秸秆自动打捆机控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种秸秆自动打捆机控制系统，硬件完全实现国产化，自主设计H桥电路，驱动电推杆完成一系列的逻辑动作。同时配备有人机交互屏幕，方便进行故障分析与参数显示。在工作过程中出现故障，人机交互屏幕会进行报警提示，维护人员可以通过AD采样得到的参数快速定位其故障所在位置，对相关元器件进行排查。该控制系统设置多个独立按键，可以进行急停操作。打捆机动作速度快而且设备结构紧密，在紧急情况下按下按键，避免意外发生。该控制系统可以对大量遗留秸秆进行自动打捆，集中回收处理，提高效率，减少大量劳动力，同时还能增加收入，从根本上解决农民任意焚烧秸秆带来的环境影响。影响。影响。

【技术实现步骤摘要】
秸秆自动打捆机控制系统


[0001]本专利技术主要解决大量秸秆自动打捆的问题，通过PID算法控制电机，并使用滤波算法整定参数，实时采样、智能检测，有效的实现人机交互下的秸秆自动打捆。

技术介绍

[0002]随着我国科技实力的提高，农业领域正在朝着高度智能化方向发展。大量秸秆人力打捆耗时长、效率低，因此自动打捆机在农业智能化发展的背景下应时而生。且国内外发展水平差距较大。
[0003]国外的机械化打捆技术起步较早，从最开始的畜力打捆机到小方捆打捆机，再到圆捆打捆机以及大型打捆机，技术已经相对成熟。如今欧美国家秸秆打捆机的研发能力、机械参数的设计、关键技术的选择、控制系统的应用，都已经处在较高的水平。这些设备在机械结构，动力配置，以及控制理念等方面都设计的非常成功，一些先进的设计思想，自控原理，都应用于这些设备上。并且在实际操作中得到了非常好的效果。在自动控制系统的应用方面，单片机、工控机控制，可编程控制器、计算机控制等一系列自动控制方法都普遍应用在秸秆打捆机上，这些自动控制的手段使得国外打捆机使用时更加安全可靠、人机界面操作友好、操作稳定便捷。
[0004]目前国内秸秆打捆机的设计制造厂家都是以国外的成品为蓝本，进行拆卸仿制，在一些重要零部件的设计上也是在原有的基础上加以改进。因此国内秸秆自动打捆机很多的机械结构设计缺少理论依据，参数选择不合理，造成打捆机械与之相应的配套动力不合理，机械运转功率大，机械产能小等问题。本系统通过实时采样检测与合理逻辑控制，发挥最大的有效功率完成打捆作业。
专利技术内容
[0005]本专利技术设计了一种国产化且配备人机交互、能实时采样、智能检测的秸秆打捆机控制系统。软件流畅，智能化，可实时报警，硬件驱动自主设计，具备保护电路，且具有一定容错性。
[0006]本专利技术硬件设计的技术方案为：一种秸秆打捆机控制系统，，包括MCU，以及和MCU相连接的电机驱动模块、人机交互模块、故障排除模块、电源模块、电磁阀输入捕获模块，电机驱动模块和MCU相连接用于驱动电机或电推杆，对秸秆进行打捆，人机交互模块和MCU相连接用于向控制者传递信息，同时接受控制者的命令；故障排除模块和MCU相连接用于电流电压采样，当电流过大时，可能会出现堵转的问题，则工作立刻停止，等待控制者检查排除，当电压较小时，说明供电不足，需要更换电池或者进行充电，电源模块和上述模块相连接用于支持宽电压输入，方便执行机构选型；电磁阀输入捕获模块和MCU相连接用于获得外部输入脉冲，根据输入脉冲信号情况，做出相应的逻辑动作。
[0007]进一步，所述电机驱动模块包括NPN型三极管K1、三极管K2，MOSFET管A1、MOSFET管A2；三极管K1、三极管K2的基极分别通过MCU_P2、MCU_P1连接MCU的IO口，用于控制三极管的
开通与关断；三极管K1、MOSFET管A1通过P2_G2连接，三极管K2、MOSFET管A2通过P1_G2连接，通过MCU_P1、MCU_P2实现控制MOSFET的开通与关断；端子U1的M+与M
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，分别接入电机的正负端从而控制电机的正反转，端子U1通过M
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和MOSFET管A1连接，U1通过M+和MOSFET管A2连接。
[0008]进一步，所述人机交互模块采用LX12864D屏幕，借助独立按键进行模式选择与参数读取，利用SPI协议进行数据的读取与写入，简单设计开机界面。人机交互屏幕与电路板通过FPC线连接，通过PH2.0端子给背光电路供电。
[0009]进一步，所述故障排除模块包括外设采样、H桥采样、电源电压采样三个部分；
[0010]外设采样部分，Q5为N沟道MOSFET，其栅极M_G2连接MCU的IO口，源极通过G_I2接入通用运放LM358A，信号通过运算放大后通过MCU的AD口进行采样，当有外设接入时，可以实时采样外设的用电电流，同时对驱动电推杆或电机的电流进行采样，防止堵转造成的电流过大；
[0011]H桥采样部分，利用模拟地与数字地之间的电压信号，经过通用运放LM358A放大后进行采样；
[0012]电源电压采样部分，通过电阻R2与电阻R4分压，读取电阻R4的电压后，经过计算可以获得电源电压，其中D4为稳压二极管，C23为滤波电容，电源电压采样可以实时监测供电电压，供电电压不足时进行报警提示，所述电阻R4、稳压二极管D4、滤波电容C23的一端均接地，另一端均和电阻R2连接。
[0013]进一步，所述电源模块包括保险丝、二极管、DC
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DC电源芯片、肖特基二极管；外部输入首先经过保险丝XF
