基于电机驱动的玉米精量播种机智能化株距控制系统设计

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1、2015年9月农机化研究第9期基于电机驱动的玉米精量播种机智能化株距控制系统设计蒋春燕，耿端阳，孟鹏祥，李玉环(山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博255049)摘要:由于传统玉米播种机作业过程中存在的地轮打滑问题，严重影响玉米播种均匀性和玉米的产量。为此，开发了以单片机为控制中心、开关型霍尔传感器为测速元件、步进电机为动力源，利用触摸屏输入种子粒距以实现播种参数的显示，采用信息无线传输技术，通过实时控制步进电机的转速来带动排种器按需排种的玉米精量播种机智能化株距控制系统。关键词:智能化;精播;株距;

2、播种机+中图分类号:S223．24文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)09－0100－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.0220引言随着免耕播种技术的不断推广，玉米播种环境发生了很大变化。在播种过程中，经常出现因为地轮滑移导致排种速度和拖拉机前进速度不一致使株距合格率下降的问题，且传统的株距调节一般都采用齿轮调节，调节麻烦、精度不够。基于上述存在的问题，笔者研制了基于电机驱动的玉米精量播种机株距智能控制系统。其采用开关型霍尔传感器来不断测量拖1．开沟器2．

3、覆土器3．步进电机4．种箱5．排种器6．仿形机构及地轮7．机架及手柄8．模拟轮拉机前进速度，经单片机控制使步进电机转速及排种图1样机单体结构图轴转速与拖拉机前进速度保持一致，可随时调节株Fig．1Structureofprecisionplanterunit距，从而使播种株距满足要求。1．2控制原理及系统组成1玉米精播机单体结构及控制原理控制系统的作业原理:利用霍尔传感器采集拖拉机的行进速度，获得的速度信号经传感器内部电路处1．1样机单体结构理后输送给单片机;单片机根据输入的株距计算处理单体样机主要由开沟器、

4、种箱、排种器、步进电后得到应输送给步进电机驱动器的脉冲数，从而使步机、覆土器、仿形机构和地轮、模拟轮(用来模拟拖拉进电机转速与拖拉机前进速度保持一致，以达到均匀机前轮，测量机具前进速度)，以及机架和手柄(用来排种的目的。［1］代替拖拉机头，提供前进的动力)等组成。样机单该控制系统主要由单片机模块、无线传输模块、体结构示意图如图1所示。人机交流模块及驱动模块等组成。其控制系统结构试验时，将磁钢均匀地贴在模拟轮上，开关型霍图如图2所示。尔传感器安装在正对磁钢的位置，用以测量播种机的前进速度。另外，为了获得相对准确

5、的机组前进速度，应将尽可能多的磁钢贴在拖拉机前轮上。收稿日期:2014－09－14基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD20B09)作者简介:蒋春燕(1989－)，女，山东烟台人，硕士研究生，(E－mail)695482655@qq．com。图2播种机控制系统结构示意图通讯作者:耿端阳(1969－)，男，陕西澄城人，教授，硕士生导师，(E－Fig．2Structureofcontrolsystemoftheseedermail)njdygxt@163．com。由于单片机具有体积小、质量轻、价

6、格便宜、功耗·100·2015年9月农机化研究第9期［5］低、控制功能强及安装方便等优点，故本方案采用了放大器、施密特触发器、输出晶体管组成。信号经深圳宏晶推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的芯片内部处理电路后，得到一个单片机可以识别的稳STC89C52ＲC单片机，其片内带8kB的ＲOM和定数字电压信号。其测速原理图如图3所示。512Byte的ＲAM，与传统的8051单片机完全兼容。考虑到拖拉机驾驶室和排种装置之间存在一定距离，采用有线传输会使控制线路变得较为复杂。为简化线路和增强系统的抗干扰性，本设计决定

7、采用两个单片机控制单元，一个装在拖拉机驾驶室里边，另一个安装在排种器附近，两个控制模块之间采用NＲF24L01+芯片进行信息的传输。主机模块主要完成机组前进速度的采集及人机交流等功能，从机模块［2］主要实现对排种器转速的调节。考虑到播种机作业过程可能需要因维修保养、故障排除等原因而临时停车、地头提升转弯及运输状态等实际情况(在这些条件下显然排种器不能继续转动，否则会导致种子的无效排种，浪费种子)，在单片机控制步进电机时，必须考虑镇压轮是否着地。为了解决此问题，该控制系统在镇压轮的底部安装了一个图3霍尔传感器测

8、速原理图Fig．3Thespeed－measuringprinciplediagramofthehallsensor行程开关接在控制系统电路中，只有当排种装置落下该控制系统采用直径为dm的模拟轮代替拖拉机时，开关闭合，控制系统才开始工作。前轮，将获得的模拟轮速度作为拖拉机前轮的行驶速2系统控制硬件设计度。若时间t内测得模拟轮发出的脉冲个数为m个，安装在模拟轮内侧的磁铁数目为N个，模拟轮直径为该控制系