塑料大棚清洗機同步行走控制系統研究

摘要：隨著塑料大棚技術的發展，塑料大棚棚頂灰塵的清理成為了一個難題，為了不影響塑料大棚內作物的光照度，大棚清洗機隨之衍生。結合塑料大棚的結構特點以及塑料大棚清洗機的行走方式進行了研究，采用無刷直流電機作為驅動輪，應用無線電遙控技術，分別控制驅動輪的轉速，使大棚清洗機兩端的輔助行走輪與棚頂行走輪同步前進，從而保證了清洗機在塑料大棚棚頂上正常工作。

關鍵詞：塑料大棚；清洗機；無線電遙控；控制

中圖分類號：S625.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）12-3193-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.12.049

Abstract： With the development of plastic greenhouses， plastic greenhouses roof dust cleaning has become a problem， in order not to affect the plastic canopy light intensity crops， greenhouse washing machine along with derivatives. In this paper， the structural characteristics of plastic greenhouses and plastic greenhouses walk way washing machines were studied using a brushless DC motor as a driving wheel， the application of radio-controlled technology， control the rotational speed of the drive wheels， so that the two ends of the auxiliary shed washing machine and walk round ceiling walking round abreast， thus ensuring the washing machine to work properly on a plastic greenhouse roof.

Key words： plastic greenhouses； washing machine； radio telecontrol； control

隨著人口的增加、資源的開采與環境的惡化，可持續發展成為了人類研究的重要課題。在有限的空間中，應用各種高新技術，通過人工建設適宜農作物生長的環境，提高農作物的產量。溫室大棚的出現，在一定程度上擺脫了對自然環境的依賴，其在農業種植養殖中發揮著越來越重要的作用[1]。

溫室是采光建筑，因而透光率是評價溫室透光性能的一項基本指標。透光率的高低直接影響作物的生長，透光性棚膜透光率不低于85%[2]。新的塑料薄膜使用2 d后，灰塵污染可使薄膜的透光率降低14.5%，10 d后降低25%，15 d后降低28%。一般情況下，溫室受灰塵污染可使薄膜的透光率降低10%～20%。灰塵嚴重污染時，溫室內光照度明顯下降，影響植物的光合作用及其生長發育，導致作物減產，經濟效益下降[3，4]。在中國北方寒冷地區的2～3月的晴天，大棚內的光照度約等于屋外的62%～72%，日射量為屋外的52%～76%[5-7]。因此，即使大棚內的溫度和肥料條件再好，但光照條件不好，對作物的生長也會帶來較大影響。寒冷地區的大棚育苗，適當揭開薄膜和清洗薄膜很有必要。有關果樹和蔬菜育苗試驗的調查資料也表明，當光照度為100%時，其苗的發育狀態最好[8，9]。

為了使塑料大棚內作物的光照不受棚頂灰塵的影響，有研究者曾設計出塑料大棚清洗機（圖1），利用棚頂行走機構支撐毛刷的轉動和噴水裝置，該清洗機重量輕，能達到清洗的效果，操作者只能在大棚一側天溝行走控制清洗機的工作，觀察不到另一側輔助行走輪的行走情況，不能控制左右輔助行走輪與棚頂行走輪的同步運行。筆者對該清洗機進行研究，可采用無線電遙控解決此問題，采用無線電遙控，操作者只需在塑料大棚內操作，可以很好地觀察清洗機的行走與清洗情況，當出現行走輪不同步時，通過遙控器上的按鈕以修正清洗機的走偏問題。

1 控制系統結構

1.1 系統結構圖

根據設計的結構需求，系統結構如圖2所示，包括遙控器、無線傳輸模塊、單片機、功放電路和行走電機。

1.2 工作原理

該系統主要分為控制端和執行端，通過觀察清洗機在大棚的行走情況，操作遙控器上的按鈕，將信號通過無線傳輸模塊傳送到單片機（CPU），單片機根據遙控器的信號做出判斷，將處理后的信號通過功放電路傳送給執行電機，從而調節行走輪的速度，使行走機構達到同步前進。

2 硬件系統

2.1 無刷直流電機的控制系統

為使大棚清洗機能夠靈活工作，工作過程中需要改變其運動速度和方向，因此需要對驅動電機進行調速和換向控制。采用線性調速性能良好、效率較高、動態性能優異的直流電機，直流電機是調速控制電機的最優選擇[10-12]。

采用4臺12 V的無刷直流電機作為驅動輪。根據輸入的信號，通過控制芯片進行解算得出4個驅動輪各自的運行速度，進而對4臺無刷直流電機進行控制[13]，如圖3所示。

2.2 無線電遙控控制系統

采用業余頻段，載波頻率為40 MHz，傳送距離遠，穿透能力強，分為發射機和接收機。發射機采用遙控模塊，可以和應用電路無縫連接，體積小；接收機采用超外差接收方式，接收器穩定、坑干擾能力強，靈敏度高[14，15]。

遙控器的工作原理如圖4所示，發射機由操作按鍵、編碼電路和發射模塊組成，當遙控器按下按鍵時，編碼電路把信號轉換成相應的電信號與數字信號，經過發射模塊發射出去；接收機由接收模塊、譯碼電路和單片機（CPU）組成，接收模塊收到發射模塊傳來的信號，經過譯碼電路把信號傳送給單片機，單片機發送指令到執行電機，完成相應的操作。

3 軟件系統

控制器主要保證大棚清洗機在棚頂行走的同步，當其中一端的輔助輪超前或滯后時，通過遙控器調節相應的驅動電機的轉速從而達到同步。主控系統流程如圖5所示，遙控子程序流程如圖6所示。

當控制器開始工作時，首先把遙控和驅動電機初始化，啟動控制程序并調用遙控接收子程序，當操作者觀察到清洗機左右兩端的輔助行走輪不同步或者走偏時，按下相應的遙控操作按鈕，發射子程序發出電信號，接收子程序收到相應的信號后做出判斷，單片機執行中斷處理，輔助行走輪執行相應的操作，從而修正清洗機走偏問題。

4 結論

控制系統是針對塑料大棚清洗機提出，對于清洗機輔助輪與棚頂行走輪不同步的情況可以起到很大的作用，以保證清洗機的正常運行工作，提高了清洗機的工作效率，為進一步優化清洗機的自動化提供了基礎。隨著農業現代化的發展，智能控制系統在農業運用越來越廣泛，進一步提高了農業自動化與智能化。

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