基于農(nóng)田溫室的自動種苗裝置

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，在當下農(nóng)村勞動力逐漸減少的現(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。而種苗的過程又是相當耗時耗力的一個種植環(huán)節(jié)。把原本完全依賴人工種植的方式改為機器自動種植，在這個人工成本不斷上升且對生產(chǎn)效率要求越來越高的社會，很大程度上釋放了農(nóng)村勞動力，提高了生產(chǎn)效率，把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)推向更高的機械自動化。

【關(guān)鍵詞】 自動;精準;微控制器

農(nóng)民在田間頂著烈日炎炎的太陽辛苦勞作，同時勞作產(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人員數(shù)量，這樣的話就增加了勞動力和種植成本。為了減輕農(nóng)民的勞動力強度降低種植成本，提高生產(chǎn)效率增加農(nóng)民收入，使本該幾個人合作完成的勞動工作，簡化到只需一部自動種苗裝置就能完成整個種苗過程，并且種植效率明顯提高。

自動種苗裝置，彌補了之前一些對農(nóng)業(yè)自動化種植創(chuàng)新和改進反面的不足，對之前人工種苗時控制苗間距及疏密程度不精確進行了大幅度的改善，而且種苗機利用編碼器控制驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角度來精確控制苗間距，同時也實現(xiàn)了對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，大大減少了勞動力強度。

1? 使用方法

該產(chǎn)品使用方法很簡單，在幼苗存儲部位放入足夠量的幼苗，將機器放入田間打開總開關(guān)，然后再打開微控制器開關(guān)待報警提醒，接著打開行走安全開關(guān)，此時整個機器開始運作，等幼苗用完或種植完成后，先關(guān)閉行走安全開關(guān)，在關(guān)閉微控制器，最后關(guān)閉總開關(guān)。操作方便。

2? ?性能

本設(shè)計采用蝸輪蝸桿減速電機，帶有編碼器的直流減速電機，與光電傳感器相配合，在微控制器的運算處理后，發(fā)出指令，利用電機調(diào)配傳送帶運苗速度、導(dǎo)向筒電機速度、驅(qū)動輪行走電機速度，使種苗的整個過程得以精確完成。自動種苗機利用stc15f2k60s2為核心的單片機系統(tǒng)作為控制單元，操作簡單，實用性強，種植速度可達到一小時2000顆。

3? 機械結(jié)構(gòu)

實現(xiàn)種苗功能，需要對機械的強度、結(jié)構(gòu)、制作的簡便性進行綜合考慮。機械結(jié)構(gòu)部分采用強度較高的4號等邊角鋼為框架，由軸承和車輪組合來支撐整體結(jié)構(gòu)，傳送帶、滾輪和電機組合實現(xiàn)種苗的合理分配并運送給導(dǎo)向筒，在導(dǎo)向筒固定上齒條，利用蝸輪蝸桿自鎖電機控制齒輪帶動齒條從而實現(xiàn)種苗功能。供苗部分，裝置采取兩個傳送帶配合兩個光電傳感器實現(xiàn)自動供苗。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帶動齒輪從而帶動齒條，使導(dǎo)向筒進行上下移動，導(dǎo)向筒下端固定一個三爪擴張器，用帶編碼器的直流減速電機來精確的控制杠桿間接性的帶動擴張器開合，實現(xiàn)種苗功能，并且苗間距可調(diào)，以適應(yīng)不同種類的幼苗，苗間距誤差在1cm以內(nèi)，種苗深度由行程開關(guān)控制實現(xiàn)，其精準度較高，提高了種苗的質(zhì)量，避免了人工種植所帶來的弊端，提高了種苗的成活率。本設(shè)計具有可調(diào)苗間距，適用于各種不同的幼苗，可以通過按鍵來實現(xiàn)對機器的啟動與停止，以便于人工操作。

4? 電控單元

如果要實現(xiàn)以上功能，需要在電子元件及相關(guān)傳感器的配合下來實現(xiàn)，并且在使用電控單元后，其機械結(jié)構(gòu)部分可以大大簡化。在使用了集成電路控制電源后其更大的益處是：若想更改或擴充其它功能，均可通過對軟件部分的修改來擴充實現(xiàn)其功能。所以，我們采用模塊化的單片機系統(tǒng)來運算處理相應(yīng)功能

硬件部分，整車動力來源是有一個12V的鉛蓄電池來提供，直流電機驅(qū)動器。控制單元為單片機，其IO口焊接了光耦隔離驅(qū)動繼電器，實現(xiàn)了強電和弱電的分離，以此來保護微控制器及其相關(guān)芯片，同時也起著控制前驅(qū)電機的運轉(zhuǎn)與停止。渦輪渦桿減速電機在單片機準確控制下利用三極管驅(qū)動三個繼電器實現(xiàn)控制電機的停止、運轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。由一個帶有編碼器的直流減速電機精確控制角度，從而控制爪子的精確張開與合并。

1號減速電機帶動1號傳送帶向前運動把2號傳送帶上的苗運送到2號傳送帶上，1號光電傳感器覺察到苗被運送到2號傳送帶的指定位置后，1號減速電機帶動1號傳送帶停止工作，由2號減速電機帶動2號傳送帶逐個運送到種苗器，實現(xiàn)逐個進出種苗器是由光電開關(guān)2實現(xiàn)。當苗進出種苗器后再由蝸輪蝸桿直流減速電機帶齒輪齒條上下移動，使種苗器扎入土中和升出土中。種苗器爪的張開和閉合由帶有編碼器的直流減速電機控制。

5? 結(jié)論

本文設(shè)計的基于農(nóng)田溫室的自動種苗裝置，由于農(nóng)村自動化作業(yè)設(shè)備落后，人工種苗耗費大量人力，且人為種植苗間距誤差過大，因此自動種苗機將會成為國內(nèi)農(nóng)業(yè)機械化市場的一個必要的設(shè)備，使用傳感器與單片機相結(jié)合精確控制種植過程以及苗間距，節(jié)省人力，提高工作效率，具有很好的實用價值和推廣應(yīng)用前景。

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