触摸屏在自动移栽机检测系统中的应用设计

刘云 韩长杰 郭辉 周艳生 刘宇

摘要：现有的自动移栽机未设置对工作状态信息进行检测和显示的装置。设计一个由触摸屏和PLC组成的自动移栽机检测系统，将触摸屏作为人机交互界面，利用触摸屏反应速度快、易于交流等特点，使上位机和下位机进行通信连接。传感器采集移栽机的工作状态信息，通过触摸屏实现移栽机动作信息显示、数据信息显示和报警信息显示的功能。测试表明，触摸屏可显示移栽机的实时工作状态信息，当出现异常时能及时通知报警，并在触摸屏上显示故障点，方便工作人员查找故障。

关键词：触摸屏；移栽机；显示；检测

中图分类号：S223.9 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）04-0024-04

目前，移栽机还没有一个能将工作状态信息进行检测与显示的装置，工作人员在驾驶室内无法及时地了解移栽机的工作信息。当出现故障时，只能靠人为提醒来获知移栽机的故障信息，而且难以查找故障点，延误排障时间。触摸屏是一种以显示屏作为显示、输入设备的装置。随着信息技术的发展和推动，触摸屏技术开始应用于农业，给农民的生产带来极大的方便。将触摸屏技术应用于移栽机，使用通信传输的方式将移栽机的工作信息传输到触摸屏显示，可以使操作人员在驾驶室内实时了解移栽机的工作状态。

1 移栽机的结构及工作过程

移栽机的结构如图1所示。其工作过程为：人工将穴盘苗放在穴盘移位机构上，当移动到机械手取苗位置时，机械手取苗；取苗后机械手运动到喂苗位置，当随动苗筒移动到机械手正下方时，机械手将穴盘苗喂入到随动苗筒；当随动苗筒与柔性输送苗筒机构同步时，穴盘苗落入到柔性输送苗筒；随着柔性输送苗筒的转动，穴盘苗被逐个喂入到栽植器的吊篮内，由栽植器栽入土穴中。

2 系统的界面设计

根据移栽机工作原理，将界面显示的内容设置为6个模块：主界面、移栽机简介、数据显示、动画显示、报警显示、帮助。其中数据显示、动画显示和报警显示是该系统显示的主要部分。该系统选用了以高性能、低功耗CPU（主频600 MHz）为核心的TPC7062Hi触摸屏，触摸屏界面采用MCGS组态软件进行设计，应用组态功能将移栽机的工作信息以动画、图表、数字等形式显示出来。触摸屏界面设计框图如图2所示。

2.1 数据显示界面设计

该界面包含对移栽机各部件取喂苗数量、工作量等数据的显示。移栽机在作业时，因受环境的影响和条件的限制，取苗、喂苗的成功率不可能达到100%，操作者通过该界面可了解各部件穴盘苗的取喂情况。该界面还显示工作量、系统运行时间、移栽株距等数据信息，方便操作者实时了解移栽机的工作量信息。界面中的移栽株距和拖拉机行进速度是输入量值，在开机时设定数值，便于工作量信息的准确显示。

2.2 动画显示界面设计

通过动画显示模块可以了解移栽机各部件的实时动作状态。触摸屏的动画显示模块包括机械手的动作画面、柔性输送苗筒的动作画面和栽植器动作画面3个界面。机械手包括夹苗准备、夹苗、取苗、喂苗准备、喂苗、喂苗后返回6个动作，机械手动画界面会显示相应的动作状态。柔性输送苗筒包括与随动苗筒同步、转动、喂苗3个动态，柔性输送苗筒动画显示界面实时显示其动作状态。栽植器虽然为旋转运动，但可表示为栽苗和准备栽苗2个状态，采用动画按钮功能将栽植器的动作状态显示在触摸屏上，栽植器动画显示界面还设有栽苗提示指示灯，每当有苗栽入土穴时，对应的指示灯会闪烁，提示栽苗。3个显示界面中有相互切换的按钮，通过主界面进入动画窗口时，默认为进入机械手动作画面界面窗口。图3和图4分别为机械手动画显示界面和栽植器动画显示界面。

