3DJY—45型煙苗剪葉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王曄

摘要：3DJY-45型煙苗剪葉機(jī)實(shí)現(xiàn)了剪葉和消毒的自動(dòng)化控制，但是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，無(wú)法迅速報(bào)警并確定故障點(diǎn)，為了保證設(shè)備高效穩(wěn)定的工作，設(shè)計(jì)了基于STC89C52RC單片機(jī)控制的剪葉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)報(bào)警成功率高于95%，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警同時(shí)確定故障點(diǎn)，并將故障點(diǎn)顯示在人機(jī)交互界面，為故障維修提供了依據(jù)，提高了維修效率。

關(guān)鍵詞：剪葉機(jī);STC89C52RC單片機(jī);監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S224.9 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2015）23-6026-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.23.059

Design on Monitoring System of 3DJY-45 Tobacco Leaf-cutting Machine

WANG Ye

（Xuchang University， Xuchang 461000， Henan， China）

Abstract： Automatic leaf-cutting and disinfecting were achieved in the 3DJY-45-tobacco seedlings leaf-cutting machine， however its difficult for the machine to alarm and locate points of fault when failures occurred， so a STC89C52RC-based leaf-cutting monitoring system was designed to make up for the lack of alarming and fault points locating. Results showed that， the alarm success rate of system was above 95%， when the system had the breakdown， the monitoring system could give the sound alarm in time and determine the fault， and then the points of fault will be displayed on the human-machine interaction， which gave basis to maintenance， improved the maintenance efficiency as well.

Key words： leaf-cutting machine; STC89C52RC-MCU;monitoring system

目前漂浮育苗作為工廠(chǎng)化育苗的一種方式，憑借其育苗效率高、能有效預(yù)防幼苗病害、移栽過(guò)程簡(jiǎn)單、返苗速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煙草育苗行業(yè)。為了培育根系健壯的煙苗，在育苗過(guò)程中要適時(shí)對(duì)煙苗進(jìn)行剪葉。

3DJY-45型煙苗剪葉機(jī)主要由剪葉機(jī)構(gòu)和消毒機(jī)構(gòu)組成。剪葉機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)是根據(jù)苗床的大小，調(diào)節(jié)剪葉范圍并選擇剪葉路徑，實(shí)現(xiàn)了苗盤(pán)無(wú)需離開(kāi)苗床的剪葉功能;消毒機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)是控制剪葉過(guò)程中的消毒頻率和消毒量。雖然該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了剪葉和消毒的自動(dòng)化控制，但是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)無(wú)法迅速報(bào)警并確定故障點(diǎn)，例如當(dāng)消毒管堵塞時(shí)，剪葉機(jī)構(gòu)仍能正常工作，但消毒機(jī)構(gòu)無(wú)法對(duì)刀具進(jìn)行消毒，不能有效防止病菌的傳播，影響系統(tǒng)工作的可靠性。為了保證設(shè)備高效穩(wěn)定的工作，設(shè)計(jì)了剪葉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能及時(shí)報(bào)警并確定故障點(diǎn)，將故障點(diǎn)顯示在人機(jī)交互界面上，提高了維修效率。

1 ?3DJY-45型煙苗剪葉機(jī)工作原理

3DJY-45型煙苗剪葉機(jī)整機(jī)由剪葉機(jī)構(gòu)和消毒機(jī)構(gòu)組成（圖1），剪葉機(jī)構(gòu)中370 W單相異步電機(jī)用來(lái)控制剪葉刀具，3臺(tái)60 W步進(jìn)電機(jī)分別用來(lái)控制藥箱噴藥量和剪葉器橫向和縱向移動(dòng)。應(yīng)用時(shí)首先根據(jù)苗床大小調(diào)整左右支架，讓其橫跨苗床兩端，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置剪葉器高度和消毒模式，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，剪葉器橫向控制電機(jī)帶動(dòng)剪葉器和藥泵從左到右橫向移動(dòng)，運(yùn)行至右邊的行程開(kāi)關(guān)，控制器接收到開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制橫向電機(jī)停止運(yùn)行，縱向控制電機(jī)帶動(dòng)剪葉器縱向行走一個(gè)剪葉器的距離，此時(shí)剪葉器橫向控制電機(jī)反向運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了剪葉、消毒、識(shí)別剪葉路徑的功能[1]。

2 ?3DJY-45型煙苗剪葉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

剪葉機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)主要由信號(hào)采集部分、微處理器部分和顯示部分構(gòu)成，它能完成監(jiān)測(cè)消毒液液位高低，消毒管?chē)婎^是否堵塞，剪葉機(jī)橫向、縱向運(yùn)行情況及設(shè)備電源電壓量。

2.1 ?信號(hào)采集系統(tǒng)

剪葉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，信號(hào)的采集是保證系統(tǒng)及時(shí)監(jiān)測(cè)到故障部位的重要環(huán)節(jié)，因此傳感器的選擇非常重要。系統(tǒng)所用傳感器分別為監(jiān)測(cè)消毒液液位高低的液位傳感器、監(jiān)測(cè)消毒管是否堵塞的流量傳感器和監(jiān)測(cè)剪葉機(jī)運(yùn)行情況的轉(zhuǎn)速傳感器[2]（圖2）。

