重力選種機系統設計論文范文

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1重力選種機的基本結構及工作過程

控制系統采用一塊核心為s3c6410處理器的開發板，該開發板有豐富的接口資源，可與傳感器電路和繼電器電路進行通信［4］，系統結構如圖3所示。觸摸屏為用戶提供了控制系統運行的界面。主控制板接收傳感器信號，經過處理，輸出控制信號到變頻器和繼電器，控制電機等執行器的運行狀態。

2檢測系統硬件部分

2．1主控制板

主控制板使用的是Real6410開發板，由華天正公司推出。該開發板是一個最小的完整應用系統，具有體積小、耗電低、處理能力強的特點，能夠裝載和運行嵌入式Linux操作系統，為開發工作提供了很好的平臺支持。核心板采用了三星公司的s3c6410處理器，主頻高達800MHz，配備256MBmDDR，支持SD卡啟動的u－boot。開發板套件還提供了嵌入式Qt/Em-bedded開發環境，方便開發人員使用Qt語言進行軟件開發。底板提供了豐富的接口資源，有效減少了硬件設計的工作量。開發套件提供了ARM公司的新一代EABI交叉編譯器，可以使用該交叉編譯器將代碼交叉編譯為可以在ARM芯片上運行的可執行文件。2．2傳感器信號檢測模塊傳感器采集板使用了意法半導體STM32F103C6T6微處理器，其內核為ARMCortex－M3，時鐘頻率為72MHz，提供了8個定時器，9個通信接口，3個US-ART接口，軟硬件資源均可滿足本項目對數據采集可靠性和速度的要求。1)位移檢測模塊。位移傳感器采用了日本精工KTC直線位移傳感器KTC－100MM和KTC－125MM兩種型號，量程分別為0～100mm和0～125mm。該產品線性率偏差控制在±0．05%之內，重復精度為0．01mm，可以滿足實時檢測風門開度的精度要求。位移傳感器本質上是一個分壓電路，將其兩個端子接入24V電壓，其輸出為0～24V電壓，并且與可動端的位移成線性關系，經過濾波電路、放大電路和分壓電路進行輸出。其輸出電壓的范圍是由A/D轉換輸入端的最大輸入電壓所決定的，對于STM32芯片，這個值為3．3V。位移檢測模塊電路圖如圖4所示。輸入信號經過電容濾波后進入運算放大器，分壓電路電阻有如下關系(R11+R12)/R12=24V/3．3V這里取R11=345kΩ，R12=55kΩ。2)風壓檢測模塊。風壓傳感器采用了常州天川儀表廠的BP－800－FY型號，檢測風壓量程為－10～0kPa。其采用了高精度、高穩定性的微壓芯體，經過溫度補償、線性補償、信號放大、電壓電流轉換等信號處理，將微小的風壓差轉換為4～20mA標準輸出，精度高達0．25%FS。傳感器電流通過精密電阻轉換為電壓信號，并被限制在0～3．3V范圍內，然后經由output端口輸出到STM32微控制器帶有A/D轉換的I/O端口。風壓檢測模塊電路如圖5所示。

2．3輸入模塊

觸摸屏采用的是微嵌計算機科技有限公司研制生產的WQT_T8060_104觸摸屏產品，尺寸為10．4英寸，分辨率為800×600。該產品采用400MHz的高速CPU，高精度電阻式觸摸屏，并提供了豐富的通訊接口，支持RS232、RS485通訊。這款觸摸屏支持自定義通訊協議，為后續開發提供了很大的便利。該產品同時提供相應的軟件開發平臺，可以使用圖形化編程工具方便地進行界面設計和通訊協議的開發與調試。

