大蒜濕地自走式覆膜機的研究與設計

劉領濤

【摘 要】針對大蒜濕地自走式覆膜機對覆膜的特殊要求，結合國內外實際情況和常規(guī)技術，對該自走式覆膜機的整體造型、機械結構和控制系統(tǒng)進行研究設計。機械部分實現(xiàn)了對自走式覆膜機整體結構、覆膜輪等主要零部件的分析及設計；控制系統(tǒng)采用ARM單片機作為控制核心，通過直流伺服驅動器驅動伺服電機，同時配備了兩個編碼器實時監(jiān)測覆膜機和地膜釋放的速度，實現(xiàn)了覆膜機行走速度的穩(wěn)定、可調，提高了覆膜的效率和可靠性。

【關鍵詞】自走式；濕地覆膜機；ARM單片機

中圖分類號： TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）24-0019-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.009

【Abstract】According to the special requirements of garlic wetland self-propelled film mulching machine， combined with the actual situation at home and abroad and conventional technology， the overall modeling， mechanical structure and control system of the self-propelled film mulching machine were studied and designed. The mechanical part realizes the analysis and design of the integral structure of the self-propelled Film-covering machine and the main parts such as the Film-covering wheel.The control system uses ARM single chip microcomputer as the control core， and drives the servo motor by DC servo driver.At the same time， it is equipped with two encoders to monitor the speed of film mulching machine and film release in real time.The running speed of film mulching machine is stable and adjustable， and the efficiency and reliability of film mulching are improved.

【Key words】Self propelled；Wetland laminating machine；ARM single chip microcomputer

0 引言

為了使大蒜在種植后發(fā)芽效率更高、后期生長的更快、減少雜草的大量生長、在北方更好的越冬，我國種植大蒜的地域絕大部分都對大蒜進行濕地覆膜。覆膜的最佳時機是在剛剛種上大蒜且進行了第一次灌水后。傳統(tǒng)的覆膜方法目前有兩種，一種是人工用切板進行覆膜，這種方法效率低下且質量千差萬別、與人工覆膜技術密切相關；另一種覆膜方法是半自動覆膜，利用手推車，但是需要人踩在剛剛覆了膜的濕地上，這樣很容易對剛剛鋪上的地膜造成破壞，同時會影響大蒜的出芽率?；谀壳暗倪@兩種覆膜方法的缺點，本文利用直流伺服電機做動力、以ARM單片機為控制系統(tǒng)的核心，研究并設計了一款結構緊湊、經濟性好、效率高、全自動、濕地自走式覆膜機。

1 覆膜機整體結構的研究與設計

覆膜機整體結構由車架、懸架、地膜支撐桿、車輪、直流伺服電機、編碼器、蓄電池及電控箱等部分組成，機器整體結構如圖1所示。車軸1的一端各裝設一個編碼器，地膜支撐桿的一端裝設一個編碼器，這兩個編碼器分別采集覆膜機的行走速度信號和地膜旋轉的速度信號，兩個速度信號經過比對后若在允許范圍內，則覆膜機可在接收到啟動信號后在直流伺服電機的驅動下行駛工作。蓄電池及電源控制箱安裝在車架的正中心靠后10CM的位置，這樣可以保障覆膜機在工作中保持穩(wěn)定、平衡。懸架5可以根據(jù)所覆膜土地地勢的傾斜度進行角度調節(jié)（如A向視圖所示），角度調節(jié)范圍在±10°范圍。

2 覆膜機車輪的研究與設計

覆膜機車輪由壓膜輪轂、切地膜輪沿兩部分組成，如圖2所示。為了保障覆膜機在壓地膜過程中不切坡地膜，切地膜輪沿采用尼龍材料制成，并由切地輪沿的中心部位間隔60—80S噴射水霧在輪沿和地膜之間，這樣解決了輪沿和地膜偶爾粘結的問題，具體時間可以根據(jù)實際土地的濕潤狀態(tài)進行選擇。壓膜輪轂采用不銹鋼材料制成，防止在使用過程中因生銹導致機器運轉不穩(wěn)定的現(xiàn)象。經過試驗驗證，整個覆膜機車輪的重量控制在1.3Kg-1.5Kg之間為宜。

3 電控系統(tǒng)硬件研究與設計

3.1 電控系統(tǒng)的整體硬件設計

系統(tǒng)設計重點為主控板和紅外線發(fā)射及接收器，電控系統(tǒng)的整體硬件設計如圖3所示。主控板以 ARM7 S3C44B0X為控制核心，實現(xiàn)對系統(tǒng)各部分的綜合控制。紅外線接收模塊包括光電轉換放大器和解調電路，紅外線發(fā)射器采用脈沖寬度調制方案，將指令數(shù)據(jù)通過載波信號進行調制，信號傳輸穩(wěn)定 ，能夠滿足本系統(tǒng)設計需求。

