五行国产采棉机自动对行系统

王玲玲，郭　健，高爱弟，孙芳霞，邵叶文（.石河子贵航农机装备有限责任公司，新疆　石河子　83000；.新疆石河子职业技术学院）



五行国产采棉机自动对行系统

王玲玲1，郭健2，高爱弟1，孙芳霞1，邵叶文1
（1.石河子贵航农机装备有限责任公司，新疆石河子832000；2.新疆石河子职业技术学院）

摘要：本文介绍了一种五行国产采棉机自动对行系统，主要对系统自动对行控制模块和软件程序设计进行了介绍。

关键词：五行采棉机；自动对行；系统

我国棉花机械化采收技术历经60多年的发展，技术取得了很大的进步，作业性能与国外机型相差不大，但是棉花机械化采收水平依然很低[1]，自动化和智能化方面还处于起步阶段，严重影响了采棉机的工作效率，制约着国产采棉机的发展和推广，因此，提高国产采棉机自动化和智能化迫在眉睫。本文提出一种智能采棉机自动对行导航系统，通过此系统可以为车载提供一种通过传感器信号自动进行车辆对行矫正位置的功能，实现作业的自动化和智能化，减轻了采棉机操作人员的工作负担，提高了棉花收割的效率和驾驶的安全性。

1五行国产采棉机自动对行系统概述

本系统设计的目的是通过建立自动纠编控制模型，可以使采棉机采摘头保持较准确的对准棉花垄，实现作业时的自动对行的功能。

图1为五对采摘头示意，其中中间的第3对采摘头棉秆入口处装有左右传感器；驾驶舱内装有自动对行控制装置。左右传感器采集对行的传感信号，发出信号至自动对行控制装置，自动对行控制装置对信号进行处理后，控制后轮液压转向轴，从而实现自动调节方向（图2、3）。

图1前方采摘头示意图

图2侧方示意图

图3后方示意图

2自动对行系统控制装置的组成及工作原理

2.1控制装置组成

本控制装置包括中央处理器、电平转换、RS232接口、步进电机驱动器、步进电机、CAN接口、CAN收发器、传感器信号和模拟信号组成，硬件结构图如图4所示。其中：模拟信号、传感器信号与中央处理器相连，传输数据信号；中央处理器与电平转换相连，电平转换与RS232接口相连接而与电脑进行程序下载，将电平转换器MAX232连接电脑和中央处理器，利用串口通信，可以将电脑上编译号的程序输入到中央处理器，也可以使用串口对硬件进行调试。中央处理器与CAN收发器相连，CAN收发器与CAN接口相连接并与电脑进行数据通讯；中央处理器与步进电机驱动器相连而驱动步进电机。

图4硬件结构图

2.2工作原理

当左端传感器接触到信号，中央处理器输出一个脉冲使步进电机向左转动一定的角度，同时步进电机带动后轮液压转向轴线性地向左转动一定的角度，向左转完后，中央处理器继续发送一个脉冲使步进电机向右转动一定的角度，同时步进电机带动后轮液压转动轴线性的向右转动一定的角度，对采棉机进行位置归正，其中步进电机转动的速度和转动的角度是由中央处理器发出的PWM波来调制的，步进电机的转动角度与速度和后轮液压转向轴成线性关系；如果右端传感器接触到信号，反之操作；当左右传感器都接触到信号，则中央处理器不采取任何措施，采棉机继续直线向前行驶。

2.3硬件电路设计

本系统采用的器件型号如下：中央处理器采用带CAN控制器的51单片AT89C51CC01芯片、CAN收发器采用MCP2551芯片、串口电平转换芯片采用的是MAX232芯片、步进电机驱动器型号为YKA3606A、步进电机为86 mm步进电机。51单片机的8个端口通过对拨码开关输入的高低电平来判断CAN的ID号，使其能够与电脑进行通信；模拟输入信号先经过分压滤波，再输入给中央处理器，中央处理器利用AD模块进行模数转换；外部传感器输入信号连接处理器，中央处理器通过外部输入对PWM和P2.5进行控制，同时中央处理器的PWM和P2.5与步进电机驱动器相连，中央处理器通过调节PWM的占空比和频率，将信号输入步进电机驱动器，从而改变步进电机的转动角度和速度（图5），可以满足本设计的功能要求，硬件处理器采用单片机设计，不但设计简单，而且成本低，技术容易掌握。

图5电气连接图

2.4软件程序设计

本程序应用Horner的CsCape软件进行控制系统人机界面和程序的编制以用来监测、控制采棉机。智能控制系统程序由各子系统相对应的子程序组成，在程序设计中，应用滑动平均值算法进行数字滤波实现监测参数的稳定，保证采棉机控制系统的稳定性和准确性。主程序流程如图6所示。

3试验效果

（1）2013年10月，在石总场六分厂采用型号为4MZ - 5A的样机进行田间试验，结果达到了设计要求的预期效果，尤其在夜间作业，解决了人工对行难的问题。（2）通过试验，发现该系统存在传感器失灵的现象，今后需要进一步提高传感器的灵敏度和稳定性，以适应新疆干燥灰尘大的恶劣工作环境。

4　小结

此次试验预示着采棉机领域首次使用CAN通信，提高了数据通讯控制的稳定性，提升采棉机控制系统智能化，奠定了我国采棉机智能化控制技术的基础。

收稿日期：2015—11—25