王曄

摘要：3DJY-45型煙苗剪葉機實現(xiàn)了剪葉和消毒的自動化控制，但是當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，無法迅速報警并確定故障點，為了保證設備高效穩(wěn)定的工作，設計了基于STC89C52RC單片機控制的剪葉機監(jiān)控系統(tǒng)。試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)報警成功率高于95%，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，監(jiān)控系統(tǒng)能及時發(fā)出聲音報警同時確定故障點，并將故障點顯示在人機交互界面，為故障維修提供了依據(jù)，提高了維修效率。

關(guān)鍵詞：剪葉機;STC89C52RC單片機;監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：S224.9 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2015）23-6026-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.23.059

Design on Monitoring System of 3DJY-45 Tobacco Leaf-cutting Machine

WANG Ye

（Xuchang University， Xuchang 461000， Henan， China）

Abstract： Automatic leaf-cutting and disinfecting were achieved in the 3DJY-45-tobacco seedlings leaf-cutting machine， however its difficult for the machine to alarm and locate points of fault when failures occurred， so a STC89C52RC-based leaf-cutting monitoring system was designed to make up for the lack of alarming and fault points locating. Results showed that， the alarm success rate of system was above 95%， when the system had the breakdown， the monitoring system could give the sound alarm in time and determine the fault， and then the points of fault will be displayed on the human-machine interaction， which gave basis to maintenance， improved the maintenance efficiency as well.

Key words： leaf-cutting machine; STC89C52RC-MCU;monitoring system

目前漂浮育苗作為工廠化育苗的一種方式，憑借其育苗效率高、能有效預防幼苗病害、移栽過程簡單、返苗速度快等優(yōu)點，廣泛應用于煙草育苗行業(yè)。為了培育根系健壯的煙苗，在育苗過程中要適時對煙苗進行剪葉。

3DJY-45型煙苗剪葉機主要由剪葉機構(gòu)和消毒機構(gòu)組成。剪葉機構(gòu)的主要任務是根據(jù)苗床的大小，調(diào)節(jié)剪葉范圍并選擇剪葉路徑，實現(xiàn)了苗盤無需離開苗床的剪葉功能;消毒機構(gòu)的主要任務是控制剪葉過程中的消毒頻率和消毒量。雖然該設備實現(xiàn)了剪葉和消毒的自動化控制，但是當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時無法迅速報警并確定故障點，例如當消毒管堵塞時，剪葉機構(gòu)仍能正常工作，但消毒機構(gòu)無法對刀具進行消毒，不能有效防止病菌的傳播，影響系統(tǒng)工作的可靠性。為了保證設備高效穩(wěn)定的工作，設計了剪葉機監(jiān)控系統(tǒng)，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，監(jiān)控系統(tǒng)能及時報警并確定故障點，將故障點顯示在人機交互界面上，提高了維修效率。

1 ?3DJY-45型煙苗剪葉機工作原理

3DJY-45型煙苗剪葉機整機由剪葉機構(gòu)和消毒機構(gòu)組成（圖1），剪葉機構(gòu)中370 W單相異步電機用來控制剪葉刀具，3臺60 W步進電機分別用來控制藥箱噴藥量和剪葉器橫向和縱向移動。應用時首先根據(jù)苗床大小調(diào)整左右支架，讓其橫跨苗床兩端，根據(jù)實際情況設置剪葉器高度和消毒模式，啟動開關(guān)，剪葉器橫向控制電機帶動剪葉器和藥泵從左到右橫向移動，運行至右邊的行程開關(guān)，控制器接收到開關(guān)信號，控制橫向電機停止運行，縱向控制電機帶動剪葉器縱向行走一個剪葉器的距離，此時剪葉器橫向控制電機反向運行，實現(xiàn)了剪葉、消毒、識別剪葉路徑的功能[1]。

2 ?3DJY-45型煙苗剪葉機監(jiān)控系統(tǒng)的整體設計

剪葉機檢測系統(tǒng)主要由信號采集部分、微處理器部分和顯示部分構(gòu)成，它能完成監(jiān)測消毒液液位高低，消毒管噴頭是否堵塞，剪葉機橫向、縱向運行情況及設備電源電壓量。

2.1 ?信號采集系統(tǒng)

剪葉機監(jiān)控系統(tǒng)中，信號的采集是保證系統(tǒng)及時監(jiān)測到故障部位的重要環(huán)節(jié)，因此傳感器的選擇非常重要。系統(tǒng)所用傳感器分別為監(jiān)測消毒液液位高低的液位傳感器、監(jiān)測消毒管是否堵塞的流量傳感器和監(jiān)測剪葉機運行情況的轉(zhuǎn)速傳感器[2]（圖2）。

