温室旋平机控制研究论文

1旋平工作部件

旋平机构由旋耕刀、旋耕刀辊、平土板和减速器组成，如图1所示。旋耕刀安装在减速箱的刀辊上，该减速箱与机架的槽钢连接固定，平土板固定在该槽钢上。平土板为圆弧型设计，长度为900mm，该板可以上下自由调节，可根据温室内作业条件和土质情况调整平土板的高低。该机采用蓄电池作直流电源，在机器的前端设置旋耕刀。旋耕刀由直流电机驱动减速器带动旋转，行走由旋耕刀旋温室地面地产生向前运动的力带动，但是由于产生的动力不足，在机器的后部防陷轮上加入电机，驱动防陷轮行走，从而推动旋平机前进。调节部分由两个电动推杆分别推动代轮板上的推动杆来调节旋平机构以及整机的高低;调节高低的驱动信号由激光接收信号给电气控制箱内的控制器控制电推杆动作。在旋平机工作时，电动推杆根据激光测控系统发送的指令伸缩，通过电推杆推动代轮板运动使旋平机构平行于激光发射器扫描而形成的基准平面。被电动推杆推动的代轮板为有一定弧度的滑板，该板可以实现精确调整，同时与地面接触面积比较大，可以有效地减轻镇压。当遇到低洼的地面时，激光接收器接收到信号后，经过控制器，控制电动推杆收缩，使整机以后轮为支点而抬高，旋平组件抬高，从而使多余的土填补在低洼的地面上，当遇到高坡的地面时，电动推杆伸长，旋平组件降低，从而推走高坡的土，使地面平整。电推杆调平机构如图2所示。

2控制系统硬件

系统硬件主要由激光发射器、激光接受器、控制器和电推杆驱动执行部件等组成，如图3所示。控制器以微处理器为核心，依据系统的功能要求，根据激光接收器传输的位置偏差信号，发送相应的控制信号对温室电动旋平机的电推杆调节系统实时控制，使其始终保持水平前进。系统采用基于ARM核的微处理器LPC2102，该芯片采用非常小的48脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC，以及SPI串行通信接口等丰富的片内外设资源。使用LED显示、电机驱动、激光传感器等元件实现整机自动控制，硬件具体连接如图4所示。该调平控制系统使用电推杆伸缩模块，与单片机共阴连接，可实现电推杆伸缩调整。电推杆伸缩输入控制端共阴接法如图5所示。

3控制系统软件

调平激光发射器，设置激光旋转速率后，开启旋平机，使旋平机开始正常工作，激光接收器检测到经过滤光处理的光信号后，光电传感器把光信号转换为电信号传递给控制器，控制器判断旋平部件的水平偏差，通过调节电推杆调整旋平部件高低，使旋平部件平行于基准平面，如激光接收器没有检测到信号，则说明地表平整，无须进行调整。其主程序控制流程图如图6所示。

4旋平试验及分析

4．1旋平试验旋平机主要工作部分参数:旋切速度300r/min;旋切幅宽0．9m;作业深度0．15m;整机高度调解范围20mm;生产率3m2/min;旋平精度±10mm/100m。采样面积为10m×10m，采样间隔为10点/m2。旋平实验时，首先安装激光发射器，并保证其精度，然后把其置于特制三脚架初找平，并将控制器控制面板上的数值清零。手动调整激光接收器的位置使其能正常接收发射器的信号，旋平机开始旋平作业。旋平作业完成后，测量旋平地面并记录数据，如表1所示。依据表1的试验数据，利用Origin软件模拟旋平试验地形图，如图7所示。4．2试验分析计算平均相对高程，即h=∑i=10，j=10i=1，j=1hij/100=1．28其中，hij为表1中采样数据(cm)。土地平整精度通常采用田块内所有测点处地面相对高程的标准差Sd来定量描述。则Sd=∑i=10，j=10i=1，j=1(hij－h)2/(n－1槡)其中，n为采样点的总数。所测地块平整精度标准偏差值不超过0．9cm，符合温室地表对平整精度的要求。

5结论

温室电动旋平机是集光、机、电为一体的自动化自动旋平设备，采用蓄电池作为动力，节能环保;以单片机为核心组建激光测控系统，电推杆调平机构实现整机调平，既能旋耕又能平整温室地表。试验表明:该机旋平精度高，满足温室设施农业要求。

本文作者：刘江涛崔保健姜海勇工作单位：河北农业大学