工厂化育苗温室喷淋设备控制系统的研制

刘伟

摘要：工厂化育苗温室喷淋设备的控制系统多采用有触电开关，极易出现短路和漏电现象。为避免此现象，设计一种采用密封和安全电压供电的控制系统，介绍电路的设计和器件的选用，以及电气部件的防水处理措施，为提高系统的安全性提供参考。

关键词：控制系统；喷淋设备；设计；电路；电气部件

中图分类号：S224.9 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）11-0033-04

我国农业正处在种植结构调整阶段，种植业逐渐向规模化、机械化方向发展，同时带动育苗向工厂化方向发展。苗木培育要实现工厂化生产，必须借助农业机械化和自动化技术。在工厂化育苗生产中，喷淋具有保持土壤和空气湿度、降温、调节小气候的作用，利于苗木生长。育苗大棚依靠人工淋水，存在淋水不均、浪费水源、勞动强度大的问题，不能适应生产发展，需要采用自动化模式。育苗温室空间相对封闭，棚内温度高、湿度大，结露现象普遍。目前，喷淋车控制系统多采用有触电开关，极易因结露而出现短路和漏电现象；同时，高温、高湿环境极易造成金属器件锈蚀，降低控制系统的寿命和可靠性。为此，介绍一种全部采用密封和安全电压供电的设计，旨在提高系统的安全性和可靠性。

1 自走式喷淋车控制原理

自走式喷淋车由电机、减速机、行走轮、车体、喷淋系统和电控箱等组成。自走式喷淋车两侧的行走轮安装在轨道上，由轨道承担其负重；行走轮与减速机连接，靠减速机驱动运转；减速机与电机直联，并全部安装在车体上，与车体成一整体，通过电机—减速机—行走轮带动车体移动。车体上装有喷淋系统，通过车体运动完成苗木喷淋工作。电动机由遥控器控制转动方向，实现喷淋车向前或向后行走。在轨道两端装有接近开关，用以实现喷淋车往返运动和确保喷淋车运行安全。

2 自动往复部分的电力设计

2.1 遥控电路

为追求低成本、高可靠、易维修，选用一款应用十分普遍的专用无线电发射与接收模块制作双通道无线电遥控电路。它能独立控制设备的开启与关闭，而且电路结构非常简单。

遥控发射电路和接收电路市场均有出售。发射电路由TWH9236及少量分立件构成；接收执行电路由遥控接收模块TWH9238、数字电路CD4069及少量分立元件组成。电路结构如图1所示。

A，B，C，D为数据输出端，输出电平与发射器上的4个接键一一对应。未按健时，A-D数据输出端均为低电平。当按下一个键时，对应的数据输出端输出高电平，其余各输出端均为低电平。现假设按下发射器“A”键，对应的A端输出高电平，驱动后端电路执行动作。本机采用6 V直流电压供电。整机遥控发射装置采用广东中山达华电子厂生产的配套TWH9236与TWH9238发射与接收模块，其中无线电发射模块加工成匙扣式，正面有按键，右上角有一个发光二极管用来指示按键；接收模块采用塑壳封装。

2.2 主控制电路

主控制电路采用价格极低的555时基集成电路组成斯密特触发电路，具有线路简洁、动作可靠、输出电流大、价格低廉等优点。NE555是一种应用广泛的8脚时基集成电路，属于小规模集成电路，各集成块引脚如图2所示。

在图2中，各脚的主要功能为：1地GND；2触发；3输出；4复位；5控制电压；6门限（阈值）；7放电；8电源电压Vcc。

NE555时基集成电路应用十分广泛，根据应用和工作方式可分为3类，分别为单稳类、双稳类及无稳类。单稳类主要用于定延时、消抖动、分（倍）频、脉冲输出、速率检测等。、双稳类主要用于比较器、锁存器、反相器、方波输出及整形等。无稳类主要用于方波输出、电源变换、音响报警、玩具、电控测量、定时等。

