取苗機構控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、<p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　第一章 緒 論2</b></p><p>　　1.1 研究的目的和意義2</p><p>　　1.2本課題所涉及的問題在國內外研究現(xiàn)狀及分析2&

2、lt;/p><p>　　1.2.1 國內穴盤育苗移栽機控制技術的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2 國外穴盤育苗移栽機控制技術的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 本課題需要重點研究的內容4</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體設計5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設計任務介紹5<

3、;/p><p>　　2.2 系統(tǒng)概述6</p><p>　　2.3 系統(tǒng)基本功能模塊7</p><p>　　2.3.1 單片機輔助電路7</p><p>　　2.3.2 開關量輸入模塊9</p><p>　　2.3.3 氣缸驅動模塊10</p><p>　　2.3.4 同步帶電機

4、驅動模塊12</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的軟件設計14</p><p>　　3.1 軟件設計概述14</p><p>　　3.2.1 編程軟件的介紹15</p><p>　　3.2.2 使用Keil C51編寫仿真程序16</p><p>　　第四章 Proteus仿真18</p>

5、;<p>　　4.1 Proteus單片機仿真概述18</p><p>　　4.1.1 進入Proteus ISIS18</p><p>　　4.1.2 工作界面18</p><p>　　4.2 繪制系統(tǒng)電路圖19</p><p>　　4.3 KeilC與Proteus連接調試20</p>&l

6、t;p>　　第五章 系統(tǒng)干擾設計21</p><p>　　5.1 硬件抗干擾設計21</p><p>　　5.2 軟件抗干擾設計21</p><p>　　第六章 總結與展望22</p><p>　　6.1 總結22</p><p>　　6.2 展望22</p><p&g

7、t;<b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　附錄24</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　自動取苗機構是穴盤苗自動移栽機的關鍵機構之一,為提

8、高移栽機的自動化程度，通過對自動移苗機控制系統(tǒng)的功能分析，以單片機為控制核心，結合各種氣動裝置和步進電機等元件．對控制系統(tǒng)的硬件和軟件進行了設計，編制了相應的控制程序，實現(xiàn)了取苗機構的自動準確拔苗、放苗。</p><p>　　Summary: Auto-transplanter is one of the key mechanism of the automatically taken automatically

9、 plug seedlings transplanting machine. With the purpose of improving the transplanting machine automation ，After the function analysis of the machine’s control system．the control system is designed by microcontroller．Wit

10、h the assistant of all kind of pneumatic equipment，stepping—motor and so on，detailed research is done to the hardware and the software of the control system，and achieve the targets of p</p><p><b>　　朗讀&

11、lt;/b></p><p>　　顯示對應的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　字典</b></p><p>　　關鍵字：單片機 自動控制 取苗機構 移栽機 </p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 研究的目的和意義

12、</p><p>　　隨著兵團加工蕃茄、線辣椒、棉花移栽的需要,減少定苗人工用量，提高經(jīng)濟效益，需設計一種配合移栽機需求的穴盤育苗自動取苗機構自動控制。移栽是當前田間生產的主要栽植方式，但我國生產的幼苗自動移栽機，大都屬于半自動機器。幼苗仍需人工供給，不僅勞動強度大，工作效率低，而且作業(yè)質量難以保證。因此要實現(xiàn)幼苗移栽的自動化，必須解決幼苗的供給問題。</p><p>　　世界人口日益增加

13、，蔬菜等農產品的需求量也日漸增長，世界各國對農業(yè)生產的發(fā)展都給予了極大的重視和關注。世界人口日益增加，蔬菜等農產品的需求量也日漸增長，世界各國對農業(yè)生產的發(fā)展都給予了極大的重視和關注。人工移栽勞動強度大、效率低，而機械化移栽能減輕種植戶的勞動強度,提高作業(yè)效率，以便達到增產、增收的目的，因此實現(xiàn)移栽作業(yè)的機械化已成為我國農作物移栽種植中迫切需要解決的問題。目前，一些發(fā)達國家生產的移栽機具通用性較強，工作可靠性較好，但其結構復雜，造價也比

14、較昂貴，而國內適用于大面積移栽的幼苗移栽機還不成熟，因此，研制適應我國國情的移栽機具，對轉變我國農業(yè)生產中勞動密集型的特點,降低生產成本,節(jié)約勞動力具有理論和實用價值。</p><p>　　移栽機核心部件—— 取苗機構的設計。穴盤苗嬌嫩易傷， 而取苗機構是直接與苗坨接觸的工作部件，其設計要基于苗坨的物理和生理特性，在保證成功提起和放置苗坨的情況下， 使其具有一定的柔性，以減少穴苗損傷率和苗坨破碎率。設計時應著重考

15、慮的因素有夾持指數(shù)量、夾持指形狀、夾持力及動作實現(xiàn)方式。 目前，國外的一些移栽機械手雖然具有良好的移栽效果，但結構復雜、成本偏高、通用性差，只適用于某一類穴盤苗的移栽。因此，提高通用性、簡化機構及降低制造成本是移栽取苗機構設計需要解決的關鍵問題。若取苗機構夾持指針的張開角度和入土深度可調，其通用性必將有很大程度地提高。</p><p>　　1.2本課題所涉及的問題在國內外研究現(xiàn)狀及分析</p>&l

16、t;p>　　1.2.1 國內穴盤育苗移栽機控制技術的研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國70 年代開始研制裸根苗移栽機，最早用于甜菜移栽，80年代研制成半自動蔬菜移栽機，同時也從國外引進了多種適合于移栽蔬菜煙葉甜菜等經(jīng)濟作物的移栽機械，但均因育苗技術落后，配套性能差，以及機具本身性能不穩(wěn)定和生產率低等原因，都未得到推廣使用，近幾年來，隨著育苗技術的發(fā)展，以及勞動力成本的上升，推動了移栽機械的研制開發(fā)工作，目

