基于農(nóng)田溫室的自動(dòng)種苗裝置

吳震 張方圓 張麗娟 張慶榮

【摘? ?要】 在現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，存在人工生產(chǎn)效率低，在當(dāng)下農(nóng)村勞動(dòng)力逐漸減少的現(xiàn)象下，人工成本不斷上升，這種完全依靠人力的生產(chǎn)方式急需解決。而種苗的過(guò)程又是相當(dāng)耗時(shí)耗力的一個(gè)種植環(huán)節(jié)。把原本完全依賴(lài)人工種植的方式改為機(jī)器自動(dòng)種植，在這個(gè)人工成本不斷上升且對(duì)生產(chǎn)效率要求越來(lái)越高的社會(huì)，很大程度上釋放了農(nóng)村勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)推向更高的機(jī)械自動(dòng)化。

【關(guān)鍵詞】 自動(dòng);精準(zhǔn);微控制器

農(nóng)民在田間頂著烈日炎炎的太陽(yáng)辛苦勞作，同時(shí)勞作產(chǎn)出率較低，如果想要提高產(chǎn)出率唯一的方法就是增加勞動(dòng)人員數(shù)量，這樣的話就增加了勞動(dòng)力和種植成本。為了減輕農(nóng)民的勞動(dòng)力強(qiáng)度降低種植成本，提高生產(chǎn)效率增加農(nóng)民收入，使本該幾個(gè)人合作完成的勞動(dòng)工作，簡(jiǎn)化到只需一部自動(dòng)種苗裝置就能完成整個(gè)種苗過(guò)程，并且種植效率明顯提高。

自動(dòng)種苗裝置，彌補(bǔ)了之前一些對(duì)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化種植創(chuàng)新和改進(jìn)反面的不足，對(duì)之前人工種苗時(shí)控制苗間距及疏密程度不精確進(jìn)行了大幅度的改善，而且種苗機(jī)利用編碼器控制驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)精確控制苗間距，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同幼苗所需不同種植間距的可調(diào)可控。在提升種植的質(zhì)量的同時(shí)，大大減少了勞動(dòng)力強(qiáng)度。

1? 使用方法

該產(chǎn)品使用方法很簡(jiǎn)單，在幼苗存儲(chǔ)部位放入足夠量的幼苗，將機(jī)器放入田間打開(kāi)總開(kāi)關(guān)，然后再打開(kāi)微控制器開(kāi)關(guān)待報(bào)警提醒，接著打開(kāi)行走安全開(kāi)關(guān)，此時(shí)整個(gè)機(jī)器開(kāi)始運(yùn)作，等幼苗用完或種植完成后，先關(guān)閉行走安全開(kāi)關(guān)，在關(guān)閉微控制器，最后關(guān)閉總開(kāi)關(guān)。操作方便。

2? ?性能

本設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿減速電機(jī)，帶有編碼器的直流減速電機(jī)，與光電傳感器相配合，在微控制器的運(yùn)算處理后，發(fā)出指令，利用電機(jī)調(diào)配傳送帶運(yùn)苗速度、導(dǎo)向筒電機(jī)速度、驅(qū)動(dòng)輪行走電機(jī)速度，使種苗的整個(gè)過(guò)程得以精確完成。自動(dòng)種苗機(jī)利用stc15f2k60s2為核心的單片機(jī)系統(tǒng)作為控制單元，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，種植速度可達(dá)到一小時(shí)2000顆。

