2YZS自走式烟草移栽机落苗检测系统的设计

2YZS自走式烟草移栽机落苗检测系统的设计

摘要：为将秧苗按时、按序、准确地送到投苗口，在2YZS自走式烟草移栽机上安装了投苗检测系统，该系统以ATMEGA64单片机为核心，LCD1602为显示器，片内RAM和EEPROM为数据存储介质，利用片内10位AD采集传感器信号和片内8位PWM合成DA输出。实现了信号的采集、存储，并设计报警系统，可以防止漏苗、无苗现象的发生，从而明显改善机械作业的可靠性和自动化水平，为烟草的增产打下基础。

关键词：2YZS自走式烟草移栽机；落苗检测系统；ATMEGA64单片机；自动化

目前，我国自主研制使用的栽植机械多以半自动为主，且处于起步阶段[1]。提高移栽机的自动化程度和可靠性成为现在许多科研工作者的研究热点课题。

将秧苗按时、按序、准确地送到投苗口是有序移栽的关键工序，其移箱装置是有序移栽机的关键部分之一[2，3]。投苗装置是移栽过程中关键部件之一，它直接决定投苗的可靠性和投苗频次。在移栽机上安装投苗检测系统，可以将烟苗按时、按序、准确地送到投苗口，防止漏苗、无苗现象的发生，从而明显改善机械作业的可靠性和自动化水平，为烟草的增产打下坚实的基础。针对以上情况设计了投苗检测系统。

1 移栽机落苗检测系统的介绍

1.1 检测系统安装位置的选择

信号采集部分可以使用光敏元件，如光敏电阻、光敏管、光电池等，将检测到的光信号转换为电信号进行后续处理。选择光敏元件的基本原则为：依据设计的结构和有利于信号采集的原则，以及对传感器灵敏度、响应特性、线形、稳定性、精确性等进行选择[4]。其安装情况如图1，将光敏元件安装在位置8处，直接接收来自钵苗体下落时由于位移变化带来的信号，因安装在钵苗下落与固定导苗管碰撞点的反方向，因此有利于保护光敏元件。

1.2 检测系统的工作过程

系统以ATMEGA64单片机为核心，LCD1602为显示器，片内RAM和EEPROM为数据存储介质，利用片内10位AD采集A、B输入通道的数据，利用片内8位PWM合成DA输出，实现了信号的采集、存储与回放[5]。主要工作过程如图2，检测系统数据经过调理电路后一路送至单片机的AD，另一路经比较器送至单片机的捕捉引脚，单片机完成信号捕捉后，将捕捉频率经过处理送至定时器定时启动AD；单片机在AD和捕捉中断到来之前显示和进行键盘处理；当单片机检测到按键信号到来后，停止AD采样并启动PWM合成信号输出。

2 移栽机落苗检测系统的设计

2.1 输入输出电路的设计

由于ATMEGA64单片机的AD不能输入负电压，为了提高测量的准确性，需要将传感器输入信号先经过放大，然后再做加法运算，使负电压变成在AD基准范围内的单极性电压。具体实现电路如图3。

若输入UB1信号为-100～100 mV的电压信号，信号经过集成运放放大20倍，变成-2～2 V的电压信号，用2 V基准做加法运算得到0～4 V的UOB1电压信号送至单片机AD进行采样。

2.2 信号频率测量电路的设计

比较器采用LM339，UO2A引脚信号发送到单片机的捕捉引脚。经过调理后的信号UI2A送进电压比较器的同相端。电压比较器的反相端利用二极管的物理特性给比较器提供一个0.6 V左右的基准源，当UI2A信号低于0.6 V时，LM339的反相输入电压高于同相输入电压，比较器输出低电平，当UI2A大于0.6 V时，LM339电平发生正跳变，单片机打开捕捉功能，当第二个跳变到来的时候单片机停止捕捉。单片机发生两次捕捉之间的时间就是信号的周期（图4）。

2.3 报警系统的设计

当发生故障时，为防止在嘈杂环境中驾驶员听不到声音警报，还设置了灯光报警信号，同时还利用指示灯指示故障所在行。系统采用发光二极管（LED）作为指示灯，为区分堵塞和漏种两种不同故障，采用了红色和黄色两种颜色的LED，红灯闪烁时表明出现漏种现象，而黄灯闪烁时表示发生了堵塞故障。报警电路如图5。

发光二极管具有体积小、抗冲击和抗振性能好、可靠性高和寿命长等优点。可以在低电压、小电流下工作，而且损耗功率小，光输出响应时间短，工作频率高达100 MHz。常用的发光二极管的工作电压UW为 1.5～2.5 V，电流为5～15 mA，工作电流太大或太小都不能正常发光。在系统设计中6个发光二极管的工作电流处于正常工作范围内，其最大工作电流为：

Imax=■=■=10.6 mA

最小工作电流为：

Imin=■=■=7.6 mA

2.4 显示电路设计

系统显示选择了LCD1602显示器。具体电路如图6所示。

2.5 软件设计

主控制芯片为ATMEGA64，由于处理器速度较快，所以采用C语言编程方便简单，单片机完成初始化后，进行电压、频率等信息的计算和显示，同时等待用户按下回放按键，等用户按下回放按键后，AD停止采样，并将采集到的数据送PWM。

3 小结

采用移栽机落苗检测系统对移栽机具进行实时监测后，大幅度提高了烟草移栽机的自动化程度和移栽质量，解决了漏苗、无苗的问题，使烟苗移栽效率大大提高。

系统采用单片机控制，对其稍加改造，可用于插秧机、播种机等机械的工作状态监视。若在移栽机落苗检测系统中设计一个自动补苗系统则可以更显著地提高工作效率。

参考文献：

[1] 王娟平.玉米穴播穴施水机自动控制系统设计[D].陕西杨凌：西北农林科技大学，2005.

[2] 邵琰，钱东平.STC89C52RC单片机在幼苗移栽机控制系统中的应用[J].农机化研究，2010（5）：121-124.

[3] 黄操军，陶冶，许秀英.基于SDI-12的播种机种肥监测传感器研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2012，24（2）：80-83.

[4] 郑家龙，王小海，章安元.集成电子技术基础教程[M].北京：高等教育出版社，2007.

[5] 林丽君，黎小桃.单片机原理及其应用[M]. 南昌：江西高校出版社，2008.