基于單片機(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置

單 昱，郝傳柱

（山東華宇工學(xué)院，山東德州 253034）

0 引言

草莓種植大多數(shù)是在地壟上載苗，一壟有幾十米甚至幾百米長，人工栽苗必須蹲在或深彎腰站在兩個地壟之間的溝里，存在工作效率低、人工成本高的問題。傳統(tǒng)的育苗中，無論是扦插苗還是播種實(shí)生苗，都存在一些先天不足。因?yàn)槊绱捕啻蔚姆磸?fù)使用，頻繁重茬，導(dǎo)致土壤根結(jié)線蟲危害。播種的實(shí)生苗，由于種子直播田間，后期間苗、分級工序頻繁拔出、移栽，極大影響小苗的存活率?；趩纹瑱C(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置，可以解決人工栽苗工作效率和成活率低的問題，提高草莓的產(chǎn)量。使用基于單片機(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置，可以加快栽苗速度、減少人工的使用、降低成本。

1 研發(fā)背景

目前，國內(nèi)草莓種植主要是采用人工方式或借助一些簡單的機(jī)械，存在工作效率低、人工行走不方便等缺陷。

雖然各種草莓栽苗裝置在不斷改進(jìn)和優(yōu)化，但并沒有研發(fā)出自動化機(jī)械裝置，主要是在改進(jìn)一些輔助工具，這些工具雖然在裝置結(jié)構(gòu)、原理、適合的工作環(huán)境等方面獲得了一定的進(jìn)展，研發(fā)設(shè)計出的輔助工具適合于不同的工作環(huán)境，但未能解決耗費(fèi)大量勞動力的問題，且這些工具普遍精度低、效率低，對于各種種植行業(yè)范圍無針對性，因此并不適合用于草莓栽苗。

國外草莓種植面積較少，不太需要自動種植技術(shù)，雖然有一款半自動移栽苗機(jī)器，但由于體積大、成本高，且不適于在大棚內(nèi)的地壟上作業(yè)，不適合用于我國的草莓種植行業(yè)。

2 基于單片機(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置

2.1 設(shè)計意義

目前國內(nèi)的草莓栽苗機(jī)以人工為主，幾乎沒有機(jī)械自動產(chǎn)品，技術(shù)更新的速度慢，存在的問題較為突出且無相關(guān)解決技術(shù)：①工作環(huán)境是否對機(jī)器工作過程產(chǎn)生一定的影響；②材料的選型、傳感器的選擇、機(jī)械結(jié)構(gòu)外形設(shè)計等；③各環(huán)節(jié)之間的配合，以解決缺栽，漏栽，重復(fù)栽苗的問題；④出現(xiàn)故障時能否及時報警。

基于單片機(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置操作簡單、實(shí)用性強(qiáng)，且針對目前存在的問題給出了解決方案：①具有自主投苗與自動栽苗的功能，可代替人工，解決人工栽苗與行走的不便之處，提高工作效率、降低成本；②運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單；③可以控制栽苗間距與栽苗深度，提高栽苗成活率，增加產(chǎn)量；④具有原材料缺苗、過載、漏栽等報警功能；⑤采用紙缽育苗的方式。

2.2 設(shè)計內(nèi)容

本裝置涉及單片機(jī)技術(shù)及控制原理、電機(jī)控制與應(yīng)用、自動旋轉(zhuǎn)裝置等多個技術(shù)領(lǐng)域?；趩纹瑱C(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置的工作過程實(shí)現(xiàn)了全自動化，操作簡單，在缺苗、過載、漏栽等工作異常或故障時報警。

利用電機(jī)的驅(qū)動帶動車輪運(yùn)行，在一定速度下，位移箱與旋轉(zhuǎn)漏盤及時補(bǔ)充草莓苗供應(yīng)栽苗器的工作。與此同時，旋轉(zhuǎn)漏盤與移栽器的配合要合理，否則容易出現(xiàn)過載或漏苗現(xiàn)象，導(dǎo)致供應(yīng)不足，栽苗器中安裝感應(yīng)器，一旦發(fā)生漏苗立即停車并報警。

裝置功能：

（1）具有自動投苗與自動移栽的功能，由人機(jī)界面控制選擇工作模式，設(shè)置位移速度、栽苗深度。并且紙缽方式實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，包括播種、插條的自動扦插等工序，對于大規(guī)模育苗企業(yè)，可以極大降低種植成本，提高種苗的一致性和質(zhì)量。

（2）具有手動與自動兩種工作模式，手動工作模式下，可控制某一工作環(huán)節(jié)單獨(dú)運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)漏苗的補(bǔ)栽。