17、前國內已經(jīng)研制開發(fā)的缽苗移栽機主要以半自動為主，全自動移栽機因結構復、成本高，目前尚處在研究起步階段。</p><p>　　我國臺灣省研制的移植288×288cm＾2 格草花種苗穴盤移苗機，穴盤移苗機，每次移苗作業(yè)時，一次可平行移植6株種苗到下方軟缽中，移栽速度與自動軟缽上缽機的作業(yè)速度配合。該種苗移植機主要由控制系統(tǒng)、觸摸屏人機接口、種苗穴盤供盤機構、穴盤定位機構、種苗夾持機構和軟缽與托盤定位輸送帶等

18、組成。其后方自動取苗機構是由步進，電機驅動的，夾持機構則是以氣壓驅動，所有動作都采用可編程邏輯控制器plc 進行順序控制，并可進行單步控制。</p><p>　　吉林農業(yè)大學研究了一種空氣整根自動移苗機。根據(jù)溫室生產特點，溫室全自動移栽機采用雙秧盤結構與秧盤輸送帶結構2種形式 。雙秧盤形式的下部不是輸送帶，而是一個大的秧盤框。育苗秧盤位于上部，由全自動落苗機構將秧苗移植到下部大秧盤或輸送帶上的花盆中。移栽機設有選

19、擇開關，可適應多種尺寸的秧盤，移栽機的操作移栽機的移行機構由步進電機驅動，置精度很高，移栽的全部工作由單片機控制。移栽機的操作鍵可裝在一個很小的控制盒上，用電纜與移栽機相連，可以在一定范圍內對移栽機遙控,操作簡單，使用維修方便。</p><p>　　農業(yè)大學2001級碩士研究生孫剛 ,對生菜自動移苗機進行了初步研究，設計了一套龍門式的移苗機構，采用運行ｕC /OS 一II 嵌入式操作系統(tǒng)的16位微控制器作為核心控

20、制系統(tǒng)。在移苗機構 、移苗手爪的設計和機構穩(wěn)定性等方面還有待完善和提高。</p><p>　　中國農業(yè)大學2003 級碩士研究生強麗慧 ,對生菜 自動移苗機進行了改進研究 ,主要從三維輔助設計和理論研究角度對移苗機進行 了改進設計 。首次設計了傾斜插縮一垂直取放移苗裝置，為改善移栽，準確性，設計了位置傳感器和步進電機驅動同步帶移苗裝置 。</p><p>　　沈陽農業(yè)大學張詩 、田蘇博等2

21、007年分別對穴盤苗 ，自動移栽機的移栽機械手和控制部分進行了研究，應用ADAMS對機械手進行了運動學仿真及合成運動的軌跡分析，確定了最優(yōu)工作速度，驗證了機械手設計的合理性，完成了穴盤苗移栽機械手樣機的試制。</p><p>　　1.2.2 國外穴盤育苗移栽機控制技術的研究現(xiàn)狀</p><p>　　穴盤苗移栽機技術的研究開發(fā)始于 20 世紀 80年代， 到目前為止，穴盤苗取苗過程的實現(xiàn)方

22、式有兩種，一種是依托現(xiàn)有工業(yè)機器人的穴盤苗自動移栽機，另一種是研制獨立機電系統(tǒng)的穴盤苗自動移栽機。</p><p>　?。?）以工業(yè)機器人為本體的穴盤苗自動移栽機</p><p>　　以工業(yè)機器人為本體的穴盤苗自動移栽機是最簡單的實現(xiàn)移栽作業(yè)的種植機械。它主要利用工業(yè)機器人的機械本體和控制器，并安裝能完成移栽的末端執(zhí)行器、視覺傳感器，以組成一個移栽機器人系統(tǒng)。</p><

23、;p>　　1987 年美國奧本大學 Kutz 等人設計的苗圃植物移栽機器人，其本體為 Puma 560 機器人，末端執(zhí)行器為自主設計的平行夾持指夾苗機構，可以將種苗從 392 孔穴盤移栽至 36 孔的生長盤中。利用電腦輔助設計系統(tǒng)模擬實際作業(yè)情況結果表明：穴盤與生長盤排放的相對位置對作業(yè)效率影響較大，穴盤與生長盤并排放置時移栽效率最高。</p><p>　　1992 年 K.C.Ting 和 Y.Yang

24、等人研制的移栽機器人以四自由度工業(yè)機器人 ADEPT—— SCARA 為本體，帶傳感器的滑移指針（ Sliding Needles with Sensor 簡稱 SNS ）夾持器為末端執(zhí)行器。其位于頂部的視覺傳感器檢測穴苗的位置，力覺傳感器可避免 SNS夾持器夾苗時用力過大而損傷穴苗， 在苗盤相鄰的情況下，移栽單個苗的時間為 2.60～3.25 s。該研究證明了應用移栽機器人實施移栽作業(yè)的可行性。</p><p>

25、;　　(2) 以獨立機電系統(tǒng)為主體的穴盤苗自動移栽機</p><p>　　為了智能擴張和提高農業(yè)機器人的柔性生產能力，許多專家針對農業(yè)生產的不同特性而研制出的穴盤苗自動移栽機具有獨立機電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常由機械部分和控制部分組成。</p><p>　　1995 年日本研制的 PT6000 型移栽機器人是第臺識別有無缺苗的移栽機器人，專用于穴盤苗移栽。這種機器人的取苗部分主要部件包括機械手和插

