塑料大棚清洗機(jī)同步行走控制系統(tǒng)研究

摘要：隨著塑料大棚技術(shù)的發(fā)展，塑料大棚棚頂灰塵的清理成為了一個(gè)難題，為了不影響塑料大棚內(nèi)作物的光照度，大棚清洗機(jī)隨之衍生。結(jié)合塑料大棚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及塑料大棚清洗機(jī)的行走方式進(jìn)行了研究，采用無刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輪，應(yīng)用無線電遙控技術(shù)，分別控制驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，使大棚清洗機(jī)兩端的輔助行走輪與棚頂行走輪同步前進(jìn)，從而保證了清洗機(jī)在塑料大棚棚頂上正常工作。

關(guān)鍵詞：塑料大棚；清洗機(jī)；無線電遙控；控制

中圖分類號(hào)：S625.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(huán)境的惡化，可持續(xù)發(fā)展成為了人類研究的重要課題。在有限的空間中，應(yīng)用各種高新技術(shù)，通過人工建設(shè)適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。溫室大棚的出現(xiàn)，在一定程度上擺脫了對(duì)自然環(huán)境的依賴，其在農(nóng)業(yè)種植養(yǎng)殖中發(fā)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(píng)價(jià)溫室透光性能的一項(xiàng)基本指標(biāo)。透光率的高低直接影響作物的生長(zhǎng)，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%?；覊m嚴(yán)重污染時(shí)，溫室內(nèi)光照度明顯下降，影響植物的光合作用及其生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益下降[3，4]。在中國(guó)北方寒冷地區(qū)的2～3月的晴天，大棚內(nèi)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(nèi)的溫度和肥料條件再好，但光照條件不好，對(duì)作物的生長(zhǎng)也會(huì)帶來較大影響。寒冷地區(qū)的大棚育苗，適當(dāng)揭開薄膜和清洗薄膜很有必要。有關(guān)果樹和蔬菜育苗試驗(yàn)的調(diào)查資料也表明，當(dāng)光照度為100%時(shí)，其苗的發(fā)育狀態(tài)最好[8，9]。

為了使塑料大棚內(nèi)作物的光照不受棚頂灰塵的影響，有研究者曾設(shè)計(jì)出塑料大棚清洗機(jī)（圖1），利用棚頂行走機(jī)構(gòu)支撐毛刷的轉(zhuǎn)動(dòng)和噴水裝置，該清洗機(jī)重量輕，能達(dá)到清洗的效果，操作者只能在大棚一側(cè)天溝行走控制清洗機(jī)的工作，觀察不到另一側(cè)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(yùn)行。筆者對(duì)該清洗機(jī)進(jìn)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(nèi)操作，可以很好地觀察清洗機(jī)的行走與清洗情況，當(dāng)出現(xiàn)行走輪不同步時(shí)，通過遙控器上的按鈕以修正清洗機(jī)的走偏問題。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)需求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括遙控器、無線傳輸模塊、單片機(jī)、功放電路和行走電機(jī)。

1.2 工作原理

該系統(tǒng)主要分為控制端和執(zhí)行端，通過觀察清洗機(jī)在大棚的行走情況，操作遙控器上的按鈕，將信號(hào)通過無線傳輸模塊傳送到單片機(jī)（CPU），單片機(jī)根據(jù)遙控器的信號(hào)做出判斷，將處理后的信號(hào)通過功放電路傳送給執(zhí)行電機(jī)，從而調(diào)節(jié)行走輪的速度，使行走機(jī)構(gòu)達(dá)到同步前進(jìn)。

2 硬件系統(tǒng)

2.1 無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)

為使大棚清洗機(jī)能夠靈活工作，工作過程中需要改變其運(yùn)動(dòng)速度和方向，因此需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速和換向控制。采用線性調(diào)速性能良好、效率較高、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)異的直流電機(jī)，直流電機(jī)是調(diào)速控制電機(jī)的最優(yōu)選擇[10-12]。

采用4臺(tái)12 V的無刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輪。根據(jù)輸入的信號(hào)，通過控制芯片進(jìn)行解算得出4個(gè)驅(qū)動(dòng)輪各自的運(yùn)行速度，進(jìn)而對(duì)4臺(tái)無刷直流電機(jī)進(jìn)行控制[13]，如圖3所示。

2.2 無線電遙控控制系統(tǒng)

采用業(yè)余頻段，載波頻率為40 MHz，傳送距離遠(yuǎn)，穿透能力強(qiáng)，分為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。發(fā)射機(jī)采用遙控模塊，可以和應(yīng)用電路無縫連接，體積小；接收機(jī)采用超外差接收方式，接收器穩(wěn)定、坑干擾能力強(qiáng)，靈敏度高[14，15]。

遙控器的工作原理如圖4所示，發(fā)射機(jī)由操作按鍵、編碼電路和發(fā)射模塊組成，當(dāng)遙控器按下按鍵時(shí)，編碼電路把信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)與數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過發(fā)射模塊發(fā)射出去；接收機(jī)由接收模塊、譯碼電路和單片機(jī)（CPU）組成，接收模塊收到發(fā)射模塊傳來的信號(hào)，經(jīng)過譯碼電路把信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)送指令到執(zhí)行電機(jī)，完成相應(yīng)的操作。

3 軟件系統(tǒng)

控制器主要保證大棚清洗機(jī)在棚頂行走的同步，當(dāng)其中一端的輔助輪超前或滯后時(shí)，通過遙控器調(diào)節(jié)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到同步。主控系統(tǒng)流程如圖5所示，遙控子程序流程如圖6所示。

當(dāng)控制器開始工作時(shí)，首先把遙控和驅(qū)動(dòng)電機(jī)初始化，啟動(dòng)控制程序并調(diào)用遙控接收子程序，當(dāng)操作者觀察到清洗機(jī)左右兩端的輔助行走輪不同步或者走偏時(shí)，按下相應(yīng)的遙控操作按鈕，發(fā)射子程序發(fā)出電信號(hào)，接收子程序收到相應(yīng)的信號(hào)后做出判斷，單片機(jī)執(zhí)行中斷處理，輔助行走輪執(zhí)行相應(yīng)的操作，從而修正清洗機(jī)走偏問題。

4 結(jié)論

控制系統(tǒng)是針對(duì)塑料大棚清洗機(jī)提出，對(duì)于清洗機(jī)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(jī)的正常運(yùn)行工作，提高了清洗機(jī)的工作效率，為進(jìn)一步優(yōu)化清洗機(jī)的自動(dòng)化提供了基礎(chǔ)。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，智能控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)運(yùn)用越來越廣泛，進(jìn)一步提高了農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與智能化。

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