3DJY—45型烟苗剪叶机监控系统的设计

王晔

摘要：3DJY-45型烟苗剪叶机实现了剪叶和消毒的自动化控制，但是当系统出现问题时，无法迅速报警并确定故障点，为了保证设备高效稳定的工作，设计了基于STC89C52RC单片机控制的剪叶机监控系统。试验结果表明，系统报警成功率高于95%，当系统出现故障时，监控系统能及时发出声音报警同时确定故障点，并将故障点显示在人机交互界面，为故障维修提供了依据，提高了维修效率。

关键词：剪叶机;STC89C52RC单片机;监控系统

中图分类号：S224.9        文献标识码：A        文章编号：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

目前漂浮育苗作为工厂化育苗的一种方式，凭借其育苗效率高、能有效预防幼苗病害、移栽过程简单、返苗速度快等优点，广泛应用于烟草育苗行业。为了培育根系健壮的烟苗，在育苗过程中要适时对烟苗进行剪叶。

3DJY-45型烟苗剪叶机主要由剪叶机构和消毒机构组成。剪叶机构的主要任务是根据苗床的大小，调节剪叶范围并选择剪叶路径，实现了苗盘无需离开苗床的剪叶功能;消毒机构的主要任务是控制剪叶过程中的消毒频率和消毒量。虽然该设备实现了剪叶和消毒的自动化控制，但是当系统出现问题时无法迅速报警并确定故障点，例如当消毒管堵塞时，剪叶机构仍能正常工作，但消毒机构无法对刀具进行消毒，不能有效防止病菌的传播，影响系统工作的可靠性。为了保证设备高效稳定的工作，设计了剪叶机监控系统，当系统出现故障时，监控系统能及时报警并确定故障点，将故障点显示在人机交互界面上，提高了维修效率。

1  3DJY-45型烟苗剪叶机工作原理

3DJY-45型烟苗剪叶机整机由剪叶机构和消毒机构组成（图1），剪叶机构中370 W单相异步电机用来控制剪叶刀具，3台60 W步进电机分别用来控制药箱喷药量和剪叶器横向和纵向移动。应用时首先根据苗床大小调整左右支架，让其横跨苗床两端，根据实际情况设置剪叶器高度和消毒模式，启动开关，剪叶器横向控制电机带动剪叶器和药泵从左到右横向移动，运行至右边的行程开关，控制器接收到开关信号，控制横向电机停止运行，纵向控制电机带动剪叶器纵向行走一个剪叶器的距离，此时剪叶器横向控制电机反向运行，实现了剪叶、消毒、识别剪叶路径的功能[1]。

2  3DJY-45型烟苗剪叶机监控系统的整体设计

剪叶机检测系统主要由信号采集部分、微处理器部分和显示部分构成，它能完成监测消毒液液位高低，消毒管喷头是否堵塞，剪叶机横向、纵向运行情况及设备电源电压量。

2.1  信号采集系统

剪叶机监控系统中，信号的采集是保证系统及时监测到故障部位的重要环节，因此传感器的选择非常重要。系统所用传感器分别为监测消毒液液位高低的液位传感器、监测消毒管是否堵塞的流量传感器和监测剪叶机运行情况的转速传感器[2]（图2）。

消毒系统的监测包括药箱中是否有药和消毒喷头是否堵塞。系统设计过程中，首先将液位监测器放入药箱，监测器带有3个电子纳米探头，分别监测药箱中药液的最高液位和最低液位;此外将无线通信技术应用于监测器，使系统稳定且易于控制。其次是在喷药管道中安装流量传感器，药泵正常工作且消毒管道没有堵塞时，流量传感器输出正常的脉冲信号。当药液低于监测器最低液位探头或喷药管道有堵塞时系统发出声音报警，并将故障信息显示在人机界面上，同时切断剪叶器电源，操作人员排除故障后重新启动设备。

行走系统的监测包括控制横纵向位移的步进电机的监测和驱动部分的监测，本研究选用K38系列增量型编码器，监测行走系统的速度状况[3]。K38有5根电缆，工作电压5 V。

数据采集电路利用D触发器的反转特性来识别编码器的旋转方向，电路如图3所示。译码器输出信号A2、B2波形经D触发器比较，若A通道信号超前B通道信号90°则输出Q为1，此时编码器顺时针旋转;相反D触发器输出Q为0，编码器逆时针旋转。

由于纵向和横向进给装置比较复杂，控制系统需要控制的点比较多，因此当进给装置发生故障时，报警系统能及时报警，但并不能精确地显示故障点，为此在驱动板控制电路中安装了工作指示灯，若系统进给装置出现故障，可以根据控制电路中的指示灯做出正确的判断[4]。

2.2  单片机最小系统

由于剪叶机在培育烟苗的温室大棚中工作，环境相对稳定，外界干扰因素少。综合考虑单片机的性能价位等因素，本系统选择了低功耗、高速率、低价位的STC89C52RC型单片机作为控制系统的核心部件。该单片机不仅要控制设备的正常运行，还要完成系统的工况监测任务。在监测工况时，其时钟电路选用内部时钟，电源电路需将电瓶的12 V电压转换为5 V的电压给单片机供电，综上所述本系统单片机最小系统电路如图4所示。

2.3  声音报警及人机界面

剪叶机工作过程中，若出现药箱缺药或喷头堵塞等故障时，声音报警电路在单片机驱动下发出声音，提醒操作人员及时排除故障[5]。由于本系统采用的STC89C52RC型单片机驱动能力较小，在电路中增加了LM386小功率放大器，实现了报警功能，如图5所示。为了保证系统监测到的故障能清晰地显示在屏幕上，该系统选用LMC12232液晶模块显示数据，该模块与单片机连接，实现八行数据显示[6]。电路如图6所示。

3  试验数据分析

本次系统性能测试在河南省许昌烟草分公司烟田育苗棚中进行，采用2号3DJY-45型烟苗剪叶机。试验采取了两种方式来检测系统的可靠性，一是对系统预设若干故障，检查检测系统是否能及时报警并显示故障点，二是通过对连续工作6 h出现的故障现象进行记录、核对，检测系统的可靠性。具体试验结果如表1所示。从表1可以看出，本系统性能测试的第二种方式的试验结果为在剪叶机连续工作6.47 h的情况下报警2次，无系统误报，系统故障检测成功率为100%。

4  小结

试验结果表明，本系统性能稳定，报警成功率高于95%，达到了设计目的。但是系统运行机构电路较为复杂，发生故障时系统虽能及时发出声音报警，个别故障点显示器却无法及时显示，需要工作者具有较熟练的操作经验并能逐一排查故障。

参考文献：

[1] 冯朝印，燕亚民.3DJY-45型多功能烟苗剪叶机的设计[J].云南农业大学学报，2014，29（1）：100-105.

[2] 刘仁祥，徐  玮.烟草工厂化育苗技术研究[J].贵州农业科学，2000，28（3）：17-20.

[3] 史宏志，王  佳.美国的烟草工厂化漂浮育苗[J].世界农业，1999（11）：38-40.

[4] 马京民，程  兰，宋守晔，等.烟草漂浮育苗新技术[J].中国农学通报，2003，19（6）：110-112.

[5] 孙全芳，戴玉华，刘东利.精密播种机监控系统的研究现状与发展趋势[J].山东机械，2005（4）：60-62.

[6] 王文龙.小麦精密播种机自动补偿式监控系统的实验与研究[D].山东泰安：山东农业大学，2008.