26、入式拔苗器 ，工作時，穴盤輸送系統(tǒng)將穴盤苗移動至拔苗器下方 ，經(jīng)光電傳感器檢測，在穴孔內無缺苗時， 拔苗器將穴苗抓起，用機械手帶動到空的盆狀容器所在位置。</p><p>　　2001 年韓國 K.H.Ryu 等人借助笛卡爾坐標系開發(fā)出一種育苗移栽機器人，其取苗部分由步進電機、氣缸、氣動卡盤和夾取指組成，電機的作用是使指針在夾取前旋轉至適當?shù)奈恢?，以避免夾苗時損傷葉片，氣缸的作用是推動指針插入苗坨，氣動卡盤的作用

27、是通過開合來實現(xiàn)對穴苗的抓取、保持和釋放當土壤濕度較低時，該機械手移栽就不能很好地完成移栽任務，為此 Ryu 等人針對這一問題進行了改進，改進后的夾取器的2 個手指成 15 每個手指均由 1 個氣缸驅動，其靈活性和可靠性有所提高，但結構相對復雜。</p><p>　　2002 年韓國 W.C.Choi 研制出一種蔬菜移栽機其取苗機械手由五桿形成的路徑發(fā)生器 、夾取指針和指針驅動器3 部分構成，樣機試驗證明苗齡，指

28、針插入深度， 夾持位置和抓苗速度對移栽成功率均有影響 ，每分鐘抓 30 株 23 d 苗齡的苗，成功率為 97%。</p><p>　?。?）投入生產實踐的穴盤苗自動移栽機</p><p>　　澳大利亞 Transplant Systems 公司生產的 XT616型移栽機是茶葉穴盤苗專用移栽機系列之一。該移栽機體積相對較小、可靠性和靈活性較高適用于大型育苗生產線和中小育苗戶。XT616 型

29、移栽機之所以成為一種開放式農業(yè)機器人的典型，體現(xiàn)在3個方面：1）采用可編程控制器實現(xiàn)對驅動裝置（步進電機、氣缸）的控制，只要保留足夠的接口，便可控制足夠自由度的機械部分或接收傳感器信號，通過簡單的更改程序，便可調整機械手末端的動作幅度，配有多種不同規(guī)格的機械手末端執(zhí)行器，以適應不同規(guī)格的穴盤苗移栽，提高了移栽本體的利用率，輸送平臺可折疊，可充分節(jié)省空間及成本。</p><p>　　荷蘭飛梭公司生產的PIC-O-M

30、at PC-11/4自動移栽機的夾苗裝置為指針插入式結構，1個機械臂上有4個夾苗裝置，移栽速率為6000株，是人工移栽速率的6-7倍。</p><p>　　1.3 本課題需要重點研究的內容</p><p>　　（1）根據(jù)取苗機構及其工作原理，確定需要檢測的輸入量及需要控制的輸出量。根據(jù)系統(tǒng)性能指標要求，確定系統(tǒng)控制方式及硬件控制電路中單片機以及外圍芯片。

31、 </p><p>　?。?）根據(jù)系統(tǒng)方案，設計單片機硬件系統(tǒng)，并完成系統(tǒng)原理圖，設計相應的外圍電路。</p><p>　　（3）根據(jù)接口電路設計定制，應用 Keil C51 開發(fā)環(huán)境進行控制系統(tǒng)軟件部分的開發(fā)與調試，并使用Proteus軟件進行仿真。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體設計</p><p>

32、　　2.1 系統(tǒng)設計任務介紹</p><p>　　該設計的主要任務是結合其機械結構及移栽動作過程,設計一種配合移栽機需求的穴盤育苗自動取苗機構的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其自動取苗過程。</p><p>　　取苗機構在移栽過程中承擔拔苗作業(yè)，是自動移栽機重要的一個機構。移苗機構由下幾部分組成：移苗執(zhí)行裝置、移動臂、 導軌和同步帶驅動部分，如圖2-1-1所示 。</p><p&g

33、t;　　同步帶 2.電機 3.行程開關 4.導軌 5.移苗氣缸 6.移苗針 7.機械臂 8.同步帶輪 9.張緊裝置</p><p>　　圖2-1-1 取苗機構</p><p>　　該設計中采用的思路是：做一套機器系統(tǒng)來模仿人工取苗的動作，完成如下幾個移栽過程（圖2-2-1）：</p><p>　?、偈忠苿拥矫绫P待移的苗的上方；</p>&l

34、t;p><b>　?、谑窒陆?；</b></p><p><b>　?、凼肿プ』|：</b></p><p>　?、軐⒁圃悦缦蛏习纹?；</p><p>　　⑤將移栽苗平移到幼苗輸送帶相應的位置；</p><p>　?、迣⒆セ|的手松開；</p><p>　?、呤痔?，完成

35、一次移栽作業(yè)。</p><p>　　1.穴盤臺2.苗盤 3.取苗手臂 4.幼苗輸送帶 5.移栽路徑 </p><p>　　圖2-2-1 取苗工作過程示意圖</p><p>　　該取苗機構工作原理：</p><p>　　取苗執(zhí)行裝置與移動臂相連接。同步帶驅動部分開始運轉時，同步帶帶動移動臂及取苗執(zhí)行裝置在導軌上做往復運動，根據(jù)移苗需要，導軌的相

36、應位置上均安裝了行程開關，當同步帶電機正轉移動臂運動到與需要拔苗的孔穴相應的行程開關位置時，移動臂上的小滾輪將行程開關壓下，產生位置到達的脈沖信號，同步帶驅動電機停止轉動，移動臂和移苗執(zhí)行裝置開始執(zhí)行拔苗任務。拔苗完成后 同步帶電機反轉，移動臂開始反向移動，移動臂運動到幼苗傳送帶相應的行程開關位置時，移動臂上的小滾輪將行程開關壓下，產生位置到達的脈沖信號 同步帶驅動電機停止轉動移動臂和移苗執(zhí)行機構開始執(zhí)行放苗任務。</p>