本设计应用由NE555时基集成电路构成的双稳态电路中典型的斯密特触发电路，其构成特点如图3所示。电路具体设计如图4所示。

在图4中：IN为信号输入端，接光电开关和遥控器运行输出端；OUT为信号输出端，接电机运行控制电路输入端；电路刚通电时，由于C1的存在， IC（555）的6脚获得一正脉冲，其3脚输出低电平，此时C2上无电压；IN端输入高电平时，Q导通，由于C2上低电平作用于IC的2脚，3脚翻转为高电平，并通过R3对C2充电；IN端输入高电平消失后，Q截止，C2充电到Vcc，而IC的2和6脚被R1和R2偏置于1/2Vcc，3脚高电平状态保持不变；IN端再次输入高电平，Q再次导通，C2上电压使IC的6脚电压大于2/3Vcc，3脚又翻转为低电平；IN端输入高电平消失后，Q截止，C2上电压通过R3及IC的3脚放电，2脚和6脚的电压仍为1/2Vcc，3脚低电平状态维持不变。

由此可见，每按一次操作键，IC的3脚的高、低电平就变换1次，对应的洒水车运动方向改变1次。

2.3 电机正反转控制电路

电机控制采用三相交流固态继电器，其输入端接主控制电路输出端OUT（控制电路图如图5所示）。当主控电路输出低电平时，Q截止，三相交流固态继电器正转端高电平，电机正传；主控电路输出高电平时，Q导通，三相交流固态继电器反转端高电平，电机反传。如此操作，可实现洒水车前进和后退。

三相交流固态继电器的参数如下：

控制电压：3—32 V（DC）；

控制电流：10～68 mA（DC）；

通态漏电流：≤10 mA；

通态降压：≤2V（AC）；

断态时间：≤10 ms。

三相交流固态继电器的特性为：双向可控硅输出，模块内设置硬件和软件互锁；输入回路和输出回路之间是光隔离；红、绿发光二极管指示正、反转工作状态；内置阻容吸收回路；输入端和输出端之间隔离耐压≥2 500 V；性价比较高，应用广泛。

三相交流固态继电器控制回路与强电回路彻底分离，安全性强，且其无触点控制电机，不存在因湿度大而漏电的现象。

2.4 光电开关

本设计利用光电开关控制行程。对射型光电开关由发射器和接收器组成，其工作原理是：发射器发出的光线直接照射接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间时，光电开关产生开关信号。

在喷淋车轨道2端点设置不透明物体，当喷淋车光电开关进入时，隔断光线照射，光电开关接收端输出一个高电平送入主控电路IN端，使主控电路输出翻转一次，喷淋车往回运行。光电开关工作时，发送器对准目标发射光束，光束是经过调制的，通过半导体光源发光，不间断地发射或者改变脉冲宽度。接收器由光電二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。其后面是检测电路，能滤出有效信号，并据此判断是否有遮断，避免外界光线干扰。光电开关可在野外或有灰尘的环境中使用，其结构如图6所示。

2.5 运行电路

出于安全原因设计了运行电路，保证喷淋车在待机状态时车体无电压，电路结构如图7所示。

未按下遥控器的停止钮时（机器控制板停止钮K也没有按压），SCR1不导通，电路Vcc没有输出，整机控制部分没有得电，不工作。按压遥控器停止钮（机器控制板停止钮K按压），控制器输入端高电平通过R2或V+电压经R1，K，VD1为SCR1提供触发电流使其导通，向整机提供Vcc。由于电容两端的电压不能突变，因而SCR2在控制器输入端高电平或按下K时不导通，电流经R4，VD2向C充电。控制输入端再次输入高电平或再次按下K时，电容C上的电压为SCR2的触发电压，使SCR2导通，SCR1的阳极电压降低，SCR1截止，停止供电。电容C通过R3，SCR2的控制极、阴极进行放电，电路恢复到原来状态。如此操作，使遥控器实现一键开机和一键停机。

3 电气安全措施

考虑到温室大棚内的高温、高湿环境极易造成结露，故电气设计为强电防水，不仅电路设计和器件选用强调防水，电气部件也做防水处理。其中：电机做密封处理；增加强制冷却设计；整机电控部分采用固态继电器；电控板采用环氧树脂封装；所有控制触点采用接近式开关，并做防水处理。通过上述处理，确保电气部分安全可靠参考文献

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Abstract： Rainmaker control system of industrialized seedling production usually with electric shock switch， short circuit and leaky is easy to occur in it. In order to avoid this phenomenon， a kind of sealed and safe voltage power supply control system was designed. This paper introduced the circuit design， device selection and waterproofing treatment measures for electrical components， which provided reference for improving the security of the system.

Key words： control system； rainmaker； design； circuit； electrical components