消毒系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)包括藥箱中是否有藥和消毒噴頭是否堵塞。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先將液位監(jiān)測(cè)器放入藥箱，監(jiān)測(cè)器帶有3個(gè)電子納米探頭，分別監(jiān)測(cè)藥箱中藥液的最高液位和最低液位;此外將無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)器，使系統(tǒng)穩(wěn)定且易于控制。其次是在噴藥管道中安裝流量傳感器，藥泵正常工作且消毒管道沒(méi)有堵塞時(shí)，流量傳感器輸出正常的脈沖信號(hào)。當(dāng)藥液低于監(jiān)測(cè)器最低液位探頭或噴藥管道有堵塞時(shí)系統(tǒng)發(fā)出聲音報(bào)警，并將故障信息顯示在人機(jī)界面上，同時(shí)切斷剪葉器電源，操作人員排除故障后重新啟動(dòng)設(shè)備。

行走系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)包括控制橫縱向位移的步進(jìn)電機(jī)的監(jiān)測(cè)和驅(qū)動(dòng)部分的監(jiān)測(cè)，本研究選用K38系列增量型編碼器，監(jiān)測(cè)行走系統(tǒng)的速度狀況[3]。K38有5根電纜，工作電壓5 V。

數(shù)據(jù)采集電路利用D觸發(fā)器的反轉(zhuǎn)特性來(lái)識(shí)別編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，電路如圖3所示。譯碼器輸出信號(hào)A2、B2波形經(jīng)D觸發(fā)器比較，若A通道信號(hào)超前B通道信號(hào)90°則輸出Q為1，此時(shí)編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn);相反D觸發(fā)器輸出Q為0，編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

由于縱向和橫向進(jìn)給裝置比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)需要控制的點(diǎn)比較多，因此當(dāng)進(jìn)給裝置發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)能及時(shí)報(bào)警，但并不能精確地顯示故障點(diǎn)，為此在驅(qū)動(dòng)板控制電路中安裝了工作指示燈，若系統(tǒng)進(jìn)給裝置出現(xiàn)故障，可以根據(jù)控制電路中的指示燈做出正確的判斷[4]。

2.2 ?單片機(jī)最小系統(tǒng)

由于剪葉機(jī)在培育煙苗的溫室大棚中工作，環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，外界干擾因素少。綜合考慮單片機(jī)的性能價(jià)位等因素，本系統(tǒng)選擇了低功耗、高速率、低價(jià)位的STC89C52RC型單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心部件。該單片機(jī)不僅要控制設(shè)備的正常運(yùn)行，還要完成系統(tǒng)的工況監(jiān)測(cè)任務(wù)。在監(jiān)測(cè)工況時(shí)，其時(shí)鐘電路選用內(nèi)部時(shí)鐘，電源電路需將電瓶的12 V電壓轉(zhuǎn)換為5 V的電壓給單片機(jī)供電，綜上所述本系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖4所示。

2.3 ?聲音報(bào)警及人機(jī)界面

剪葉機(jī)工作過(guò)程中，若出現(xiàn)藥箱缺藥或噴頭堵塞等故障時(shí)，聲音報(bào)警電路在單片機(jī)驅(qū)動(dòng)下發(fā)出聲音，提醒操作人員及時(shí)排除故障[5]。由于本系統(tǒng)采用的STC89C52RC型單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力較小，在電路中增加了LM386小功率放大器，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警功能，如圖5所示。為了保證系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的故障能清晰地顯示在屏幕上，該系統(tǒng)選用LMC12232液晶模塊顯示數(shù)據(jù)，該模塊與單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)八行數(shù)據(jù)顯示[6]。電路如圖6所示。

3 ?試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本次系統(tǒng)性能測(cè)試在河南省許昌煙草分公司煙田育苗棚中進(jìn)行，采用2號(hào)3DJY-45型煙苗剪葉機(jī)。試驗(yàn)采取了兩種方式來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性，一是對(duì)系統(tǒng)預(yù)設(shè)若干故障，檢查檢測(cè)系統(tǒng)是否能及時(shí)報(bào)警并顯示故障點(diǎn)，二是通過(guò)對(duì)連續(xù)工作6 h出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行記錄、核對(duì)，檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性。具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，本系統(tǒng)性能測(cè)試的第二種方式的試驗(yàn)結(jié)果為在剪葉機(jī)連續(xù)工作6.47 h的情況下報(bào)警2次，無(wú)系統(tǒng)誤報(bào)，系統(tǒng)故障檢測(cè)成功率為100%。

4 ?小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，報(bào)警成功率高于95%，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。但是系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電路較為復(fù)雜，發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)雖能及時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警，個(gè)別故障點(diǎn)顯示器卻無(wú)法及時(shí)顯示，需要工作者具有較熟練的操作經(jīng)驗(yàn)并能逐一排查故障。

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