37、<p><b>　　2.2 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　圖 2-2 系統(tǒng)控制原理框圖</p><p>　　本文所述系統(tǒng)原理如圖2-2所示。系統(tǒng)設計工作原理為：將裝滿移栽苗的穴盤放在苗盤臺固定位置上，按下取苗機啟動按鈕，取苗機開始工作。取苗機構上的步進電機開始轉動，在步進電機的帶動下，同步帶帶著移苗機構在導軌上運動。當運動到拔苗位置，行程開關被壓

38、下，步進電機停止轉動，機械手臂伸出，之后，移苗氣缸伸出，連接在移苗氣缸端部的6組針隨之扎入6棵苗的基質中，機械手臂縮回，完成拔苗。步進電機反向轉動，移苗機構向幼苗傳送帶方向移動，當運動到床上的位置時，壓下相應的行程開關，步進電機停止轉動，機械手臂伸出，移苗氣缸縮回，之后機械手臂縮回。完成一次移苗。每移完一個穴盤的全部幼苗，其他機構暫時停止工作，進行換苗盤。不需要換苗盤的話，同步帶步進電機繼續(xù)正轉，將移苗機構送到相應位置繼續(xù)移苗。<

39、/p><p>　　2.3 系統(tǒng)基本功能模塊</p><p>　　通過對取苗機構分析可知，自動取苗機構的主要動作由受電磁換向閥控制的氣缸執(zhí)行，因此取苗機控制系統(tǒng)首先要能控制電磁換向閥按預定的時序開閉，從而完成取苗過程。其次，機械臂及取苗機構的位移是通過步進電機的轉動來驅動的，所以必須控制步進電機使其精確運動。作為一個完整的控制系統(tǒng)還應具備控制自動移苗機的初始狀態(tài)、啟動、停止等功能。綜合起來，移

40、苗機的控制系統(tǒng)需要完成的功能如下： </p><p>　?。?）控制電磁換向閥按相應的位置開關，從而驅動執(zhí)行機構按預定的動作工作，完成整個移苗過程： </p><p>　?。?）控制步進電機按照要求的時間和方向； </p><p>　?。?）控制機械手臂的初始位置和各個氣動元件的初始狀態(tài)； </p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)控制原理圖把整個系統(tǒng)分

41、為4個功能模塊，其分別為單片機輔助電路、開關量輸入模塊、氣缸驅動模塊、同步帶電機驅動，下面分別接受各模塊組成及功能。</p><p>　　2.3.1 單片機輔助電路</p><p>　　2.3.1.1晶振電路</p><p>　　AT89C52單片機芯片的內部有片內振蕩電路，但必須外部附加電路才能形成時鐘。在XTAL1和XTAL2引腳之間外接晶體振蕩器和電容組成的

42、諧振電路就可以使內部振蕩電路產生自激振蕩。為了保證振蕩器的穩(wěn)定可靠工作，應盡可能使晶體振蕩器和電容靠近單片機芯片，以減少寄生電容。圖2-3-1是80C51單片機片外震蕩器電路圖，外接晶體(選用陶瓷諧振器)以及電容CYl和CY2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度穩(wěn)定性。晶體可在1．2MHZ-12MHZ之間任選，電容CYI和CY2

43、的典型值在5PF～30PF之間選擇，對時鐘頻率有微調的作用，典型值通常選擇為30PF左右(這是對應的時鐘頻率為12MHZ)。在設計印刷電路板時，晶體或陶瓷諧振器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠的工作。</p><p>　　XTAL1 XTAL2</p><p>　　圖2-3-1-1 晶振電路</p><p&g

44、t;　　2.3.1.2復位電路</p><p>　　C51單片機通常采用上電自動復位和開關復位兩種方式。上電復位如下：</p><p>　　在通電瞬間，+5V加到RST端，然后，電源通過電阻R對電容C充電，RST端出現(xiàn)正脈沖用以復位。一般晶振頻率為12MHz時，取C=10μF，R=8.2kΩ。</p><p><b>　　手動復位電路如下：</b&g

45、t;</p><p>　　2.3.1.3電源電路</p><p>　　考慮到控制系統(tǒng)須安裝在移栽機上，并隨移栽機在田間工作，因而不可能采用 220V 交流電變壓為5V 直流電來供電?？刹捎玫碾娫词菫橥侠瓩C所裝備的12V 電瓶，但此電壓不穩(wěn)定，因此需要設計由 LM7805 降壓型穩(wěn)壓芯片將12V 轉變?yōu)榉€(wěn)定的5V 電壓的電路，為系統(tǒng)提供電源，電路圖如圖2-3-1-3所示。</p>

46、<p>　　圖2-3-1-3 電壓轉換電路圖</p><p>　　本電源設計有＋12V 電壓通過電解電容器 C6 作為濾波器，從而消除毛刺，使電平趨于平穩(wěn)，輸入到集成開關穩(wěn)壓器 LM7805 的輸入端，LM7805 輸出穩(wěn)定電壓為＋5V，能夠驅動 3.0A 的負載。LM7805 的功耗非常低，只要很小尺寸的附加散熱片。LM7805 在指定輸入電壓和輸出負載條件下保證輸出電壓的±4%誤差，以

47、及振蕩器頻率的±10%的誤差。還包含了外部的關斷電路，具有 80μA 待機電流。輸出開關包括電流限制以及在故障情況下提供完全保護的熱關斷功能。</p><p>　　2.3.2 開關量輸入模塊</p><p>　　自動取苗機構的整個工作過程包括：拔苗、放苗。按下啟動按鈕以后，取苗機構在機械臂的帶動下在導軌上作往復運動，在相應工作位置完成拔苗、放苗過程中，拔苗或放苗時機構動作都一樣

48、，只是工作位置在不斷發(fā)生變化，他們的工作位置由十二個行程開關來控制。這十二個行程開關對應著十二個工作位置如圖2-3-2-1所示。</p><p>　　13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 </p><p>　　圖2-3-2-1行程開關位置示意圖</p><p>　　在導軌