S3C44B0X為三星公司推出的16/32位ARM7處理器，通過提供全面的、通用的片上外設，S3C44B0X大大減少了系統(tǒng)中除處理器以外的元器件配置，從而大大降低系統(tǒng)的成本。電源系統(tǒng)采用可以充電的蓄電池進行供電，系統(tǒng)主控板采用核心板+底板設計方式，核心板為S3C44B0X最小工作系統(tǒng)，方便后期系統(tǒng)移植與擴展。底板設計根據(jù)大蒜濕地覆膜機控制的實際需求對 S3C44B0X 進行硬件擴展。

3.2 紅外發(fā)射器設計

由于指令數(shù)據(jù)時間周期較長，信號頻率很低，直接發(fā)射傳送效率和距離受限，抗干擾性差，因此，必須采用二次調制方式，將指令數(shù)據(jù)通過載波信號進行調制，形成較高頻率的復合信號，在通過紅外發(fā)射二極管產生紅外線發(fā)射出去。

紅外編碼有很多種方式，本設計采用脈沖寬度調制方案，如圖4所示。這種遙控碼具有以下特征：以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。 紅外遙控發(fā)射原理如圖所示。

3.3 紅外線接收端設計

接收端主要包括紅外接收模塊和解調單片機，如圖5所示。其中，紅外線接收模塊包括光電轉換放大器和解調電路。當紅外線發(fā)射信號進入模塊后，在其輸出端得到原先的數(shù)字控制編碼，再經過單片機解碼程序進行解碼，便知按下那個鍵，實現(xiàn)相應輸出。輸出口1連接蜂鳴器系統(tǒng)，每成功接收到信號，蜂鳴器發(fā)出一聲響聲。

4 電控系統(tǒng)軟件設計

軟件設計是在ADS1.2的集成開發(fā)環(huán)境下采用 C 語言編寫的，可以在Windows系統(tǒng)下運行，主控系統(tǒng)流程圖如圖6所示。整個系統(tǒng)的軟件主要分以下幾部分：主控制程序、LCD程序、鍵盤限位指示燈掃描程序、脈沖發(fā)生程序、高速計數(shù)程序、485通訊程序、看門狗和 RTC程序等。系統(tǒng)主控制程序完成系統(tǒng)（硬件和軟件）的初始化、輸入口掃描、輸出口控制、485通訊和中斷服務程序。485通訊程序完成包括伺服驅動器起?？刂瞥绦颍娏?、扭矩信息反饋程序等。與直流伺服驅動器使用MODBUS協(xié)議進行通訊，可以進行驅動器的控制輸入、運轉狀態(tài)的監(jiān)控、參數(shù)設定值的讀取/寫入等。RTC利用32.768kHz的外部晶振提供時鐘源，備用電源供電，使用時只要正確設置 RTC的各個寄存器即可，程序包括SetTime（）、SetDay（）、Set Week（）3個設置函數(shù)。

5 結語

本文設計了以三星公司ARM7芯片S3C44B0X為控制核心，利用直流伺服電機作為動力源，并設計了相應的軟件系統(tǒng)，研究設計了經濟性好、效率高、全自動、濕地自走式覆膜機。實現(xiàn)了0～2m/s的行駛速度可調，并設計了前進啟動、后退啟動、停止、緊急停車、輪沿霧水等功能，能夠滿足大蒜濕地覆膜的使用要求。本設計對于提高國產大蒜濕地覆膜機的技術水平，減輕蒜農（工作人員）勞動強度，降低覆膜機制造成本具有一定的意義。經過實踐，基于該設計的大蒜濕地自走式覆膜機具有較強的經濟性、功能性和可靠性，能夠在保證可靠性的同時高效地進行生產作業(yè)。

【參考文獻】

[1]宋宇，陳無畏，黃森仁.車輛懸架多剛體動力學分析及 PID控制研究[J].農業(yè)機械學報，2004，35（1）：4-7.

[2]單片機接口模塊應用與開發(fā)實例詳解，薛小玲，劉志群，賈俊榮，編著.北京航空航天大學出版社.

[3]麥山、皮佑國1基于單片機的協(xié)議紅外遙控系統(tǒng)1電子技術，1998（5）：22-24.