程序的編制以用來監測、控制采棉機。智能控制系統程序由各子系統相對應的子程序組成，在程序設計中，應用滑動平均值算法進行數字濾波實現監測參數的穩定，保證采棉機控制系統的穩定性和準確性。主程序流程如圖6所示。

3試驗效果

（1）2013年10月，在石總場六分廠采用型號為4MZ - 5A的樣機進行田間試驗，結果達到了設計要求的預期效果，尤其在夜間作業，解決了人工對行難的問題。（2）通過試驗，發現該系統存在傳感器失靈的現象，今后需要進一步提高傳感器的靈敏度和穩定性，以適應新疆干燥灰塵大的惡劣工作環境。

4　小結

此次試驗預示著采棉機領域首次使用CAN通信，提高了數據通訊控制的穩定性，提升采棉機控制系統智能化，奠定了我國采棉機智能化控制技術的基礎。

收稿日期：2015—11—25