49、上固定了十二個行程開關(如圖2-3-2-1所示)。它們分別與苗盤上的每列苗穴一一對應。也代表了移苗機構的十三個工作位置。一到十二與穴盤上的十二列苗穴對應，代表了移苗機構的十二個拔苗位置，十三代表了幼苗輸送帶放苗位置。</p><p>　　根據(jù)工作的先后順序，取苗機構工作位置順序如下：位置1一位置13一位置2一位置13一位置3一位置13一位置4一位置13一位置5一位置13一位置6一位置13一位置7一位置13一位置8

50、一位置13一位置9一位置13一位置l0一位置13一位置12一位置13，換苗盤繼續(xù)取苗工作。</p><p>　　2.3.3 氣缸驅動模塊</p><p>　　2.3.3.1 機械臂氣缸驅動</p><p>　　機械臂可以實現(xiàn)移苗機構水平方向、垂直方向的運動，通過兩個垂直安裝的雙軸直動氣缸的軸伸出和縮回來實現(xiàn)移苗機構的上下移動，用電磁閥實現(xiàn)兩個豎直氣缸垂直方向位移

51、，電磁換向閥是氣動控制元件中最主要的元件，它接收電信號使閥換向，達到改變氣體流動方向的目的，進而實現(xiàn)氣缸的伸縮。</p><p>　　一般穴盤苗的移栽高度大約在50—100 mm，為使移苗針能插入幼苗土坨的1/3—2/3，因此，擬確定機械臂氣缸的行程為90mm，防止損傷苗塊，取苗機構運動采用負載能力較小、 動作響應速度更快的氣動系統(tǒng)。，該氣動系統(tǒng)主要由氣缸、電磁閥、會流板、截止閥接頭、氣泵等組成，其氣路原理如圖2

52、-3-4-1。其中A為垂直氣缸。</p><p>　　1、截止閥2、氣源調節(jié)裝置3、匯流板</p><p>　　4-5、單向閥6、電磁換向閥、7-8、消聲器</p><p>　　圖2-3-4-1 氣路原理圖</p><p><b>　　。</b></p><p>　　2.3.3.2移苗氣缸驅動&l

53、t;/p><p>　　移苗機的移苗方案是通過安裝在移苗裝置上的6對移苗針同時對苗盤上一列6棵茁進行移栽。移苗針是直接和苗接觸的部件。結合幼菜苗樣本、基質的參數(shù)測量結果及移苗機構的設計情況，移苗針設計方案如圖2-3-4-2所示。彎曲的角度為1200，安裝在移苗裝置上時，針的下半部與水平面成300角，在移苗裝置上平均分布了6個這樣的移苗針，它們的位置分別與一列苗穴對應。</p><p><b

54、>　　圖2-3-4-2</b></p><p>　　移苗氣缸用來實現(xiàn)移苗針的位移。設計過程中綜合考慮到移苗針的參數(shù)及其扎入基質的角度、機構參數(shù)和已經(jīng)測量的苗、基質參數(shù)，選擇氣缸的行程為30mm。</p><p>　　由于拖拉機電瓶電壓為直流 + 12V，所以采用12V的二位四通氣壓電磁閥來控制機械臂氣缸和移苗氣缸的伸縮運動，電磁閥控制電路如圖2-3-4-2所示</p

55、><p><b>　　機械臂氣</b></p><p><b>　　缸電磁閥</b></p><p><b>　　移苗氣缸</b></p><p><b>　　電磁閥</b></p><p>　　圖2-3-4-3 電磁閥控制電路圖<

56、;/p><p>　　工作原理： 當單片機引腳為5V時，PNP三極管不滿足導通條件處于截止狀態(tài)，即PNP的基極與集電極不通，使得通過電磁的的回路斷路，電磁閥線圈處于失電狀態(tài)，氣缸縮回；當單片機引腳為 0V時流過PNP基極電流為 0, PNP集電極電壓為 12V,即繼電器控制端為 12V,PNP導通,電磁閥線圈得電，氣缸伸出。這種電路就完成了單片機控制氣壓電磁閥的過程。</p><p>　　本系統(tǒng)

57、由于驅動電磁閥工作, 電磁線圈在斷電的瞬間，由于線圈自感作用，會產生很大的反向電動勢，在回路中產生大電流而損壞器件；并聯(lián)二極管，在斷電瞬間與線圈構成回路，對三極管以及回路起到保護作用。</p><p>　　因此，只要編寫程序控制單片機的P2.0，P2.1引腳輸出的電平即可控制氣缸的伸縮與氣爪的開合。</p><p>　　2.3.4 同步帶電機驅動模塊</p><p>

58、;　　當電機轉動時，驅動同步帶轉動，同步帶帶動移動臂在導軌上水平往復運動為了保證同步帶的張緊，還設計了同步帶張緊裝置。進行電機選擇時主要考慮送帶的工作要求，傳送帶一般工作在低速運行狀態(tài)，要求所選電機低速運行平穩(wěn)起停迅速，定位準確?；谝陨弦螅緳C選用步進電機作為傳送帶的驅動裝置。</p><p>　　2.3.4.1 步進電機的工作原理</p><p>　　步進電機是將給定的電脈沖信號轉

59、變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。     　　給定一個電脈沖信號，步進電機轉子就轉過相應的角度，這個角度就稱作該步進電機的步距角。目前常用步進電機的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.9度的進步電機來說，當我們給步進電機一個電脈沖信號，步進電機就轉過0.9度；給兩個脈沖信號，步進電機就轉過1.8度。以此類推，連續(xù)給定脈沖信號，步進電機就可以連續(xù)運轉。

60、由于電脈沖信號與步進電機轉角存在的這種線性關系，使得步進電機在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應用。 </p><p>　?。?）控制換相順序    步進電機的通電換相順序嚴格按照步進電機的工作方式進行。通常我們把通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如，四相步進電機的四相八拍工作方式，其各相通電的順序為 A-B-C-D-A（正轉）或D-C-B-A（反轉），通電控