（3）自動工作模式時，工作過程實(shí)現(xiàn)自動化，通過人機(jī)界面設(shè)置工作速度。

（4）具有原材料缺苗、過載、漏栽等報警功能。

2.3 操作流程

基于單片機(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置的主要操作流程：首先將紙缽放入位移箱中，再將備好的草莓苗放入箱中，裝置啟動后，位移箱開始勻速向旋轉(zhuǎn)漏盤中不斷送入草莓苗。且每個紙缽都帶有紙缽孔，在送苗的過程中，自動剪割裝置將紙缽剪斷，帶有紙缽的草莓苗漏入與栽苗器連通的白色漏盤上，白色漏盤底部的盤蓋被頂開，草莓苗進(jìn)入栽苗器。栽苗器是鋼鐵材料的爪形結(jié)構(gòu)，在草莓苗進(jìn)入栽苗器時會自動向下插入泥土并張開，以保證草莓苗完好無損地精準(zhǔn)栽種，待草莓苗栽入地壟后，栽苗器自動收回并對栽種的草莓苗進(jìn)行填土。循環(huán)此程序，完成所有草莓苗的全自動化栽種。

2.4 自動旋轉(zhuǎn)裝置

基于單片機(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置利用電機(jī)的驅(qū)動帶動車輪自主向前運(yùn)行，并可自由轉(zhuǎn)向，主要依靠自動定心型轉(zhuǎn)子自動平衡裝置，此裝置結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低廉、不需提供外部能源，并且能夠?qū)D(zhuǎn)子不平衡進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動問題一直是機(jī)械行業(yè)的重要課題，特別是現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷提高，直接影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械工作效率和可靠性的振動問題更為突出。解決這一問題的有效方法是對其旋轉(zhuǎn)部分進(jìn)行高精度的動靜平衡，通過改變轉(zhuǎn)子本身的質(zhì)量分布使其主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸相重合，從而降低旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動，使草莓栽苗裝置工作狀態(tài)更加平穩(wěn)。

自動定心型轉(zhuǎn)子自動平衡裝置根據(jù)所采用的自由移動補(bǔ)償質(zhì)量的形式分為滾球式、擺錘式和充液式。它們都是根據(jù)柔性轉(zhuǎn)子和彈性支承的特性而設(shè)計，不需要外部專門提供能量，利用系統(tǒng)響應(yīng)所形成的能量來驅(qū)動平衡質(zhì)量的運(yùn)動，從而達(dá)到減振效果。

經(jīng)過查閱資料得知，滾球式減振效果最好，在沒有摩擦力的理想情況下，滾球可以使轉(zhuǎn)子達(dá)到完全平衡，振動將被完全消除，自動平衡裝置的減振倍數(shù)將達(dá)到無窮大，可以達(dá)到低成本高效益的目的。

滾球式自動平衡裝置的特點(diǎn)：

（1）滾球式自動平衡裝置在高速狀態(tài)下能很好地起到平衡作用，不管偏心量大小，也不需要使用者調(diào)試和控制，平衡作用自動發(fā)揮，而且在一定條件下能完全平衡。

（2）滾球的滾動摩擦因數(shù)將影響球的安定位置，進(jìn)而成為影響殘余振幅的決定性參數(shù)。可選用光滑、質(zhì)硬的材料制造滾道和球，以減小摩檫因數(shù)。

（3）滾球的黏性阻力系數(shù)會影響最大振幅和自激振動的程度，但與殘余振幅無關(guān)，因此可取較大的黏性阻力系數(shù)以減少最大振幅和自激振動。

（4）滾球式自動平衡裝置不能使用于低速和共振狀態(tài)。

3 結(jié)語

基于單片機(jī)控制的地壟式草莓栽苗裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有自主投苗與自動栽苗的功能，提高工作效率、降低成本。

（2）可以控制栽苗間距與栽苗深度，提高成活率，增加產(chǎn)量。

（3）具有原材料缺苗、過載、漏栽等報警功能。

（4）采用紙缽方式栽苗，相比傳統(tǒng)方式，縮短出圃時間，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（5）更容易分級和移栽，分級不傷苗更利于機(jī)械化，且移栽無需去掉外層紙張，環(huán)保降解。

該裝置操作簡單，可以自由調(diào)節(jié)機(jī)器的高度與寬度以滿足各種地籠的需要，但還有許多需要改進(jìn)的地方。由于目前國內(nèi)的草莓栽苗幾乎沒有使用自動機(jī)械，且技術(shù)更新的速度較慢，因此不能忽略工作環(huán)境對機(jī)器工作過程產(chǎn)生的影響，以及機(jī)器所用材料的選型、各種傳感器的選擇等都要依據(jù)不同地域進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期效果。