一种便携式棉花打顶机的设计与研究

汤正 朱其祥

摘 要：该文系统介绍了一种基于双向DC-DC变换器的便携式棉花打顶机。本设计由可控硅构成静态开关，当电池对棉花打顶机作为的负载进行放电时，DC-DC变换器以Boost工作模式运行；当220V家用电源对电池进行充电时，DC-DC变换器以Buck工作模式运行，从而实现电池的充放电功能。由此设计出一种手持式小型棉花打顶机，极大提高棉花打顶机的便携性。本设计具有低成本、高性能、结构简单、控制方便等优点。

关键词：棉花打顶机；便携；双向DC-DC变换器；充放电

中图分类号 S224 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）10-0130-02

1 引言

棉花是我国最主要的几种经济性农作物之一。棉花的种植管理相对玉米、大豆而言特别费工，所以其经济效益也较为有限，在一定的程度上影响了农户在棉花种植方面的积极性。棉花打顶是棉花栽培和生产过程中的重要环节，目前主要有人工打顶、化学打顶和机械打顶3种方式。

传统上人工打顶（用手掐顶尖）劳动强度大，打顶作业时间紧，费时费工。在种植密度较大时，作业效率低的问题尤为突出。

化学打顶是通过喷施生长点抑制剂来限制棉花无限生长，省时省力。但该方法受施用剂量、喷剂质量的影响较大，对棉花的正常生长发育会造成一定影响，并且化学试剂会对环境构成污染。目前还不是主要的打顶方法。

机械打顶技术近来备受关注。例如，石河子大学研究设计的国产第一代3MD-12棉花打顶机。但由于受田间作业环境复杂、仿形精度、响应时间等因素的影响，前期准备工作量较大，且打顶机需要拖拉机带动作业，易对棉田造成一定的损耗。

由此，我们将双向DC-DC变换器应用于打顶作业，设计出一种便捷式可手持的小型棉花打顶机。

2 系统设计实现

2.1 系统构成 本设计由电池盒、电机、开关、锯齿形圆盘刀片、把柄等主要部分组成。圆盘刀片安装在刀盒中，刀盒宽度小于刀片的半径，功效较高。电机安装在刀盒的上方，与刀片轴连接。开关安装在把柄上，电池盒安装在背带上，与电机之间有穿过把柄内部的电线连接。把柄采用伸缩式结构，在其尾部设置伸缩长度调节旋钮和指棱，并且开关与指棱靠近，握持省力，可实现单手操作。

为了提高安全性，本设计采用单片机控制的开路检测模块、过压保护模块，并且上述刀盒的前端收窄为挡片。电池盒内放置可充电电池、双向DC-DC变换器和单片机控制电路。

2.2 双向DC-DC模块设计 双向DC-DC变换器（Bidirectional DC-DC Converter—BDC）是一个DC-DC变换器的双象限运行，是在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，根据应用需要改变电流方向，实现能量双向流动的DC-DC变换器。图1为BDC的二端口示意图。从各种基本的变换拓扑来看，可将其看做两个单向DC-DC变换器反向并联连接，通过改变两个单元的工作状态调节能量的双向流动，因此双向DC-DC变换器在功能上相当于两个单向DC-DC变换器。

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