消毒系統(tǒng)的監(jiān)測包括藥箱中是否有藥和消毒噴頭是否堵塞。系統(tǒng)設計過程中，首先將液位監(jiān)測器放入藥箱，監(jiān)測器帶有3個電子納米探頭，分別監(jiān)測藥箱中藥液的最高液位和最低液位;此外將無線通信技術(shù)應用于監(jiān)測器，使系統(tǒng)穩(wěn)定且易于控制。其次是在噴藥管道中安裝流量傳感器，藥泵正常工作且消毒管道沒有堵塞時，流量傳感器輸出正常的脈沖信號。當藥液低于監(jiān)測器最低液位探頭或噴藥管道有堵塞時系統(tǒng)發(fā)出聲音報警，并將故障信息顯示在人機界面上，同時切斷剪葉器電源，操作人員排除故障后重新啟動設備。

行走系統(tǒng)的監(jiān)測包括控制橫縱向位移的步進電機的監(jiān)測和驅(qū)動部分的監(jiān)測，本研究選用K38系列增量型編碼器，監(jiān)測行走系統(tǒng)的速度狀況[3]。K38有5根電纜，工作電壓5 V。

數(shù)據(jù)采集電路利用D觸發(fā)器的反轉(zhuǎn)特性來識別編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，電路如圖3所示。譯碼器輸出信號A2、B2波形經(jīng)D觸發(fā)器比較，若A通道信號超前B通道信號90°則輸出Q為1，此時編碼器順時針旋轉(zhuǎn);相反D觸發(fā)器輸出Q為0，編碼器逆時針旋轉(zhuǎn)。

由于縱向和橫向進給裝置比較復雜，控制系統(tǒng)需要控制的點比較多，因此當進給裝置發(fā)生故障時，報警系統(tǒng)能及時報警，但并不能精確地顯示故障點，為此在驅(qū)動板控制電路中安裝了工作指示燈，若系統(tǒng)進給裝置出現(xiàn)故障，可以根據(jù)控制電路中的指示燈做出正確的判斷[4]。

2.2 ?單片機最小系統(tǒng)

由于剪葉機在培育煙苗的溫室大棚中工作，環(huán)境相對穩(wěn)定，外界干擾因素少。綜合考慮單片機的性能價位等因素，本系統(tǒng)選擇了低功耗、高速率、低價位的STC89C52RC型單片機作為控制系統(tǒng)的核心部件。該單片機不僅要控制設備的正常運行，還要完成系統(tǒng)的工況監(jiān)測任務。在監(jiān)測工況時，其時鐘電路選用內(nèi)部時鐘，電源電路需將電瓶的12 V電壓轉(zhuǎn)換為5 V的電壓給單片機供電，綜上所述本系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路如圖4所示。

2.3 ?聲音報警及人機界面

剪葉機工作過程中，若出現(xiàn)藥箱缺藥或噴頭堵塞等故障時，聲音報警電路在單片機驅(qū)動下發(fā)出聲音，提醒操作人員及時排除故障[5]。由于本系統(tǒng)采用的STC89C52RC型單片機驅(qū)動能力較小，在電路中增加了LM386小功率放大器，實現(xiàn)了報警功能，如圖5所示。為了保證系統(tǒng)監(jiān)測到的故障能清晰地顯示在屏幕上，該系統(tǒng)選用LMC12232液晶模塊顯示數(shù)據(jù)，該模塊與單片機連接，實現(xiàn)八行數(shù)據(jù)顯示[6]。電路如圖6所示。

3 ?試驗數(shù)據(jù)分析

本次系統(tǒng)性能測試在河南省許昌煙草分公司煙田育苗棚中進行，采用2號3DJY-45型煙苗剪葉機。試驗采取了兩種方式來檢測系統(tǒng)的可靠性，一是對系統(tǒng)預設若干故障，檢查檢測系統(tǒng)是否能及時報警并顯示故障點，二是通過對連續(xù)工作6 h出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進行記錄、核對，檢測系統(tǒng)的可靠性。具體試驗結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，本系統(tǒng)性能測試的第二種方式的試驗結(jié)果為在剪葉機連續(xù)工作6.47 h的情況下報警2次，無系統(tǒng)誤報，系統(tǒng)故障檢測成功率為100%。

4 ?小結(jié)

試驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，報警成功率高于95%，達到了設計目的。但是系統(tǒng)運行機構(gòu)電路較為復雜，發(fā)生故障時系統(tǒng)雖能及時發(fā)出聲音報警，個別故障點顯示器卻無法及時顯示，需要工作者具有較熟練的操作經(jīng)驗并能逐一排查故障。

參考文獻：

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[5] 孫全芳，戴玉華，劉東利.精密播種機監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].山東機械，2005（4）：60-62.

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