2．4執行器模塊

2．4．1變頻器選種過程中的振動是由振動電機產生的。振動電機的振幅由電機特性和選種機的機械結構決定，所以只需考慮調節電機的振動頻率。本項目中采用變頻器控制其振動頻率。與其它執行器不同，變頻器可以通過RS485總線與主板直接進行通信，不需要繼電器電路［5］。變頻器用于控制振動電機的振動頻率，針對不同的種子品種設置不同的頻率值，從而達到良好的選種效果。本系統采用西門子公司的Micromaster420產品。該型號變頻器由微處理器控制，并采用具有現代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性。Micromaster420具有全面而完善的控制功能，通過設置相關參數，既可以用于單機驅動系統，也可以集成到自動化系統中。2．4．2其他執行器繼電器電路板用于控制風門大小和負壓風機的功率，仍然采用了STM32F103C6T6微控制器，用于執行主控制板對電機的控制，控制信號為開關信號。首先，通過RC濾波單元過濾掉高頻噪聲，繼電器使用隔離電源和光電隔離器進行局部隔離，從而避免了電機運轉時產生的大電流對繼電器和控制單元弱電部分的沖擊，保障系統穩定運行。

3檢測系統軟件部分

3．1主控制板程序

主控制板采用的是s3c6410開發板，該開發板移植了Linux嵌入式操作系統，并在Linux操作系統下移植了嵌入式Qt/Embedded環境。本項目使用QtCre-ator編譯器進行開發，交叉編譯后生成執行文件，可以在主控制板上運行。Qt沒有專門的串口控制類，筆者在主控制板程序的編寫中采用了目前較為流行的QextSerialPort類進行串口通訊［6－7］。QextSerial－Port類繼承自Qt庫中自帶的QIODevice庫，根據操作系統的不同，QextSeri-alPort可能繼承自Win_QextSerialPort類(Windows)或者是Posix_QextSerialPort類(Linux)。由于本項目使用的是移植了Linux操作系統的開發板，所以使用了Posix_QextSerialPort類。主程序為多線程程序，有專門的線程負責監聽來自傳感器和屏幕的消息。在Qt中，QThread類用于管理線程，程序中的每個線程都繼承自QThread類。程序中創建QThread的派生類Sensor和Screen，再覆寫基類的QThread::run()函數即可。系統初始化完成后，用戶可以通過觸摸屏設定系統的工作模式。如果設置為專家模式，則只需選定種子類別，主控制板會以預設的參數對機器的運行狀態進行監測和控制，包括振動頻率、風壓和風門開度等;如果設置為自選模式，則需要手動設置振動頻率和風壓值。每隔一定的時間，主控制板會通過RS485總線向各個傳感器輪流發出讀取信息的請求，獲取機器的實時運行狀態參數，并將獲得的狀態信息與預設策略進行對比，再對執行器發出相應的控制指令，使機器保持運行在期望的狀態下。

3．2觸摸屏編程

WQT系列觸摸屏可以使用WQTDesigner組態軟件進行軟件開發。重力選種機WQTDesigner是WQT系列觸摸屏配套軟件，是集成化的開發環境，界面一致性好、功能強大、簡單易用。配合控制盒監測的需求，觸摸屏界面提供了專家模式、自選模式、操作指南、啟動/停止開關，系統的各種狀態參數也會實時地顯示在屏幕上。

3．3執行器通訊

變頻器采用通用串行接口協議(USS)，總線上可以連接一個主機和最多31個從機。主機通過通訊報文中的地址段選擇從機進行數據傳輸，在主機沒有請求通訊時，從機不能發送數據，而各個從機之間也不能夠直接進行數據傳輸。主控制板通過RS485總線與變頻器進行通信，通過修改變頻器的工作參數來控制振動電機的工作頻率［2，8］，用戶無需直接對變頻器進行控制，使操作更加簡便、直觀。

4結語

ZLX－150型重力選種機對種子處理過程中機器的狀態進行實時監測和控制，達到良好的選種效果。設計中綜合考慮了多種因素的影響，通過濾波提高測量精度，強弱電隔離提高系統安全性，并配合觸摸屏設計了簡單易用的操作界面。現場調試表明，本系統的穩定性和精確度都達到了預期的設計目標，具有良好的實用效果。

作者：陳永之趙春宇朱成剛黃震宇單位：海交通大學電子信息與電氣工程學院