扦樣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

袁家厚

摘要：針對(duì)目前糧食扦樣機(jī)存在的弊端，提出一種減少人員參與程度的扦樣機(jī)自動(dòng)控制方法。扦樣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)基于STC51單片機(jī)原理，改造后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隨機(jī)扦樣，樣品代表性強(qiáng)，工作效率高，可為其他應(yīng)用程序擴(kuò)展提供應(yīng)用接口。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)編碼扦樣機(jī)；糧食；控制器；STC51單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）03-0019-03

隨著糧食購(gòu)銷(xiāo)狀況的變化，收糧過(guò)程中的檢斤驗(yàn)質(zhì)顯得尤為重要。部分糧食企業(yè)或其內(nèi)部人員暗箱操作，故意壓價(jià)侵害糧農(nóng)或故意抬價(jià)肥私熟人，使糧企受損。為防止作弊，減少人工參與環(huán)節(jié)，迫切需要研制扦樣機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、扦樣隨機(jī)化的封閉式自動(dòng)扦樣機(jī)。

自動(dòng)扦樣機(jī)根據(jù)售糧運(yùn)輸車(chē)輛的大小尺寸，從若干組編碼數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取不同的扦樣數(shù)據(jù)，能在整個(gè)車(chē)廂平面及不同糧層上無(wú)死角任意點(diǎn)扦樣，可防止扦樣預(yù)先放置的優(yōu)質(zhì)糧。運(yùn)輸車(chē)輛大到14.0 m長(zhǎng)、4.0 m深，小至2.0 m長(zhǎng)、0.5 m深，若想囊括所有車(chē)型，扦樣機(jī)必須能根據(jù)車(chē)型改變扦樣范圍。

1 扦樣機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

一些大中型糧食企業(yè)配置的手動(dòng)機(jī)械扦樣機(jī)，由于需要人工參與操作，不能有效防止作弊，只能在一定程度上降低扦樣人員勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)械扦樣機(jī)的結(jié)構(gòu)有門(mén)字形和旋轉(zhuǎn)型。門(mén)字形扦樣機(jī)控制簡(jiǎn)單，扦樣速度快，但占地面積大；單臂旋轉(zhuǎn)式扦樣機(jī)如圖1所示，操作控制復(fù)雜，但基本不受場(chǎng)地限制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，被大多數(shù)糧庫(kù)采用。為此，解決單臂旋轉(zhuǎn)式扦樣機(jī)的自動(dòng)控制具有重要意義。

2 扦樣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 單臂旋轉(zhuǎn)式扦樣機(jī)存在的問(wèn)題

單臂旋轉(zhuǎn)式扦樣機(jī)一般用電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行，動(dòng)作可分為升降、旋轉(zhuǎn)、進(jìn)退、扦樣、吸糧5種。多數(shù)扦樣機(jī)沒(méi)有升降動(dòng)作，升降只是為了扦樣桿長(zhǎng)度適應(yīng)大小不同車(chē)型而增加的控制動(dòng)作。自動(dòng)控制時(shí)必須解決極限位置、運(yùn)動(dòng)距離的信號(hào)檢測(cè)問(wèn)題，需要的輸入/輸出端口較多，布線困難。

3.2 扦樣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以單片機(jī)作為橋梁，通過(guò)編程解決控制問(wèn)題，與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊采用無(wú)線傳輸方式，布線簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，能降低成本，便于推廣。因此，采用計(jì)算機(jī)遙控測(cè)控系統(tǒng)，間接控制執(zhí)行繼電器的方案。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（不包括手持遙控操作器）組成如圖2所示。

3 扦樣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作過(guò)程

該控制器適用于單臂旋轉(zhuǎn)的扦樣機(jī)，除包含原有手動(dòng)扦樣功能外，還能夠自動(dòng)控制扦樣機(jī)的升降、旋轉(zhuǎn)，以及扦樣桿的移動(dòng)及吸糧，并按設(shè)定參數(shù)隨機(jī)自動(dòng)分組扦樣，電路組成如圖3所示。

系統(tǒng)中，單片機(jī)U1采用STC 89C58RD+或IAP15F2K61S2，短路塊S11、S12用于2種單片機(jī)選擇，以保證產(chǎn)品兼容性。輸入口線為IN01～I(xiàn)N16，輸出口線為O01～O14，與下一級(jí)的光電隔離輸入/輸出連接。74LS245緩沖驅(qū)動(dòng)可增加驅(qū)動(dòng)能力及防止長(zhǎng)線傳輸影響。

