智能粮食扦样机控制系统的研究与设计

裴勇

摘要：针对目前粮食扦样机存在的问题，设计一种智能粮食扦样机控制系统。该系统由STC51单片机控制，可为扩展其他应用程序提供应用接口，实现自动随机扦样，样品代表性强，人员的参与程度小，工作效率高。

关键词：粮食扦样机；智能；设计；控制系统；扦样点

中图分类号：TS210.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）05-0052-02

随着社会的发展及国家农业政策的扶持，一批种粮大户及合作社逐渐采用集约化、产业化方式生产粮食，送粮方式由袋装畜力车向大型机动车散装转变，增加了化验抽样的劳动强度。机械扦样机能够降低劳动强度、提高效率，但大多采用人工操作，抽样点不尽合理，也给人工“作弊”提供了可乘之机。将机械扦样机改造为程控型，使扦样点布局科学合理、无死角，随机自动扦样，防止人为干扰，是解决上述问题的有效措施。

1 机械扦样机存在的问题及解决方案

大中型粮食企业配置的机械扦样机有门字形和旋转型。门字形扦样机控制简单，扦样速度快，但占地面积大；单臂旋转式扦样机操作控制复杂，但基本不受场地限制，被大多数粮库采用。充分利用现有资源，以最简单、最经济的方法，通过少量投资实现现有粮食扦样机的升级改造，具有一定的现实意义。解决单臂旋转式扦样机的自动控制问题，可使上述问题迎刃而解。

1.1 问题分析

单臂旋转式扦样机一般采用电机驱动执行，可划分为升降、旋转、进退、取样4种动作。多数扦样机没有升降动作。升降是为了使扦样杆长度适应大小不同车型而增加的控制动作。自动控制时必须解决极限位置、运动距离信号检测问题，需要的输入/输出端口较多，布线非常困难，通过继电器控制的难度较大。

1.2 解决方案

如果以单片机作为桥梁，通过编程解决控制问题，与上位机的数据通讯采用无线传输方式，布线将会非常简单，容易实现，更能降低成本。因此，采用计算机遥控测控系统间接控制执行继电器的方案。

1.3 设计思路

根据GB 5491-1985的要求，预设每点扦样的辐射面积为7.50 m2，辐射半径1.55 m。大型车一般为13.0 m×2.5 m，两相邻扦样点的最近距离控制在2 m之内，完全能够满足扦样要求。

系统设计时，根据大中小车型的长度，每种车型设计20组以上扦样数据，每组数据包含的扦样点数为：大型车10～13点、中型车5～9点、小型车3～5点。事先将这些数据存入计算机后，实际扦样时计算机就会根据输入的车型，随机产生一组扦样数据，并由无线传入单片机中。数据格式一般为：开始-地址-命令-数据1-地址-命令-数据2-...地址-命令-数据n-结束。

1.4 典型扦样点分布示意图

升降的目的是适应大小不同车型的扦样高度，以减小扦样杆的总长度。大型车的一组扦样点分布如图1所示。扦样点至少包含1～2个车厢角，并尽量使2个扦样点位于同一轴射线上，以提高效率。

2 智能粮食扦样机控制系统的工作过程

该控制器适用于单臂旋转的扦样机，除包含原有手动扦样功能外，还能够自动控制扦样机的升降、旋转，以及扦样杆的移动及吸粮动作，并按设定的参数随机自动分组扦样。控制系统结构（不包括手持遥控操作器）组成如图2所示。

2.1 工作原理

系统采用STC89C58RD+单片机。为保证运行可靠，单片机系统配备独立电源，输入/输出部分均采用光电隔离。设置6个极限位置信号，作为动作的原点，在3个动作方向的电机轴部各安装一个测量圆盘，圆盘四周均匀打孔，通过对圆盘孔计数，即可运算出行进的距离。使用低温电子开关作为信号检测元件，具有无触点、响应快、寿命长、防尘防水、价格低廉的优点。

2.2 工作过程

在上位机中安装无线RS485收发器及扦样软件，输入车型数据，计算机发出的命令及随机扦样数据通过无线RS485传送给各单片机；单片机首先判断是否本机地址（各扦样小车均具有各自独立的地址，便于多车同时扦样），若是，则按接收的位移数据进行移动，到达设定位置后启动吸粮扦样，依次完成各点扦样，并将动作完成信息上传至上位机。

3 智能粮食扦样机控制系统的接线安装方式

3.1 接线安装方式

控制器具有3组接线端子，分别为电源端、信号端、输出控制端，如图3所示。

电源端接三相交流电源及地线。信号端有6个限位端及3个位移量测量计数端，每组接线端子顺序为：低压直流电源正、电源负、输出。对于输出控制端，其中6个用于连接3个方向的正反向运动继电器控制线圈，3组继电器的线圈均与相对应继电器的常闭触点相串联，防止动作冲突。

3.2 性能特点

软件界面直观、操作简单方便，系统采用SQL数据库管理系统，以C/S两层结构作为软件体系结构，实现远程访问数据。使用C#高级程序设计语言运行于.NET Framework之上。客户端适应在WINDOWS98//2000/XP系统上运行，便于为检斤、结算、封闭化验及其他后续开发提供应用接口；扦样数据根据车型随机产生，减少了人工干预程度；能控制在三维坐标（θ，r，y）内运动，旋转范围±90 °，扦样无死角，样品代表性强；具有可扩充性，最多可同时控制扦样臂上3个独立的扦样器，大大提高扦样速度。

4 结论

该控制器基于单片机STC89C58RD+采用模块化设计，结构简单、运行可靠、满足要求、工作效率高，具有较高的性价比，对保证农户与企业间的公平交易具有重要意义。

参考文献

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