种子包衣机检测控制系统设计论文

2022-09-21 15:24:28 来源:写作指导

1包衣机基本结构及工作过程

BY-150型种子包衣机是一种智能化的种子精细加工包衣处理设备,主要由种子定量供给组件、定量加液组件、定量加粉组件及电气控制系统等部分组成。精确控制供种量、进液量和进粉量三者的比例是包衣流程的关键。设备开启时对种子进行质量设定,然后打开进料门,将种子加入称重桶内;在称重操作完成后,打开下料门,种子进入混合桶中;加液管依次打开液阀、气阀,将药液定量注入到混合桶内,同时包衣药粉在推进螺杆机构的控制下进行定量加粉;经过一定时间的搅拌混合后,打开出料门,将处理后的种子送出,完成整个包衣流程。在整个包衣流程中,通过称重桶内的高精度称重传感器对供种量进行检测;通过加液管内的液位传感器对进液量进行检测。各传感器在测点处输出的信号量可作为包衣流程中各动作开启和完成的标志,保证包衣流程的有序进行。通过定时器控制匀速旋转的加粉电机,即可实现药粉投放的定量控制。

2检测控制系统硬件设计

2.1系统总体结构

综合包衣机的工作流程,整个检测控制系统主要由包衣机控制主板、多传感器信号检测板、执行器控制板和液晶触摸屏构成

。多传感器信号检测板实现对称重传感器和液位传感器信号的采集;执行器控制板可实现对电机设备启停的开关量控制;用户通过液晶触摸屏进行包衣参数设置、包衣过程启停、包衣状态显示等操作。包衣机控制主板采用RS-485方式与多传感器信号检测板和执行器控制板进行通讯,采用RS-232方式与液晶触摸屏进行通讯。

2.2包衣机控制主板

包衣机控制主板选用RealARM6410开发板。该开发板以ARM11内核的S3C6410芯片作为控制核心,包含电源模块、晶振模块、复位电路、485通信模块和232通信模块等外部设备,可以装载和运行LINUX操作系统,具有处理运算能力强、耗电低、扩展性强等特点。将RealARM6410开发板作为包衣机的控制主板,可以很好地保证系统在包衣过程中的可靠性和稳定性。

2.3多传感器信号检测板

多传感器信号检测板选用意法半导体公司出产的32位高性能STM32F103C6T6作为微控制器。该微控制器的核心是ARMCortex-M3处理器,最高CPU时钟为72MHz,具有良好的精密性、可靠性和运算速度。本设计中针对供种量和进液量两种参数信息,分为两个检测模块进行硬件开发。

2.3.1供种量检测模块

供种量检测模块包含2路称重传感器信号放大电路用以检测称重桶中种子的质量,原理如图3所示。本设计中采用上海大和衡器有限公司出产的UH-53型称重传感器,该传感器具有准确度高、抗偏载能力强和长期稳定性好等优点。为了增加检测模块的抗干扰性,保证种子质量的检测精度,采用AnalogDe-vices公司具有低噪声、低失调电压和高共模抑制比特点的AD8608型CMOS精密运算放大器构成两级差分放大电路。放大电路第一级由两个同相输入运算放大器电路并联,第二级串联一个差分输入的运算放大器。这样的连接方式可以很好地抑制输入电压中的共模成分。参照称重传感器的额定输出,可以取放大倍数为500倍。为了减少第二级运放共模误差造成的影响,第一级运放的增益要尽可能高。因此,将第一级放大倍数设定为500。经过取值和计算。放大电路的输出端经过一个分压电路后,接入STM32芯片上带有A/D转换通道的I/O接口。

2.3.2进液量检测模块

进液量检测模块包含上液位和下液位传感器检测电路。Uup为上液位传感器信号,Udown为下液位传感器信号。Control1为控制主板发送的补液信号,Control2为控制主板发送的加液信号。动作执行之前Control1、Control2都为低电平,以加液动作为例,当液面高于上液位传感器时,Uup、Udown都为低电平。Uup通过光耦开关电路,在PA3处输出高电平到STM32芯片的I/O接口上;Udown通过光耦开关电路,在PA4处输出低电平到到STM32芯片的I/O接口上。此时Control2发送一个高电平信号,使RS锁存器2输出高电平,经过继电器驱动电路后使加液电机运转;然后使Control2变回低电平,在液面介于上下液位传感器之间时,Uup为高电平、Udown为低电平,PA4处仍为低电平,使RS锁存器2的输出保持之前的高电平状,加液电机保持运转。当液面低于下液位传感器时,Uup、Udown都为高电平,PA4变为高电平,使RS锁存器2输出低电平,加液电机停止;在此过程中补液电机一直保持停止状态,直到单片机通过Control1发送补液信号时再进入补液动作。通过采用主板信号控制动作启动、传感器检测电路直接控制动作结束的方式,可以有效避免药液的过量添加,保证了进液控制的稳定性。

2.4液晶触摸屏

液晶触摸屏采用广州微嵌计算机科技有限公司的WQT系列产品,它由400MHz的ARM9高速CPU、数字LED背光显示和高精度电阻式触摸屏等部分构成,有良好的兼容性和友好的人机操作界面。该液晶屏具备数据显示、数据监控和触摸控制等基本功能,并且采用双口独立通讯,可通过自定义的通讯协议实现与主板之间的信息传输。

2.5执行器控制板

执行器控制板采用与传感器信号采集板相同的STM32F103C6T6微控制器,通过设计继电器驱动电路,实现对加粉、门控等电机启停的开关量控制。开关量控制信号经由一阶RC低通滤波器和线性光电耦合器组成的电路后,可有效地滤除信号中的干扰成分。控制信号通过三极管进行放大,可驱动继电器的开合。

3检测控制系统软件设计

包衣机在开启电源并初始化完成后,通过液晶触摸屏设置包衣流程的总批次、种子质量以及种药混合时间等包衣参数。在包衣机控制主板系统平台上进行软件开发,每隔一定时间在485总线上采用轮询的方式与多传感器信号检测板和执行器控制板进行通信;系统参照用户设定的各项参数以及称重和液位传感器实际检测到的参数信息,发送电机控制命令,进行各批次的种子包衣处理动作;每个动作之间通过适当的延时衔接,可实现包衣机各工作部件的有机组合和包衣流程的有序进行。

4结论

本种子包衣机检测控制系统实现了对供种量和进液量参数信息的检测,为包衣流程的进行提供了良好的依据。在供种量检测模块的硬件选型和电路设计中,采用尽可能多的抗干扰措施,保证了在复杂的现场环境中种子质量的检测精度。在进液量检测模块的设计中,通过采用主板信号控制动作启动、传感器检测电路直接控制动作结束的方式,可以有效保证进液控制的稳定性。液晶触摸屏实现了包衣参数设置、包衣流程启停和包衣状态显示等功能,为用户提供了简单直观的人机交互手段,并且具有良好的可靠性和性价比。经过在现场的调试应用,本系统稳定可靠、抗干扰性好,可以满足预期的精度要求,具有良好的包衣效果。

作者:桑杰 赵春宇 朱成刚 单位:上海交通大学电子信息与电气工程学院