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扦样机自动控制系统的研究与设计

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扦样机自动控制系统的研究与设计

　　摘要：针对目前粮食扦样机存在的弊端，提出一种减少人员参与程度的扦样机自动控制方法。扦样机自动控制系统基于STC51单片机原理，改造后可实现自动随机扦样，样品代表性强，工作效率高，可为其他应用程序扩展提供应用接口。
　　关键词：自动编码扦样机；粮食；控制器；STC51单片机
　　中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）03-0019-03
　　随着粮食购销状况的变化，收粮过程中的检斤验质显得尤为重要。部分粮食企业或其内部人员暗箱操作，故意压价侵害粮农或故意抬价肥私熟人，使粮企受损。为防止作弊，减少人工参与环节，迫切需要研制扦样机实现自动化、扦样随机化的封闭式自动扦样机。
　　自动扦样机根据售粮运输车辆的大小尺寸，从若干组编码数据中随机选取不同的扦样数据，能在整个车厢平面及不同粮层上无死角任意点扦样，可防止扦样预先放置的优质粮。运输车辆大到14.0 m长、4.0 m深，小至2.0 m长、0.5 m深，若想囊括所有车型，扦样机必须能根据车型改变扦样范围。
　　1 扦样机发展现状
　　一些大中型粮食企业配置的手动机械扦样机，由于需要人工参与操作，不能有效防止作弊，只能在一定程度上降低扦样人员劳动强度。机械扦样机的结构有门字形和旋转型。门字形扦样机控制简单，扦样速度快，但占地面积大；单臂旋转式扦样机如图1所示，操作控制复杂，但基本不受场地限制，结构简单，造价低廉，被大多数粮库采用。为此，解决单臂旋转式扦样机的自动控制具有重要意义。
　　2 扦样机自动控制系统的设计
　　2.1 单臂旋转式扦样机存在的问题
　　单臂旋转式扦样机一般用电机驱动执行，动作可分为升降、旋转、进退、扦样、吸粮5种。多数扦样机没有升降动作，升降只是为了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、运动距离的信号检测问题，需要的输入/输出端口较多，布线困难。
　　3.2 扦样机自动控制系统设计
　　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，布线简单，容易实现，能降低成本，便于推广。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。控制系统结构（不包括手持遥控操作器）组成如图2所示。
　　3 扦样机自动控制系统工作过程
　　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，并按设定参数随机自动分组扦样，电路组成如图3所示。
　　系统中，单片机U1采用STC 89C58RD+或IAP15F2K61S2，短路块S11、S12用于2种单片机选择，以保证产品兼容性。输入口线为IN01～IN16，输出口线为O01～O14，与下一级的光电隔离输入/输出连接。74LS245缓冲驱动可增加驱动能力及防止长线传输影响。
　　3.1 工作原理
　　系统采用STC89C58RD+单片机形式。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。
　　系统设计时，根据大中小等不同车型，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中。实际扦样时，计算机根据输入的车型随机产生一组扦样数据，无线传入单片机中，控制扦样。数据格式一般为：开始-地址-命令-数据1 -- 开始-地址-命令-数据2 --......开始-地址-命令-数据n -- 结束。
　　3.2 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，扦样程序框图如图4所示。单片机首先判断是否本机地址（各扦样小车均具有独立地址，便于多车同时扦样），若是，则按接收位移数据进行移动，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。扦样程序见图4。
　　4 扦样机自动控制系统接线安装方式
　　4.1 接线安装方式
　　控制器具有3组接线端子，分别为电源端、输入（限位信号+运动量检测）端、输出控制端。输入、输出端均通过光耦隔离，以增强抗干扰能力，使设备可靠工作。
　　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。输出控制端有6个用于连接3个方向的正反向运动继电器的控制线圈，3组继电器的线圈均与相对应继电器常闭触点串联，防止动作冲突。
　　4.2 性能特点
　　为使系统更具通用型性，采用无线RS485与上位机通讯。上位机软件界面直观、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上。客户端适应在WINDOWS98//2000/XP系统上运行，便于检斤、结算、封闭化验及其他后续开发。扦样数据根据车型随机产生，减少人工干预程度。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。可扩充性，最多可同时控制扦样臂上3个独立的扦样器同时扦样，提高扦样速度。
　　5 结语
　　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，提高工作效率，具有较高性价比，对保证农户与企业间的公平交易具有重要意义，应广泛推广应用。

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