塑料大棚清洗机同步行走控制系统研究

设计出塑料大棚清洗机（图1），利用棚顶行走机构支撑毛刷的转动和喷水装置，该清洗机重量轻，能达到清洗的效果，操作者只能在大棚一侧天沟行走控制清洗机的工作，观察不到另一侧辅助行走轮的行走情况，不能控制左右辅助行走轮与棚顶行走轮的同步运行。笔者对该清洗机进行研究，可采用无线电遥控解决此问题，采用无线电遥控，操作者只需在塑料大棚内操作，可以很好地观察清洗机的行走与清洗情况，当出现行走轮不同步时，通过遥控器上的按钮以修正清洗机的走偏问题。

1 控制系统结构

1.1 系统结构图

根据设计的结构需求，系统结构如图2所示，包括遥控器、无线传输模块、单片机、功放电路和行走电机。

1.2 工作原理

该系统主要分为控制端和执行端，通过观察清洗机在大棚的行走情况，操作遥控器上的按钮，将信号通过无线传输模块传送到单片机（CPU），单片机根据遥控器的信号做出判断，将处理后的信号通过功放电路传送给执行电机，从而调节行走轮的速度，使行走机构达到同步前进。

2 硬件系统

2.1 无刷直流电机的控制系统

为使大棚清洗机能够灵活工作，工作过程中需要改变其运动速度和方向，因此需要对驱动电机进行调速和换向控制。采用线性调速性能良好、效率较高、动态性能优异的直流电机，直流电机是调速控制电机的最优选择[10-12]。

采用4台12 V的无刷直流电机作为驱动轮。根据输入的信号，通过控制芯片进行解算得出4个驱动轮各自的运行速度，进而对4台无刷直流电机进行控制[13]，如图3所示。

2.2 无线电遥控控制系统

采用业余频段，载波频率为40 MHz，传送距离远，穿透能力强，分为发射机和接收机。发射机采用遥控模块，可以和应用电路无缝连接，体积小；接收机采用超外差接收方式，接收器稳定、坑干扰能力强，灵敏度高[14，15]。

遥控器的工作原理如图4所示，发射机由操作按键、编码电路和发射模块组成，当遥控器按下按键时，编码电路把信号转换成相应的电信号与数字信号，经过发射模块发射出去；接收机由接收模块、译码电路和单片机（CPU）组成，接收模块收到发射模块传来的信号，经过译码电路把信号传送给单片机，单片机发送指令到执行电机，完成相应的操作。

3 软件系统

控制器主要保证大棚清洗机在棚顶行走的同步，当其中一端的辅助轮超前或滞后时，通过遥控器调节相应的驱动电机的转速从而达到同步。主控系统流程如图5所示，遥控子程序流程如图6所示。

当控制器开始工作时，首先把遥控和驱动电机初始化，启动控制程序并调用遥控接收子程序，当操作者观察到清洗机左右两端的辅助行走轮不同步或者走偏时，按下相应的遥控操作按钮，发射子程序发出电信号，接收子程序收到相应的信号后做出判断，单片机执行中断处理，辅助行走轮执行相应的操作，从而修正清洗机走偏问题。

4 结论

控制系统是针对塑料大棚清洗机提出，对于清洗机辅助轮与棚顶行走轮不同步的情况可以起到很大的作用，以保证清洗机的正常运行工作，提高了清洗机的工作效率，为进一步优化清洗机的自动化提供了基础。随着农业现代化的发展，智能控制系统在农业运用越来越广泛，进一步提高了农业自动化与智能化。

参考文献：

[1] 周 娟.基于单片机的温室大棚智能清洗机[D].河北保定：河北农业大学，2009.

[2] GB 4455-2006，农业用聚乙烯吹塑棚膜[S].

[3] 丁润锁，宁书臣，张景岐，等.温室大棚清洁装置研究[J].天津农业科学，2011，17（4）：66-67.

[4] 尚书旗，董佑福，史 岩.设施栽培工程技术[M].北京：中国农业出版社，1999.

[5] 姜德福，逄焕文.日光温室蔬菜生产要注意的几个问题[J].农家顾问，1996（11）：42.

[6] 陆秀梅.冬季日光温室蔬菜生产光照调节[J].农业科技与信息，1996（12）：15.

[7] 杜春华.日光温室冬春茬蔬菜生产的环境调控技术[J].吉林蔬菜，2007（4）：22.

[8] 张 辉.谈谈普通型塑料温室透光率的测定方法[J].现代农业装备，2004（5）：55-56.

[9] 杜红斌.日光温室塑料棚膜透光率比较[J].塔里木大学学报，2006，18（2）：12-14.

[10] MILLER T J E. Brushless Permanent-magnet and Reluctance Motor Drives[M]. Oxford New York：Clarendon Press，1989.

[11] 张相军，陈伯时.无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响[J].电机与控制学报，2003，7（2）：87-91.

[12] 纪志成，沈艳霞，姜建国.基于Matlab无刷直流电机系统仿真建模的新方法[J].系统仿真学报，2003，15（12）：1745-1749.

[13] 张铁民，黄 翰，黄鹏焕.电动轮式移动小车控制系统设计与试验[J].农业工程学报，2014，30（19）：11-19.

[14] 陈 龙，秦会斌，周庆华.可编程无线电遥控多通道开关系统的设计[J].半导体技术，2004（9）：60-63.

[15] 徐 烨，徐 立.实用无线电遥控[M].北京：人民邮电出版社，2002.

推荐访问:控制系统 清洗机 行走 同步 研究