3? 機(jī)械結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)種苗功能，需要對(duì)機(jī)械的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、制作的簡(jiǎn)便性進(jìn)行綜合考慮。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用強(qiáng)度較高的4號(hào)等邊角鋼為框架，由軸承和車(chē)輪組合來(lái)支撐整體結(jié)構(gòu)，傳送帶、滾輪和電機(jī)組合實(shí)現(xiàn)種苗的合理分配并運(yùn)送給導(dǎo)向筒，在導(dǎo)向筒固定上齒條，利用蝸輪蝸桿自鎖電機(jī)控制齒輪帶動(dòng)齒條從而實(shí)現(xiàn)種苗功能。供苗部分，裝置采取兩個(gè)傳送帶配合兩個(gè)光電傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供苗。種苗部分把齒條固定在導(dǎo)向筒上，利用蝸輪蝸桿自鎖電機(jī)帶動(dòng)齒輪從而帶動(dòng)齒條，使導(dǎo)向筒進(jìn)行上下移動(dòng)，導(dǎo)向筒下端固定一個(gè)三爪擴(kuò)張器，用帶編碼器的直流減速電機(jī)來(lái)精確的控制杠桿間接性的帶動(dòng)擴(kuò)張器開(kāi)合，實(shí)現(xiàn)種苗功能，并且苗間距可調(diào)，以適應(yīng)不同種類(lèi)的幼苗，苗間距誤差在1cm以?xún)?nèi)，種苗深度由行程開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)，其精準(zhǔn)度較高，提高了種苗的質(zhì)量，避免了人工種植所帶來(lái)的弊端，提高了種苗的成活率。本設(shè)計(jì)具有可調(diào)苗間距，適用于各種不同的幼苗，可以通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的啟動(dòng)與停止，以便于人工操作。

4? 電控單元

如果要實(shí)現(xiàn)以上功能，需要在電子元件及相關(guān)傳感器的配合下來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且在使用電控單元后，其機(jī)械結(jié)構(gòu)部分可以大大簡(jiǎn)化。在使用了集成電路控制電源后其更大的益處是：若想更改或擴(kuò)充其它功能，均可通過(guò)對(duì)軟件部分的修改來(lái)擴(kuò)充實(shí)現(xiàn)其功能。所以，我們采用模塊化的單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)運(yùn)算處理相應(yīng)功能

硬件部分，整車(chē)動(dòng)力來(lái)源是有一個(gè)12V的鉛蓄電池來(lái)提供，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器?？刂茊卧獮閱纹瑱C(jī)，其IO口焊接了光耦隔離驅(qū)動(dòng)繼電器，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)電和弱電的分離，以此來(lái)保護(hù)微控制器及其相關(guān)芯片，同時(shí)也起著控制前驅(qū)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止。渦輪渦桿減速電機(jī)在單片機(jī)準(zhǔn)確控制下利用三極管驅(qū)動(dòng)三個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的停止、運(yùn)轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。由一個(gè)帶有編碼器的直流減速電機(jī)精確控制角度，從而控制爪子的精確張開(kāi)與合并。

1號(hào)減速電機(jī)帶動(dòng)1號(hào)傳送帶向前運(yùn)動(dòng)把2號(hào)傳送帶上的苗運(yùn)送到2號(hào)傳送帶上，1號(hào)光電傳感器覺(jué)察到苗被運(yùn)送到2號(hào)傳送帶的指定位置后，1號(hào)減速電機(jī)帶動(dòng)1號(hào)傳送帶停止工作，由2號(hào)減速電機(jī)帶動(dòng)2號(hào)傳送帶逐個(gè)運(yùn)送到種苗器，實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)出種苗器是由光電開(kāi)關(guān)2實(shí)現(xiàn)。當(dāng)苗進(jìn)出種苗器后再由蝸輪蝸桿直流減速電機(jī)帶齒輪齒條上下移動(dòng)，使種苗器扎入土中和升出土中。種苗器爪的張開(kāi)和閉合由帶有編碼器的直流減速電機(jī)控制。

5? 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的基于農(nóng)田溫室的自動(dòng)種苗裝置，由于農(nóng)村自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備落后，人工種苗耗費(fèi)大量人力，且人為種植苗間距誤差過(guò)大，因此自動(dòng)種苗機(jī)將會(huì)成為國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械化市場(chǎng)的一個(gè)必要的設(shè)備，使用傳感器與單片機(jī)相結(jié)合精確控制種植過(guò)程以及苗間距，節(jié)省人力，提高工作效率，具有很好的實(shí)用價(jià)值和推廣應(yīng)用前景。

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