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506P，对电路进行限流保护，经过二极管D1后，与DC
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DC电源芯片XL1509
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3.3相连，将宽电压稳压至3.3V，用于给电路板供电，后级连入肖特基二极管SS16L，将3.3V电压降至2.8V，用于给人机交互屏幕供电。
[0014]进一步，所述电磁阀输入捕获模块由光耦
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光电晶体管，二极管组成，外部输入经过二极管到达光耦
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光电晶体管EL357N，当外部输入为高电平时，EL357N吸合，通过DIOX输出给MCU，因此该模块通过DIO1
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DIO3对外部输入脉冲信号进行捕获，从而转化得到电磁阀的开通闭合次数，进行程序的逻辑控制。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]使用国产STC8A8K32S4A12处理器，使打捆机实现国产化，同时圆型机械结构与其逻辑关系相配合，提高机械产能，为今后打捆机更适应国内田地农作物收取打下基础，对于问题有较快的辨别能力，降低了打捆机的成本，提升了打捆机的工作效率。
[0017]设计逻辑关系从而进行合理控制，利用处理器内置时钟，准确把握时间，合理判断参数，实现精确作业与实时检测，控制系统开机后经过五步完成一次作业，第三四步若产生错误，该产品会重新开始作业。并借助相应逻辑关系实现杂物堵塞情况下的报警处理。
[0018]本专利技术主要应用于机械化农业，在秸秆综合利用的过程中发挥其功能。对大量遗留秸秆进行打捆，集中回收处理，从根本上解决农民任意焚烧秸秆带来的环境影响。同时，在经济效益上，以中原地区为例，打好捆的秸秆卖给回收企业或者个人，每亩地平均价格为50元左右，玉米秸秆每亩地平均价格为100元左右。按照麦季作业800亩小麦测算，经济效益可以达到40000元，十分可观。而目前多数打捆机为进口打捆机，价格偏高，本项目所设计得打捆机基本实现国产化，保证其性能的同时，降低了成本，若能得到推广并实际应用，必能获得巨大得经济效益。
[0019]该专利技术机械结构采取圆型打捆机，参数选择与机械结构均具有理论依据。目前多数秸秆打捆机得制造厂家都是以国外的成品为蓝本，进行拆卸仿制，一些重要部件也是在原有的基础上加以改进，因此缺少理论依据而且存在参数选择不合理的问题。此外，人机交互屏幕的使用除了起到记录数据的作用，还方便进行故障分析。在工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种秸秆打捆机控制系统，其特征在于，包括MCU，以及和MCU相连接的电机驱动模块、人机交互模块、故障排除模块、电源模块、电磁阀输入捕获模块，电机驱动模块和MCU相连接用于驱动电机或电推杆，对秸秆进行打捆，人机交互模块和MCU相连接用于向控制者传递信息，同时接受控制者的命令；故障排除模块和MCU相连接用于电流电压采样，当电流过大时，可能会出现堵转的问题，则工作立刻停止，等待控制者检查排除，当电压较小时，说明供电不足，需要更换电池或者进行充电，电源模块和上述模块相连接用于支持宽电压输入，方便执行机构选型；电磁阀输入捕获模块和MCU相连接用于获得外部输入脉冲，根据输入脉冲信号情况，做出相应的逻辑动作。2.根据权利要求1所述的一种秸秆打捆机控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括NPN型三极管K1、三极管K2，MOSFET管A1、MOSFET管A2；三极管K1、三极管K2的基极分别通过MCU_P2、MCU_P1连接MCU的IO口，用于控制三极管的开通与关断；三极管K1、MOSFET管A1通过P2_G2连接，三极管K2、MOSFET管A2通过P1_G2连接，通过MCU_P1、MCU_P2实现控制MOSFET的开通与关断；端子U1的M+与M
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，分别接入电机的正负端从而控制电机的正反转，端子U1通过M
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和MOSFET管A1连接，U1通过M+和MOSFET管A2连接。3.根据权利要求1所述的一种秸秆打捆机控制系统，其特征在于，所述人机交互模块采用LX12864D屏幕，借助独立按键进行模式选择与参数读取，利用SPI协议进行数据的读取与写入，简单设计开机界面，人机交互屏幕与电路板通过FPC线连接，通过PH2.0端子给背光电路供电。4.根据权利要求1所述的一种秸秆打捆机控制系统，其特征在于，所述故障排除模块包括外设采样、H桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈跃，李治言，储金城，范成博，刘熹，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：