精密播种器实验测控系统开发

测控工程学课程设计说明书姓名：学号：班级：专业：学院：时间：2010.12.20～2010.12.28地点：机械工程学院机房指导教师：目录测控工程学课程设计任务书 (1)一、前言 (2)二、试验台主要工作部件参数设计 (3)2.1种床长度的确定 (3)2.2种床带前进速度的确定 (3)2.3排种盘转速的调整范围 (3)2.4种床带传送装置驱动电机功率的确定 (3)2.5排种器驱动电机功率的确定 (4)三、系统硬件组成 (6)3.1驱动电机的选择 (6)3.2变频器的选择 (6)3.3底板、控制器、I/O模块的选择 (8)3.4上位机的选择 (8)3.5排种器试验台结构 (9)四、系统软件设计 (10)4.1系统设置 (10)4.2i o C o n t r o l编程 (10)4.3i o D i s p l a y编程 (18)五、总 结 (23)参考文献 (24)测控工程学课程设计任务书设计题目：1. 温度测试控制实验系统开发（单号）2. 精密播种器实验测控系统开发（双号）设计目的：学会测控系统的分析、设计及实现，能用软件进行测控系统的开发。

设计要求：1.学会如何从设计任务出发进行测控系统的分析与设计；2.掌握传感器及其数据采集控制模块的选型与使用；3.学习并掌握测控系统软件开发方法，学习并掌握一种测控系统开发软件；4.进一步加深对《测控工程学》及相关课程知识的理解；5.写一份测控工程学课程设计说明书。

设计成绩评定标准：设计成绩由三部分组成：平时成绩占20％，面板图和程序框图设计占40％，说明书占40％。

一、前 言人类社会进入了信息时代，作为信息获取、测量、控制、监视与显示的测控系统，无疑是一种极其重要的信息控制工具，受到广泛重视。

随着计算机技术、电子技术与自动化技术的快速发展，基于P C与单片机、P C与智能仪器、P C与P L C、P C与P C I数据采集卡、P C与U S B数据采集模块、P C与分布式I/O模块、P C与C A N总线模块、P C与无线数据传输模块、P C与G S M短信模块、虚拟仪器以及I n t e r n e t网络等组成的测控系统应用范围涉及国民生产的各行各业。

由于现代信息和测控技术在农业中的应用，精细农业近十年来在世界范围内引起了越来越广泛的注意。

播种作业是农业生产中最基本最重要的一环，目前大多数播种方式仍采用撒播和条播，单位产量较低，精密播种技术是播种技术的一个重要发展方向。

精密播种不仅可以节约种子，节省工时，有利于田间管理，而且能使种植作物时所需的资源(如种、肥、水)得到充分的利用，从而能大大提高作物的产量 。

播种机是执行播种作业的主要机具，其性能好坏直接关系到农作物的生产和产量。

而排种器是播种机上的关键部分，它的性能的好坏直接决定了播种机的性能好坏，因此在播种机的设计和实验过程中对排种器性能进行充分的实验和检测，是保证播种机质量的重要一环。

在我国，精密播种技术是农业部大力推广节本增效工程技术的主要内容之一，所以国内外对精密播种机特别是排种器的研究方兴未艾。

在排种器的设计和试验过程中，排种器实验台是不可缺少的试验设备，其中实验台排种器的转速是排种器设计的主要参数之一，速度调节是排种器实验台的主要功能。

排种器在国内的发展趋势主要有以下几个方面：1、加强所有产品结构参数的优化和改进设计；2、重视破碎机理的试验研究；3、开展可靠性试验分析,注意室内台架试验研究和计算机模拟和仿真研究；4、采用各种先进的监视和检测装置；5、提高精密排种器的转速以适用高速作业；6、加强产品性能检测和质量监督工作。

可编程自动化控制器（P A C）凭借兼顾I P C和P L C优势的特点，在短短的几年时间，P A C已经取得了非常迅猛的发展。

很多国际自动化巨头也介入了这个领域，P A C也逐渐成为了很多客户在组建自动化系统的时候必然考虑的解决方案。

采用i o P r o j e c t或P A C P r o j e c t软件与o p t o22公司硬件产品相结合组成的P A C测控系统对排种器各参数进行检测是进行精密排种器研究的不错选择。