61、制脈沖必須嚴格這一順序分別控制A,B,C,D相的通電和斷電。 （ 2）控制步進電機的轉向如果按給定的工作方式正序通電換相，步進電機就正轉；如果按反序通電換相，則步進電機就反轉。   （3）控制步進電機的速度如果給定步進電機一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個控制脈沖，它就會再轉一步。兩個脈沖的間隔時間越短，步進電機就轉得越快。因此，脈沖的頻率決定了步進電機的轉速。調整單片機發(fā)出脈沖的頻率，就可

62、以對步進電機進行調速。</p><p>　　2.3.4.1 步進電機的驅動設計 </p><p>　　方案論證與比較：對步進電機的控制和驅動是本設計的重點，設計中受控電機為四相六線制的步進電機（內阻33歐，步進1.8度，額定電壓12V）</p><p>　　方案一：使用多個功率放大器件驅動電機</p><p>　　通過使用不同的放大電路和不

63、同參數(shù)的器件，可以達到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進電機，就需要對四路信號分別進行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當電機的功率較大時運行起來會不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復雜。</p><p>　　方案二：使用ULN2003A芯片驅動電機</p><p>　?。?）ULN2003A簡況</p><p>　　LN2003A也

64、是一個7路反向器電路，即當輸入端為高電平時ULN2003輸出端為低電平，當輸入端為低電平時ULN2003輸出端為高電平，繼電器得電吸合。如圖2-3-4-1所示</p><p><b>　　圖2-3-4-1</b></p><p><b>　?。?）功能特點：</b></p><p>　　工作電壓為5V高電壓輸出50V&

65、#160;輸出鉗位二極管 輸入兼容各種類型的邏輯電路 應用繼電器驅動器</p><p>　　ULN2003芯片可以驅動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。驅動電路如圖2-3-4-2</p><p>　　圖2-3-4-2 步進電機驅動電路連接圖</p><

66、;p><b>　　圖2-3-4-1</b></p><p>　　通過比較，使用ULN2003A芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅動步進電機，且價格不高，故選用ULN2003A驅動電機。而使用ULN2003A時，可以直接用單片機模擬出時序信號，由于控制并不復雜，故選用后者。</p><p>　　由于本系統(tǒng)采用四相四拍的通電方式（A-B-C-D-A），即驅動方式相序

67、如下表1：</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　結合圖2-3-4-2與表1可得出電機正轉相序為0x08,0x04,0x02,0x01反轉相序為0x01,0x02,0x04, 0x08。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　3.1 軟件設計概述</p>

68、<p>　　利用Keil C51語言編寫程序實現(xiàn)單片機信號輸入與控制；利用proteus7.5sp3軟件對單片機的控制進行仿真。</p><p>　　本系統(tǒng)主要是取苗機構動作的順序控制，將裝滿待移栽苗的苗盤放在傳送帶和疏苗盤傳送帶上面，按下移苗機啟動按鈕后，移苗機構上的步進電機開始轉動，在步進電機的帶動下，同步帶帶著移苗機構沿著導軌運動，當運動到密苗盤某一列苗上方時，相應的槽形光電開關被觸發(fā)，同步帶步

69、進電機停止轉動，機械手臂伸出，之后，移苗氣缸伸出，連接在移苗氣缸端部的6對移苗針隨著氣缸伸出分別扎入6棵苗的基質中。機械手臂縮回，6棵苗隨之一起抬起，完成拔苗作業(yè)。</p><p>　　拔苗作業(yè)完成之后，同步帶步進電機反向轉動，移苗機構向疏苗盤方向移動，當運動到疏苗盤對應位置上方時，相應的槽形光電開關被觸發(fā)，步進電機停止轉動，機械手臂伸出，移苗氣缸縮回，落苗，機械手臂縮回，完成一次放苗。</p>&

70、lt;p>　　3.2.1 編程軟件的介紹 </p><p>　　開發(fā)單片機的編程語言主要是匯編語言和C語言。</p><p>　　采用匯編語言編程必須對單片機的內部資源和外圍電路非常熟悉，尤其是對指令系統(tǒng)的使用必須非常熟練，故對程序開發(fā)者的要求是比較高的。用匯編語言開發(fā)軟件程序量通常比較大，采用匯編語言編程主要適用于功能比較簡單的中小型應用系統(tǒng)。采用C語言編程時，只需對單片機的內

71、部結構基本了解，對外圍電路比較熟悉，而對指令系統(tǒng)則不必非常熟悉。用C語言開發(fā)軟件相對比較輕松，因此C語言在單片機軟件開發(fā)中的應用越來越廣，使用者越來越多。當開發(fā)環(huán)境為基于操作系統(tǒng)編程時，編程語言通常采用C語言。本設計即采用C語言編程。</p><p>　　編程的主要流程圖包括取苗和放苗過程，如圖4-2-1所示</p><p>　　Keil C51軟件是眾多單片機應用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集

72、編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、PLM語言和C語言的程序設計，界面友好，易學易用。本設計使用C語言作為單片機編程語言。</p><p><b>　　取苗工作流程圖</b></p><p><b>　　放苗工作流程圖</b></p><p>　　圖4-2-1 系統(tǒng)流程圖</p><p>　　3.2.

