智能糧食扦樣機(jī)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

裴勇

摘要：針對目前糧食扦樣機(jī)存在的問題，設(shè)計(jì)一種智能糧食扦樣機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由STC51單片機(jī)控制，可為擴(kuò)展其他應(yīng)用程序提供應(yīng)用接口，實(shí)現(xiàn)自動隨機(jī)扦樣，樣品代表性強(qiáng)，人員的參與程度小，工作效率高。

關(guān)鍵詞：糧食扦樣機(jī)；智能；設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)；扦樣點(diǎn)

中圖分類號：TS210.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）05-0052-02

隨著社會的發(fā)展及國家農(nóng)業(yè)政策的扶持，一批種糧大戶及合作社逐漸采用集約化、產(chǎn)業(yè)化方式生產(chǎn)糧食，送糧方式由袋裝畜力車向大型機(jī)動車散裝轉(zhuǎn)變，增加了化驗(yàn)抽樣的勞動強(qiáng)度。機(jī)械扦樣機(jī)能夠降低勞動強(qiáng)度、提高效率，但大多采用人工操作，抽樣點(diǎn)不盡合理，也給人工“作弊”提供了可乘之機(jī)。將機(jī)械扦樣機(jī)改造為程控型，使扦樣點(diǎn)布局科學(xué)合理、無死角，隨機(jī)自動扦樣，防止人為干擾，是解決上述問題的有效措施。

1 機(jī)械扦樣機(jī)存在的問題及解決方案

大中型糧食企業(yè)配置的機(jī)械扦樣機(jī)有門字形和旋轉(zhuǎn)型。門字形扦樣機(jī)控制簡單，扦樣速度快，但占地面積大；單臂旋轉(zhuǎn)式扦樣機(jī)操作控制復(fù)雜，但基本不受場地限制，被大多數(shù)糧庫采用。充分利用現(xiàn)有資源，以最簡單、最經(jīng)濟(jì)的方法，通過少量投資實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有糧食扦樣機(jī)的升級改造，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。解決單臂旋轉(zhuǎn)式扦樣機(jī)的自動控制問題，可使上述問題迎刃而解。

1.1 問題分析

單臂旋轉(zhuǎn)式扦樣機(jī)一般采用電機(jī)驅(qū)動執(zhí)行，可劃分為升降、旋轉(zhuǎn)、進(jìn)退、取樣4種動作。多數(shù)扦樣機(jī)沒有升降動作。升降是為了使扦樣桿長度適應(yīng)大小不同車型而增加的控制動作。自動控制時(shí)必須解決極限位置、運(yùn)動距離信號檢測問題，需要的輸入/輸出端口較多，布線非常困難，通過繼電器控制的難度較大。

1.2 解決方案

如果以單片機(jī)作為橋梁，通過編程解決控制問題，與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊采用無線傳輸方式，布線將會非常簡單，容易實(shí)現(xiàn)，更能降低成本。因此，采用計(jì)算機(jī)遙控測控系統(tǒng)間接控制執(zhí)行繼電器的方案。

1.3 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)GB 5491-1985的要求，預(yù)設(shè)每點(diǎn)扦樣的輻射面積為7.50 m2，輻射半徑1.55 m。大型車一般為13.0 m×2.5 m，兩相鄰扦樣點(diǎn)的最近距離控制在2 m之內(nèi)，完全能夠滿足扦樣要求。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)大中小車型的長度，每種車型設(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10～13點(diǎn)、中型車5～9點(diǎn)、小型車3～5點(diǎn)。事先將這些數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)后，實(shí)際扦樣時(shí)計(jì)算機(jī)就會根據(jù)輸入的車型，隨機(jī)產(chǎn)生一組扦樣數(shù)據(jù)，并由無線傳入單片機(jī)中。數(shù)據(jù)格式一般為：開始-地址-命令-數(shù)據(jù)1-地址-命令-數(shù)據(jù)2-...地址-命令-數(shù)據(jù)n-結(jié)束。

1.4 典型扦樣點(diǎn)分布示意圖

升降的目的是適應(yīng)大小不同車型的扦樣高度，以減小扦樣桿的總長度。大型車的一組扦樣點(diǎn)分布如圖1所示。扦樣點(diǎn)至少包含1～2個(gè)車廂角，并盡量使2個(gè)扦樣點(diǎn)位于同一軸射線上，以提高效率。

2 智能糧食扦樣機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程

該控制器適用于單臂旋轉(zhuǎn)的扦樣機(jī)，除包含原有手動扦樣功能外，還能夠自動控制扦樣機(jī)的升降、旋轉(zhuǎn)，以及扦樣桿的移動及吸糧動作，并按設(shè)定的參數(shù)隨機(jī)自動分組扦樣?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)（不包括手持遙控操作器）組成如圖2所示。

2.1 工作原理

系統(tǒng)采用STC89C58RD+單片機(jī)。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，作為動作的原點(diǎn)，在3個(gè)動作方向的電機(jī)軸部各安裝一個(gè)測量圓盤，圓盤四周均勻打孔，通過對圓盤孔計(jì)數(shù)，即可運(yùn)算出行進(jìn)的距離。使用低溫電子開關(guān)作為信號檢測元件，具有無觸點(diǎn)、響應(yīng)快、壽命長、防塵防水、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 工作過程

在上位機(jī)中安裝無線RS485收發(fā)器及扦樣軟件，輸入車型數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令及隨機(jī)扦樣數(shù)據(jù)通過無線RS485傳送給各單片機(jī)；單片機(jī)首先判斷是否本機(jī)地址（各扦樣小車均具有各自獨(dú)立的地址，便于多車同時(shí)扦樣），若是，則按接收的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行移動，到達(dá)設(shè)定位置后啟動吸糧扦樣，依次完成各點(diǎn)扦樣，并將動作完成信息上傳至上位機(jī)。

3 智能糧食扦樣機(jī)控制系統(tǒng)的接線安裝方式

3.1 接線安裝方式

控制器具有3組接線端子，分別為電源端、信號端、輸出控制端，如圖3所示。

電源端接三相交流電源及地線。信號端有6個(gè)限位端及3個(gè)位移量測量計(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。對于輸出控制端，其中6個(gè)用于連接3個(gè)方向的正反向運(yùn)動繼電器控制線圈，3組繼電器的線圈均與相對應(yīng)繼電器的常閉觸點(diǎn)相串聯(lián)，防止動作沖突。

3.2 性能特點(diǎn)

軟件界面直觀、操作簡單方便，系統(tǒng)采用SQL數(shù)據(jù)庫管理系統(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)程訪問數(shù)據(jù)。使用C#高級程序設(shè)計(jì)語言運(yùn)行于.NET Framework之上。客戶端適應(yīng)在WINDOWS98//2000/XP系統(tǒng)上運(yùn)行，便于為檢斤、結(jié)算、封閉化驗(yàn)及其他后續(xù)開發(fā)提供應(yīng)用接口；扦樣數(shù)據(jù)根據(jù)車型隨機(jī)產(chǎn)生，減少了人工干預(yù)程度；能控制在三維坐標(biāo)（θ，r，y）內(nèi)運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)范圍±90 °，扦樣無死角，樣品代表性強(qiáng)；具有可擴(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，大大提高扦樣速度。

4 結(jié)論

該控制器基于單片機(jī)STC89C58RD+采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、滿足要求、工作效率高，具有較高的性價(jià)比，對保證農(nóng)戶與企業(yè)間的公平交易具有重要意義。

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