溫室旋平機控制研究論文

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1旋平工作部件

旋平機構由旋耕刀、旋耕刀輥、平土板和減速器組成，如圖1所示。旋耕刀安裝在減速箱的刀輥上，該減速箱與機架的槽鋼連接固定，平土板固定在該槽鋼上。平土板為圓弧型設計，長度為900mm，該板可以上下自由調節，可根據溫室內作業條件和土質情況調整平土板的高低。該機采用蓄電池作直流電源，在機器的前端設置旋耕刀。旋耕刀由直流電機驅動減速器帶動旋轉，行走由旋耕刀旋溫室地面地產生向前運動的力帶動，但是由于產生的動力不足，在機器的后部防陷輪上加入電機，驅動防陷輪行走，從而推動旋平機前進。調節部分由兩個電動推桿分別推動代輪板上的推動桿來調節旋平機構以及整機的高低;調節高低的驅動信號由激光接收信號給電氣控制箱內的控制器控制電推桿動作。在旋平機工作時，電動推桿根據激光測控系統發送的指令伸縮，通過電推桿推動代輪板運動使旋平機構平行于激光發射器掃描而形成的基準平面。被電動推桿推動的代輪板為有一定弧度的滑板，該板可以實現精確調整，同時與地面接觸面積比較大，可以有效地減輕鎮壓。當遇到低洼的地面時，激光接收器接收到信號后，經過控制器，控制電動推桿收縮，使整機以后輪為支點而抬高，旋平組件抬高，從而使多余的土填補在低洼的地面上，當遇到高坡的地面時，電動推桿伸長，旋平組件降低，從而推走高坡的土，使地面平整。電推桿調平機構如圖2所示。

2控制系統硬件

系統硬件主要由激光發射器、激光接受器、控制器和電推桿驅動執行部件等組成，如圖3所示。控制器以微處理器為核心，依據系統的功能要求，根據激光接收器傳輸的位置偏差信號，發送相應的控制信號對溫室電動旋平機的電推桿調節系統實時控制，使其始終保持水平前進。系統采用基于ARM核的微處理器LPC2102，該芯片采用非常小的48腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、8路10位ADC，以及SPI串行通信接口等豐富的片內外設資源。使用LED顯示、電機驅動、激光傳感器等元件實現整機自動控制，硬件具體連接如圖4所示。該調平控制系統使用電推桿伸縮模塊，與單片機共陰連接，可實現電推桿伸縮調整。電推桿伸縮輸入控制端共陰接法如圖5所示。

3控制系統軟件

調平激光發射器，設置激光旋轉速率后，開啟旋平機，使旋平機開始正常工作，激光接收器檢測到經過濾光處理的光信號后，光電傳感器把光信號轉換為電信號傳遞給控制器，控制器判斷旋平部件的水平偏差，通過調節電推桿調整旋平部件高低，使旋平部件平行于基準平面，如激光接收器沒有檢測到信號，則說明地表平整，無須進行調整。其主程序控制流程圖如圖6所示。

4旋平試驗及分析

4．1旋平試驗旋平機主要工作部分參數:旋切速度300r/min;旋切幅寬0．9m;作業深度0．15m;整機高度調解范圍20mm;生產率3m2/min;旋平精度±10mm/100m。采樣面積為10m×10m，采樣間隔為10點/m2。旋平實驗時，首先安裝激光發射器，并保證其精度，然后把其置于特制三腳架初找平，并將控制器控制面板上的數值清零。手動調整激光接收器的位置使其能正常接收發射器的信號，旋平機開始旋平作業。旋平作業完成后，測量旋平地面并記錄數據，如表1所示。依據表1的試驗數據，利用Origin軟件模擬旋平試驗地形圖，如圖7所示。4．2試驗分析計算平均相對高程，即h=∑i=10，j=10i=1，j=1hij/100=1．28其中，hij為表1中采樣數據(cm)。土地平整精度通常采用田塊內所有測點處地面相對高程的標準差Sd來定量描述。則Sd=∑i=10，j=10i=1，j=1(hij－h)2/(n－1槡)其中，n為采樣點的總數。所測地塊平整精度標準偏差值不超過0．9cm，符合溫室地表對平整精度的要求。

5結論

溫室電動旋平機是集光、機、電為一體的自動化自動旋平設備，采用蓄電池作為動力，節能環保;以單片機為核心組建激光測控系統，電推桿調平機構實現整機調平，既能旋耕又能平整溫室地表。試驗表明:該機旋平精度高，滿足溫室設施農業要求。

本文作者：劉江濤崔保健姜海勇工作單位：河北農業大學