73、2 使用Keil C51編寫仿真程序</p><p>　　啟動Keil C51，幾秒鐘后出現(xiàn)編輯界面。</p><p>　　(1) 建立一個新工程</p><p>　　單擊Project菜單，在彈出的下拉菜單中選中New Project選項，出現(xiàn)Create New Project對話框。然后選擇你要保存的路徑、文件夾，輸入工程文件的名字，單擊“保存”按鈕。這時

74、會彈出一個 “Select Device for Target ‘Target 1’” 對話框，要求你選擇單片機的型號，你可以根據(jù)你使用的單片機來選擇，Keil C51幾乎支持所有的51核的單片機。這里選擇Atmel 的89C51。選擇89C51之后，右邊一欄是對這個單片機的基本的說明，然后單擊“確定”按鈕。</p><p><b>　　(2) 編寫程序</b></p><

75、;p>　　單擊“File”菜單，再在下拉菜單中單擊“New”選項。此時光標在編輯窗口里閃爍，這時鍵入應用程序。單擊菜單上的“File”，在下拉菜單中選中“Save As”選項單擊，在“文件名”欄右側的編輯框中，鍵入欲使用的文件名，同時，必須鍵入正確的擴展名，xitong.c，然后，單擊“保存”按鈕。</p><p>　　回到編輯界面后，單擊“Target 1”前面的“＋”號，然后在“Source Group

76、 1”上單擊右鍵，彈出菜單 ，然后單擊“Add File to Group‘Source Group 1’”。選中xitong.c，然后單擊“Add ”按鈕，再單擊“Close ”按鈕。</p><p><b>　　(3) 編譯程序</b></p><p>　　單擊“Project”菜單，在下拉菜單中單擊“Options for Tar

77、get‘Target 1’”選項，出現(xiàn)對話框，選擇Output選項卡，選中“Create HEX Files”項，單擊“確定”按鈕。再單擊“Project”菜單，在下拉菜單中單擊“Built Target”選項（或者使用快捷鍵F7），進行編譯。若有錯誤會在output窗口提示，可根據(jù)此提示，找出錯誤并修改，直至編譯通過，如圖4-2-2所示。</p><p>　　圖4-2-2 編譯通過的xitong工程</p

78、><p>　　第四章 Proteus仿真</p><p>　　4.1 Proteus單片機仿真概述</p><p>　　Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。②支持主流單片機系

79、統(tǒng)的仿真。③提供軟件調試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。④具有強大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。</p><p>　　4.1.1 進入Proteus ISIS&

80、lt;/p><p>　　雙擊桌面上的ISIS 7 Professional圖標或者單擊屏幕左下方的“開始”→“程序”→“Proteus 7 Professional” →“ISIS 7Professional”，出現(xiàn)如圖4-1所示屏幕，表明進入Proteus ISIS集成環(huán)境。</p><p>　　圖4-1-1 進入界面</p><p>　　4.1.2 工作界面<

81、;/p><p>　　Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面，如圖4-1-2所示。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。</p><p>　　如圖4-1-2 工作界面</p><p>　　4.2 繪制系統(tǒng)電路圖</p>&

82、lt;p>　　點擊對象選擇按鈕，選擇電路圖中所用的元器件，右擊分別放置在圖形編輯窗口，擺放好位置，將元器件連線，形成系統(tǒng)圖，雙擊該元件，設置其需要設置的屬性，如某一電阻屬性設置如下：</p><p>　　繪制完整的系統(tǒng)電路圖如圖4-2-1所示</p><p>　　圖4-2-1 系統(tǒng)電路仿真圖</p><p>　　4.3 KeilC與Proteus連接調試&l

83、t;/p><p>　　1、進入KeilC μVision2開發(fā)集成環(huán)境，創(chuàng)建一個新項目(Project)，并為該項目選定合適的單片機CPU器件（如：Atmel公司的AT89C51）。并為該項目加入KeilC源程序。</p><p>　　2、單擊“Project菜單/Options for Target”選項或者點擊工具欄的“option for target”按鈕，彈出窗口，點擊“Debug”

84、按鈕，出現(xiàn)如圖所示頁面。</p><p>　　在出現(xiàn)的對話框里在右欄上部的下拉菜單里選中“Proteus VSM Monitor一51 Driver”,點擊“OK”按鈕即可。最后將工程編譯，進入調試狀態(tài)，并運行。</p><p>　　3、Proteus的設置</p><p>　　進入Proteus的ISIS，鼠標左鍵點擊菜單“Debug”， 選中“use romot

85、e debuger monitor”，如圖所示。此后，便可實現(xiàn)KeilC與Proteus連接調試。</p><p>　　4、KeilC與Proteus連接仿真調試</p><p>　　單擊仿真運行開始按鈕，我們能清楚地觀察到每一個引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍色代表低電頻。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)干擾設計</p><p>　　

86、影響單片機測控系統(tǒng)正常工作的信號稱為噪聲，又稱干擾。在實驗室運行良好的控制系統(tǒng)，在工業(yè)現(xiàn)場使用時，可能由于強大的干擾等原因，使測量信號發(fā)生誤差，導致系統(tǒng)不能正常運行，嚴重的會使有的信號完全被淹沒，使單片機系統(tǒng)無法工作，造成不良后果乃至事故。對于該系統(tǒng)，取苗機構的控制系統(tǒng)承擔者保正移栽機可靠工作的重要任務，對穩(wěn)定性及可靠性的要求更高。因此，對系統(tǒng)采取抗干擾措施是必不可少的。本章從硬件電路設計和軟件設計兩個方面給出了提高系統(tǒng)抗干擾能力的方法

87、。</p><p>　　5.1 硬件抗干擾設計</p><p>　　消除或抑制干擾的途徑為：抑制干擾源、切斷干擾入侵途徑以及增強控制系統(tǒng)的電磁兼容性、降低裝置對干擾的敏感程度。主要的硬件抗干擾措施有： </p><p>　　(1)接地處理：采用正確合理的接地方式是抑制干擾的有效方法。通常是把數(shù)字電子裝置和模擬電子裝置的工作基準地浮空，而設備外殼和箱體采用屏蔽接地。