二、试验台主要工作部件参数设计2.1种床长度的确定考虑到本排种器试验台采用机器视觉方法测得粒距，试验中可进行不问断的测量、实时采集、处理图像和存储数据。

试验标准上必须1次连续测得超过250个粒距样本的要求，一段很短的种床带就可以满足。

然而，有时希望还能从种床带上直观地观察一小段排种实况，而种床带刹车后还会运行一段距离。

基于以上两个方面，把种床带有效长度定为l0m较合适。

该种床带周长20.83m、宽0.7m、厚0.04m。

2.2种床带前进速度的确定当前，国内外的中耕作物精播机作业速度一般都在5-8k m／h左右，部分先进的气力式播种机可达l0-l2k m／h。

一般说来，速度超过l O k m／h，播种质量就有明显下降的趋势，且试验标准要求，播种机试验前进速度为1.0—3m／s(3.6一l0.8k m／h)。

排种器试验台的设计，除了满足现有播种机的实际速度要求之外，还应提高其测试范围，从而种床带前进速度确定为1.5—14k m／h。

2.3排种盘转速的调整范围从现有国内外先进的中耕作物精播机的作业速度来看，其前进速度在12k m／h时，则对应的排种盘转速一般在20～200r／m i n之间。

所以，本试验台排种盘转速调试范围为15～300r／m i n。

2.4种床带传送装置驱动电机功率的确定从结构上看，本排种器试验台的种床带传送装置是属于皮带输送机，其背面设计了突起肋条限制跑偏，并配有张紧和托辊装置。

工作时，种床带处于匀速滑动状态，因此可粗略计算驱动种床带传送装置平移运动所做的功，来确定驱动电机功率。

计算电机额定转矩(1)运动中滚筒所需的驱动扭力1F为19.80665388.83F G f N=×=(1-1)式中 G——种床带总质量，G=61k g；f——橡胶带与钢的动摩擦系数，f=0.65。

(2)滚筒的驱动转矩1M为1155.4M F R N m=×=(1-2)式中 R——滚筒半径，R=0.1425m。

(3)电机的额定转矩M为01/27.70M M i N m == (1-3)式中 i ——电机与滚筒传动比，i =2。

计算电机额定功率(1)滚筒在种床最大前进速度下的转数m N 为/2252/min m m N V R r π== (1-4)式中 V m ——种床带最大前进速度，V m =14k m ／h 。

(2)在种床带最大前进速度下驱动电机的转数504/min m N N i r =×= (1-5)由于采用专用变频电机，电机频率范围内大部分处于恒功率工作状态,电机额定功率P 0为： 00/9550 1.46P M n kw =×= (1-6)因此，选取2.2k W 的专用变频电机较为适合。

验算种床带启动转矩 种床带启动扭力2F 可为20478.56F Q f N =×= (1-7)式中0f 一橡胶带与钢的静摩擦系数，0f =0.8。

种床带启动转矩2M 为2268.20M F R N m =×= (1-8)电机的启动转矩Q M 为21/34.10Q M M I N m == (1-9)所选2．2k W 专用变频电机的启动转矩是额定的转矩的1.8倍，因此该电机启动转矩是足够的。

2.5 排种器驱动电机功率的确定播种机上排种器大都为地轮驱动，单个排种器的排种盘转动所需转矩最大约为12.75N m 。

排种器驱动电机的额定转矩0M 为032/ 6.337M M i N m == (1-10)式中 3M ——排种盘所需最大转矩，3M =12.75N m ；2i ——电机与排种轴传动比， 2i =2。

由于也是采用专用变频电机，则电机额定功率0P 为0P 2/600.408m N M kw π== (1-11)式中 m N ——排种盘最高转数，m N =300r ／m i n 。

因此，选取1.5k w 的专用变频电机较为适合。

图2-1 实验台工作过程三、系统硬件组成图3-1系统硬件系统组成3.1驱动电机的选择Y系列三相异步电动机主要特点是全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有高效、节能、起动转矩大、噪声低、振动小、可靠性高等特点。

其功率等级及安装尺寸完全符合I E C标准。

主要技术指标-工作方式 S1； 电 压：三相380V；电机能承受额定转矩的50%过载，历时1分钟；绝缘等级：B级。

典型应用：Y系列三相交流异步电动机是一般用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各种机械设备，如机床、水泵、风机、压缩机、运输机、搅拌机、农业机械、矿山机械等。

选择了由上海力超有限公司生产的型号为Y100L-6，功率1.5k w,电流4A，转速940r/m i n，工作制S1,重量33k g,绝缘等级B级。

3.2变频器的选择变频器主要用于交流电动机(异步电机或同步电机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案。

目前，中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低，制造工艺和效率都不高。

但随着中国加入W T O，产品质量和生产效率都需要面临国际竞争，因此提高设备控制水平至关重要。

由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。

除了具有卓越的调速性能之，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。

作为交流电动机变频调速用的高新技术产品，各种国产和进口的通用变频器，在国民经济的各部门得到了广泛的应用。

所谓通用一词，有两个方面的含义:一是这种变频器可以用来驱动通用型交流电动机，而不一定使用专业变频电动机;二是通用变频器具有各种可供选择的功能，能适应许多不同性质的负载机械。

通用变频器也是相对于专业变频器而言的，专用变频器是专为某些有特殊要求的负载机械而设计制造的。

如某些纺织专业变频器，要求其输出频率在额定频率上、下平滑的作周期性变化，变化的周期和幅度都可以调节(俗称横动功能)。

又如电梯专业变频器，要求可以四象限运行;要求频率的上升和下降速率呈S 型，以使电梯轿厢平稳的加速和减速。

专用变频器的价格一般较贵，大部分负载机械都选用通用变频器。

变频器系统选用海利博公司生产的H L P 07D 543B 变频器，其内建R S 485串联通讯界面，可设定的控制参数达113个，通讯埠位于控制回路端子。

通讯协议采用R S 485串行通讯，R S 一485采用平衡发送接收方式，具有传输距离长(最大可达1200m )、抗干扰能力强和多站能力的优点。

因此， 只需一个R S 485串行口就可以与一个变频器网络相连，并统一由一台主机进行控制。