3.1 工作原理

系統(tǒng)采用STC89C58RD+單片機(jī)形式。為保證運(yùn)行可靠，單片機(jī)系統(tǒng)配備獨(dú)立電源，輸入/輸出部分均采用光電隔離。

設(shè)置6個(gè)極限位置信號(hào)，作為動(dòng)作的原點(diǎn)，在3個(gè)動(dòng)作方向的電機(jī)軸部各安裝一個(gè)測(cè)量圓盤(pán)，圓盤(pán)四周均勻打孔，通過(guò)對(duì)圓盤(pán)孔計(jì)數(shù)，即可運(yùn)算出行進(jìn)距離。使用低溫電子開(kāi)關(guān)作為信號(hào)檢測(cè)元件，具有無(wú)觸點(diǎn)、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、防塵防水、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)大中小等不同車(chē)型，每種車(chē)型設(shè)計(jì)20組以上扦樣數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)包含的扦樣點(diǎn)數(shù)為：大型車(chē)10～13點(diǎn)；中型車(chē)5～9點(diǎn)；小型車(chē)3～5點(diǎn)。事先將這些數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)中。實(shí)際扦樣時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的車(chē)型隨機(jī)產(chǎn)生一組扦樣數(shù)據(jù)，無(wú)線傳入單片機(jī)中，控制扦樣。數(shù)據(jù)格式一般為：開(kāi)始-地址-命令-數(shù)據(jù)1 -- 開(kāi)始-地址-命令-數(shù)據(jù)2 --......開(kāi)始-地址-命令-數(shù)據(jù)n -- 結(jié)束。

3.2 工作過(guò)程

在上位機(jī)中安裝無(wú)線RS485收發(fā)器及扦樣軟件，輸入車(chē)型數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令及隨機(jī)扦樣數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線RS485傳送給各單片，扦樣程序框圖如圖4所示。單片機(jī)首先判斷是否本機(jī)地址（各扦樣小車(chē)均具有獨(dú)立地址，便于多車(chē)同時(shí)扦樣），若是，則按接收位移數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)，到達(dá)設(shè)定位置后啟動(dòng)吸糧扦樣，依次完成各點(diǎn)扦樣，并將動(dòng)作完成信息上傳至上位機(jī)。扦樣程序見(jiàn)圖4。

4 扦樣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)接線安裝方式

4.1 接線安裝方式

控制器具有3組接線端子，分別為電源端、輸入（限位信號(hào)+運(yùn)動(dòng)量檢測(cè)）端、輸出控制端。輸入、輸出端均通過(guò)光耦隔離，以增強(qiáng)抗干擾能力，使設(shè)備可靠工作。

電源端接三相交流電源及地線。信號(hào)端有6個(gè)限位端及3個(gè)位移量測(cè)量計(jì)數(shù)端，每組接線端子順序?yàn)椋旱蛪褐绷麟娫凑㈦娫簇?fù)、輸出。輸出控制端有6個(gè)用于連接3個(gè)方向的正反向運(yùn)動(dòng)繼電器的控制線圈，3組繼電器的線圈均與相對(duì)應(yīng)繼電器常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，防止動(dòng)作沖突。

4.2 性能特點(diǎn)

為使系統(tǒng)更具通用型性，采用無(wú)線RS485與上位機(jī)通訊。上位機(jī)軟件界面直觀、操作簡(jiǎn)單方便。系統(tǒng)采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，以C/S兩層結(jié)構(gòu)作為軟件體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)數(shù)據(jù)。使用C#高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言運(yùn)行于.NET Framework上。客戶端適應(yīng)在WINDOWS98//2000/XP系統(tǒng)上運(yùn)行，便于檢斤、結(jié)算、封閉化驗(yàn)及其他后續(xù)開(kāi)發(fā)。扦樣數(shù)據(jù)根據(jù)車(chē)型隨機(jī)產(chǎn)生，減少人工干預(yù)程度。控制在三維坐標(biāo)（θ，r，y）內(nèi)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)范圍±90°，扦樣無(wú)死角，樣品代表性強(qiáng)。可擴(kuò)充性，最多可同時(shí)控制扦樣臂上3個(gè)獨(dú)立的扦樣器同時(shí)扦樣，提高扦樣速度。

5 結(jié)語(yǔ)

該控制器基于單片機(jī)STC89C58RD+，采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，提高工作效率，具有較高性價(jià)比，對(duì)保證農(nóng)戶與企業(yè)間的公平交易具有重要意義，應(yīng)廣泛推廣應(yīng)用。