88、 </p><p>　　(2)信號濾波、去耦和旁路。 </p><p>　　(3)硬件電路合理設計。 </p><p>　　(4)對供電電源采取一定措施。 </p><p>　　本裝置硬件設計中主要做了以下工作： </p><p>　　(1)啟用單片機內部集成的看門狗復位電路?？撮T狗電路需要程序周期性地復位，如果程

89、序跑飛或者其它原因造成程序沒有在規(guī)定的時間內復位看門狗電路，則可以認為程序在執(zhí)行過程中出現(xiàn)問題，看門狗電路就會復位單片機，使系統(tǒng)從初始狀態(tài)運行。保證移栽機執(zhí)行機構不會因為外部干擾而處于不動作或誤動作狀態(tài)。 </p><p>　　(2)電磁閥線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾。僅加續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時間內可動作更多的次數(shù)。 </p>&l

90、t;p>　　(3)合理接地處理。電源地、驅動電源地采用浮地技術，相互不共地。 </p><p>　　5.2 軟件抗干擾設計</p><p>　　系統(tǒng)干擾的最終表現(xiàn)形式為軟件故障，使系統(tǒng)不能按照預期運行，或者控制失靈，誤動作出現(xiàn)。因此，使用軟件抗干擾技術來提高系統(tǒng)的可靠性就顯得十分必要。 該設計中軟件抗干擾所研究的主要內容有以下兩個方面： </p><p>　

91、　(1)采用軟件的方法抑制疊加在模擬輸入信號上的噪聲的影響，如數(shù)字濾波。 </p><p>　　(2)采用適當?shù)某绦蛟O計技術，保證程序在復雜環(huán)境下能順利執(zhí)行，這些技術主要包括軟件冗余、軟件陷阱、看門狗技術以及軟件糾錯技術。 </p><p>　　第六章 總結與展望</p><p><b>　　6.1 總結</b></p>&l

92、t;p>　　取苗機構能否穩(wěn)定可靠的完成取苗工作，其控制系統(tǒng)起著決定性的作用。本設計以研究保證取苗機構精確、穩(wěn)定工作的控制系統(tǒng)為目標，在查閱了大量數(shù)據(jù)資料的基礎上對移栽機控制系統(tǒng)的軟件、硬件系統(tǒng)做了詳細的設計，做了大量工作。該控制系統(tǒng)的研究主要取得了以下成果： </p><p>　　(1)查閱大量的文獻、數(shù)據(jù)以及其它資料，吸收了國內外己有移栽機結構優(yōu)點，使用了通過機械臂擺動和機械手開合來進行拔苗和放苗，較好地

93、解決了移栽機作過程中自動取苗的問題。 </p><p>　　(2)提出了以AT89C52 單片機為核心處理器的自動取苗機構控制系統(tǒng)解決方案。 </p><p>　　(3)在前兩項成果的基礎上，該設計中詳細設計了控制系統(tǒng)的硬件電路，之后，以硬件電路結構為其設計了控制系統(tǒng)的程序。在進行系統(tǒng)軟硬件設計時，充分考慮了系統(tǒng)的抗干擾性能，對提高系統(tǒng)的抗干擾能力做了諸多方面的工作。 </p>

94、<p>　　該設計的創(chuàng)新點：創(chuàng)造性地將單片機技術引入到移栽機械的控制系統(tǒng)設計中。通過單片機對取苗機構的執(zhí)行機構進行控制，可使移栽機在工作過程中提高移栽速度，降低勞動者的勞動強度，減少成本，從而提高經(jīng)濟效益。</p><p><b>　　6.2 展望</b></p><p>　　在課題研究過程中，由于研究時間和條件等因素的限制，對一些問題深入研究不夠，還

95、有許多需要改進之處，若要在今后的研究中深入下去，以進一步提高性能，作者有幾點如下設想： </p><p>　　(1)深入挖掘 AT89C52 單片機的性能，充分利用單片機的片上資源，提高數(shù)據(jù)采集、處理速度，盡量縮短動作響應時間。 </p><p>　　(2)在現(xiàn)有控制系統(tǒng)軟件的基礎上改進算法，移栽動作能更加準確的完成。 </p><p>　　(3)對控制系統(tǒng)的軟硬件

96、系統(tǒng)做進一步的改進，以期提高其抗干擾性能。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 邵琰, 錢東平.STC89C52RC單片機在幼苗移栽機控制系統(tǒng)中的應用[J]農機化 研究,2010(5):121-124</p><p>　　[2]陳風， 陳永成，王維新. 旱地移栽機現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].農機化研究， 2005

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105、gt;</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define unit unsigned int</p><p>　　unsigned char code F[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};</p><p>　　unsigned char code Z[4]={0x

106、01,0x02,0x04,0x08};</p><p>　　sbit K1 = P1^0;</p><p>　　sbit K2 = P1^2;</p><p>　　sbit K3 = P1^1;</p><p>　　sbit K4 = P1^3;</p><p>　　sbit a = P3^0;</p>

107、<p>　　sbit b = P3^1;</p><p>　　void delay ()</p><p><b>　　{long c;</b></p><p><b>　　long j;</b></p><p>　　for(j=0;j<10000;j++);</p>&

108、lt;p>　　for(c=0;c<10000;c++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay1 ()</p><p><b>　　{long c;</b></p><p><b>　　long j;</b></p&

109、gt;<p>　　for(j=0;j<2500;j++);</p><p>　　for(c=0;c<1;c++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{uchar i;</b></p

110、><p><b>　　uchar k;</b></p><p><b>　　while (1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if (K1==0)</p><p><b>　　{</b><

111、;/p><p>　　for(k=0;k<10;k++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<4;i++) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2=F[i]; </p>&

112、lt;p>　　delay1(); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (K2==0)</p><p><b>　　{break;} </b></p><p>　　if (K4==0)</p><p><b>　　{break;}

113、 </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　if (K2==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　a=0;</b&g