基于单片机的花椒采摘器控制系统设计

行 调 整 ．
１．下刀头 ２．上 刀头 ３．偏 心轮—连杆机构 锥齿轮机构 ５．减速直流 电机 ６．外壳 ７．霍尔传感器 ８．直流电机驱动板 ９．蓄电池 １ ｎ控制器
图 １基于单片机花椒采摘器基本 结构 示意图 基 ｒ单片机 的花椒采摘 器控制方 案如 图 ２所示 ，主 要由 单片 机模块 、电源模块 、按键启停模块 、按键 调速模 块 、测速模块 、电机驱 动模块 等几部分组 成 ，采摘人 员作 业时用 手握 住外 壳 ，通过 启停按 钮控制 果摘 器的启动 和停止 ；通过调速按 钮控制 电机驱 动器 的加 减速脉 冲 ，进而控制 电机的转速 ，通过传 动机构控制 剪切 刃 口的开
摘器能按 采摘要求运 行 ，本 系统采 用单 片机控制减 速电机 ．通过传 ２．１系统控制 器。根据系统控制要求 ，主要 实现转速可调 以及过
动机构控制 卜刀头按 一定速度往复运动 ．从而将 花椒 果柄剪断。此 载保护控制 ，所 以采用 小型单 片机可 以满足控 制 系统要 求 ，本系统
方案 南于速 度便 于控制 ，既能够避免 剪刀对枝 叶及花椒 的伤 害 ，又 选用 ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ单 片机作为控制 器的核心 。ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ是宏
能提高采摘效率
晶公 司生产 的一种低功 耗 、高性能 ＣＭＯＳ ８位 微控制器 ，具有 ８ ｋ
在系统可编程 Ｆｌａｓｈ存储 器 ，性价 比高｝ｑ。可实 现对传感器输 入的转
速信息 以及键 盘输入 的按键 信 息有效 处理 ，并在信 息处理后 通过
输出 ＰＷＭ脉冲控制电机驱动芯片进行Ｔ作 ，以便于对电机转速进
小 ，采用直 流电机驱动方案更 易于实现单片机 的控制 ，并且易 于实 按下停止按键 ，整个 系统应停止运行 。主程序流程图如图 ６所 示。
现速度控制 ，功率也能达 到要求 。直流电机选用 ２４Ｖ减速直 流电 机 ，调速方案采用 ＰＷＭ调速 ，驱动芯片选用 ＬＭＤ１８２００驱动 电路 ，
开 始 一
分地 区已成 为农 民支柱性产业 ．成 为当地农 民主要经济收入 之一 Ｉ。 行实时检测 ，在剪切过程 中如果遇到 刃 口卡死的情况 下造 成电机
对花椒 采摘 的要求较 高 ，人１ 采摘 时要用 手掐断果穗 柄 ，采摘 不 当 堵转 ，可 以实现 对电机 过载保护 。整个 系统 的供 电方式采用 ２４Ｖ蓄
动 强 度 、
关键 词 ：采摘 器 ；单 片机 ；手持 式 ；ＰＷＭ调 速
中图分 类号 ：￥２２５．９３
文献标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ：２０９６—４３９０（２０１ ８）２７—０１４２—０２
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花椒具有很高的食用及药用价值，在我国种植面积较广 ，在部 合速度 ；并 由测速传感 器将测得 的转速 数据送 入单片机 ，对转 速进
椒采摘器 ，如电磁式 、负压式 、锯齿式等 ，但是有些不便于控 制 ，体积
较大 ；有些 会伤 害花椒及芽苗 、枝 口 。根据花椒采摘要求 及花椒簇
式生长 的特 点 ，设汁了一种基于单 片机 的花椒采摘 器控制 系统 ，该
系统控制 灵活方便 ，采摘 效率较高 ，不伤害枝 叶 ，采摘下来 的花椒不
图 ３ ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ单片机最小 系统
基 金项 目 ：陇 东学 院青 年科技 基金 资 助项 目（项 目编 号 ：ｘｙｚｋ１６２４） 作 者 简介 ：吴 治荣（１９７９一），男 ，陕西 靖边人 ，硕士 研 究 生 ，陇 东学院讲 师 ，研 究 方 向 ：农 业 电 气化 与 自动化
２０１８．２７科 学技 术创 新 一１４３一
电路连接如图４所示，工作电压为 １２－４８Ｖ。ＬＭＤ１８２００是专用于直
流电机驱 动 的 Ｈ桥 组件 ，正常工 作 电流 可达 ３Ａ，具有很 强的驱动
能力 ，所需 的调速脉 冲信号是 由单 片机的 的 Ｐ１口输 出 ，ＬＭＤ１８２００
２．２直流 电机驱 动电路 。对于采摘器 的驱动 ，采用的方 案有步进 便 向电机驱动器 输 出 ＰＷＭ脉 冲 ，系统开始 工作 ，此时还要 扫描速
电机驱 动 、直流 电机驱动 、交流 电机驱 动等方 案 ，考 虑到 刀头输 出 度设定按键 ，进行速度设定 ，同时要将霍尔传感器采集得到的速度
速度要平滑稳定，还要有足够的功率剪断花椒果柄，重量轻 、体积 值在单 片机 内部进行计算并与设定 值进行 比较 ，确定是否过 载 ，当
一 １４２一 科 学技 术创 新 ２０１８．２７
基 于单 片机 的花椒采摘器控制 系统设 计
吴治 荣 董登 文 （陇 东学 院电 气工程 学院 ．甘肃 庆 阳 ７４５０００）
摘 要 ：针 对 目前 花椒 人 工采 摘效 率低 ，速 度慢 ，提 出一 种基 于单 片机 的 手持 式花椒 采 摘 器控 －ａ４系统 ，该采 摘 器控制 系统通 过
单 片机 控制 直 流 电机速 度 大小 ，进 而通 过 传动机 构控 制采 摘 刀 头的速 度 ，实现 了采摘 器按 设 定速 度 自动 剪切 ，采摘 速 度 可 以灵 活
控 制 。 实际采摘 结 果表 明 ，该 采摘 系统 与人 工 采摘 相 比 能有 效减 小 采摘 器对 花椒 及 枝 叶 的伤 害 ，且 能提 高采 摘 效 率 ，降 低采 摘 劳
掺杂枝叶等杂 质 ，能实现 自动剪切 。
１总体设计方案
基 ｝：单 片机 花椒采摘 器总体结构 如图 １所 示 ，主要 由刀头部
分 、传 动机 构（偏心轮一连杆机构 、锥齿轮机构 ）减速 电机 、单 片机控
图 ２控 制 系统方案 图
制 系统 、直流 电机 及驱动电路 、蓄电池等 部分组成 。为保证 花椒采 ２ 硬件部分
会压 破花椒 果实 的油 胞而 降低其 色 、香 、昧 等品 质 ，影 响经 济价 电池供电 。
值 。而 且采摘 时还要保护叶片 ，花椒采 收后 叶片生成 的养份全部转
Ｊｌ＝＝｛停 ｉ
向营养积 累。当前 ，花椒成熟后 的采摘工作 大部分 依靠人工 完成 ，
效率低下 。采摘过 程叶１，花椒刺极易划伤人体秘。目前 已有不少 的花