2.3 报警信息显示界面

移栽机在工作时会出现取苗、喂苗或栽苗异常的现象，当出现异常时，操作人员在驾驶室内不能及时发现。报警显示模块不仅提供实时报警功能，还能帮助操作人员快速查找故障点。报警信息包括实时报警信息和历史报警信息。实时报警界面主要由报警指示灯和报警滚动条组成。移栽机正常工作时指示灯显示绿色，当出现异常时对应的报警指示灯变红，提示报警。历史报警界面中的报警浏览表格可记录报警的次数、对象、报警时的当前值以及报警描述等信息。实时报警界面和历史报警界面之间可通过按钮相互切换，通过主界面进入报警窗口时，默认为进入实时报警界面窗口。图5和图6分别为实时报警界面和历史报警界面。

3 变量设置

界面设计完毕后，根据显示内容增加设备通道，并对界面的组态构件进行变量连接，使接收的信息显示在触摸屏上。触摸屏对数值输入的设置可间接修改PLC内部寄存器值，从而改变移栽机的工作信息值。变量设置使触摸屏与PLC建立对应关系，将外部信息在触摸屏上显示。

设备通道地址的设置要与PLC中的输入/输出、寄存器等地址对应。通道设置的具体方式：打开MCGS软件，在设备窗口的设备管理选项中选择通用串口父设备和西门子S7-200PPI，进入西门子S7-200PPI设备编辑窗口，增加需要的设备通道，将新增的设备通道快速连接变量，在变量连接方式里设置变量连接方式、数据对象、通道个数等，即可完成通道设置。通道设计见表1。

增加的通道信息会同时保存在实时数据库中。实时数据库中的数据是系统自定义的字符型变量，使接收的外部信息传到触摸屏后变成触摸屏内部数据变量进行输出。实时数据库中的报警变量需要设置成允许报警项，将需要报警的变量组成一个组对象，每一个报警项都是组对象的成员，都在报警信息的显示列中。最后将实时数据库里的数据与设备窗口中的组态构件建立对应关系，完成设置。如机械手取苗数的显示框，数据的连接变量为机械手取苗数（即C6）。

4 通信连接及测试

4.1 通信连接

该系统使用的PLC为S7-200SMART PLC，TPC触摸屏和PLC之间通过RS-485串口通信。通信接口如图7所示，串口引脚的定义见表2。

TPC触摸屏与PLC采用RS485转换器连接，TPC触摸屏的RS485接口7正8负与PLC编程口的3正8负连接，如图8所示。

4.2 系统测试

为了验证系统的可靠性，对该系统进行相关测试。把设计好的组态工程下载到触摸屏，将触摸屏与PLC连接，系统供电后运行。测试过程中观察可知：移栽机各部件实际取喂苗数量与触摸屏上显示的数据信息一致；移栽机各个部件的动作状态可在触摸屏上以动画形式实时显示；当出现故障时，触摸屏上对应的报警指示灯闪烁，提示报警。系统测试如图9所示，出现异常时历史报警界面显示如图10所示。

5 结语

综合吊篮式自动移栽机的工作状态，设计一个基于上位机显示的检测系统。将触摸屏技术应用于移栽机，使移栽机的工作状态以动画、数字、图表等形式显示。测试表明，该系统运行稳定，可实时显示移栽机的工作状态，工作人员在驾驶室内即可了解移栽机的工作状态。

参考文献

[1] 张英才，于伟.触摸屏在设施农业灌溉施肥智能化中的应用[J].自动化与仪表，2009（8）：49-52.

[2] 刘瑞.触摸屏技术及其性能分析[J].装备制作技术，2010（3）：69-70.

[3] 韩兵.触摸屏技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2008.

[4] 黄戈里.MCGS组态技术的应用研究[J].煤炭技术，2012，31（1）：65-67.

[5] 陈进，季园园，李耀明.基于PLC和触摸屏的联合收割机监控系统设计[J].仪表技术与传感器，2014（7）：78-81.

[6] 狄敬国，李秀美.基于PLC、变频器和触摸屏技术的温室大棚控制系统设计[J].农业装备技术，2012，38（5）：39-41.

[7] 褚进华，马友华，李英杰，等.触摸屏技术在测土配方施肥中研究和应用[J].农业网络信息，2010（7）：12-15.

[8] 张守波.触摸屏的原理及在嵌入式系统中的应用[J].黑龙江水利科技，2005，33（1）：5-6.

[9] 赵晓伟，韩长杰，郭辉，等.辣椒穴盘苗自动移栽机的设计及田间试验[J].甘肃农业大学学报，2015（6）：165-169.