基於專家系統的智能種子包衣機電控系統的製作方法

2023-06-01 20:18:56 2

基於專家系統的智能種子包衣機電控系統的製作方法
【專利摘要】一種種子包衣機電控系統，屬於農業電氣化領域；包括單片機(1)，復位電路(2)，單片機電源穩壓濾波器(5)及(6、21)單片機程序燒寫埠，(3)為LCD顯示接口，與按鍵(4)配合，可以實現參數修改、一鍵啟動與停機這三大功能，與工作狀態指示電路(10)配合實現故障顯示，(7、8)為傳感和控制部分提供電源，(13～16)為傳感器接口電路，其信號經變換輸入單片機，異步電機電源控制電路(17～20)直接受單片機控制，(9)為D/A轉換電路(11～12)提供參考電源，而這兩個D/A電路從單片機接收信號，控制電機速度；該系統在廉價、高可靠性及自動化的基礎上，基於專家系統，實現了種子包衣控制的智能化。
【專利說明】基於專家系統的智能種子包衣機電控系統
【技術領域】:
[0001]本發明主要是為種子包衣機設計一套自動化智能控制系統，屬於農業電氣自動化領域。
【背景技術】:
[0002]從總體上講，我國的種子包衣設備研究與工程化起步較晚，至今還不同程度地存在結構、製造工藝等的不成熟，大多數種子包衣機控制系統採用低壓繼電器形式，技術含量低、故障率高。如酒泉奧凱種子機械股份有限公司的5BY-5.0V型種子包衣機，該機電控系統雖能實現一定程度的自動化，但控制建立在低壓電器的基礎之上，控制較為粗放，故障率較大，操作過程中需要 人全程參與。胡良龍，胡志超等研發了 5BY-5型新一代種子包衣設備，並設計了以PLC為控制核心，液晶觸控螢幕為人機交流窗口，集編程、變頻、液流監測、傳感器等技術為一體的自動化控制系統。用Pro Tool/Pro CS編制人機交流軟體，在Step7-Micix)/WIN環境下採用梯形圖方法編制系統監控軟體，實現包衣作業的部件保護、精確計量、自動控制和人性化操作。該機整體技術水平達到國內領先，但顯然系統複雜，成本較高，操作也相對繁瑣一些，對操作者的知識水平、維護水平等要求較高，主要應用對象是種子加工流水線。楊婉霞等基於精簡控制系統，實現低成本、基本自動化為目標，以5BY-5.0V種子包衣機為控制對象，結合RS-485通信及USS通信協議和相應軟體、變頻裝置、相關傳感器及相應的執行元器件對包衣作業全程進行自動控制。這一方案雖然實現了包衣過程的基本自動化，但系統顯然過於簡陋，另外，其在軟硬體的可靠性、抗幹擾性及包衣的智能化研究上相對欠缺。

【發明內容】
:
[0003]為了克服現有技術中的不足，本發明基於專家系統的思想，以單片機AT90CAN128為核心硬體，設計了一套電控系統，使現有的種子供給裝置、種衣劑供給裝置改進為種子定量供給裝置、種衣劑定量供給系統；使其他系統成為自動反應、配合合理、高度集成的全自動智能型工作系統。
[0004]利用按鍵(4)和液晶顯示(3)輸入生產率、種子容重、種藥混配比等參數，單片機
(I)接收後，由專家系統(圖3)給出或者計算出餵料電機和供液電機的工作頻率(f @和f?)，即餵種速率和供藥速度。自動運行時，種衣劑被計量泵從貯液桶吸出(由供液電機帶動，控制埠為J10，1、2之間為常開觸點)，再由泵擠壓推送到液流監測器(CYG3002)，後進入混配室內藥液霧化盤被離心霧化；液流監測器檢測到藥液(J14的2腳輸入高電平)後，系統檢測上料位傳感器(CJA4-3008PK)，如果上料位傳感器顯示有種子(Jll的2腳輸入高電平)，則經一定延時，餵料器開始餵料(由餵料電機帶動，控制埠為J6，1、2之間為常開觸點)，種子落入混配室內拋種甩盤被均勻拋撒落下，與已霧化的種衣劑充分接觸、混合、下落；黏附在清淤室斜壁上的種藥混合物被毛刷(由清淤電機帶動，控制埠為J3，1、2之間為常開觸點)刮除落下；種藥混合物落入攪拌系統，再充分攪拌，被攪龍推送(由攪龍電機帶動，控制埠為J5，l、2之間為常開觸點)至出料口排出；如暫存倉無料，下料位傳感器(CJA4-3008PK)發出信號(J12的2腳輸入高電平)，餵料停止，延時數秒後計量泵停止，為便於物料充分攪拌，再延時數秒後攪龍才停止。如物料在攪龍槽體內被堵塞，堵料傳感器(RL~100)發出指令(J13的2腳輸入高電平)，啟動防堵保護程序，全部工作部件停止，直至故障排除方能啟動。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0005]圖1基於AT90CAN128的智能種子包衣機電控系統電路圖
[0006]圖2智能種子包衣機電控系統程序框圖及關鍵節點顯示配合圖
[0007]圖3專家系統工作程序框圖
【具體實施方式】:
[0008]下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施:
[0009]參見圖1，系統核心部分:以AT90CAN128 (I)為CPU ;採用外接16MHz晶振Yl提供工作頻率，Yl的輔助工作電容為Cl和C2，容量為22pF ;由二極體D1、按鈕S9、電阻Rl和獨石電容Cl組成的復位電路(2)，當S9按下，RESET引腳為單片機AT90CAN128輸入一低電平，使其復位；(5)所示電容C9、C15~17構成+5V電源單片機部分的穩壓濾波器；(6)為ISP燒寫適配器，可利用COM 口通過ISP2032V晶片進行程序燒寫；(21)為JTAG燒寫適配器，可利用USB 口通過FT232H晶片進行程序燒寫。
[0010]人機接口部分:(3)為IXD12864的接口插座，其I腳VSS為接地端(接GND1)，2腳VDD為電源端(接+5V)，3腳VO為驅動電壓端(接+5V)，4腳RS為並行的指令/數據選擇端(高電平代表指令，低電平代表數據)，5腳R/W為讀寫選擇端(高電平為讀指令，低電平為寫指令)，E為並行的使能信號(高電平為使能開放，低電平為使能禁止)，7~14腳DBO~DB7為並行數據端，15腳PSB為並串行方式選擇端(本系統選擇並行通訊方式，即PSB端輸入高電平I)，16、18腳為空腳，17腳/RET為液晶復位端(低電平有效)，19、20腳 _八和LCDJ(分別為背光電源正極和背光電源負極(分別接+5V和GND1) ； (4)為按鍵區，共有SI~S8共8個獨立按鍵，分別於單片機的KEYl~8端；發光二極體D7~DlO和電阻R33~R36組成系統工作狀態指示電路(10)，分別對應工作、缺料、堵轉、缺液4種工作狀態，如果對應的狀況發生，則相應的單片機引腳將輸出低電平，相應的發光二極體就會點売。
[0011]傳感檢測與控制執行部分:(7)為+24V、+12V和+5V電源輸入端；(8)為+24V、+12V和+5V電源輸入端的濾波電容；(13~16)為高料位(CJA4-3008PK)、底料位(CJA4-3008PK)、阻旋物位(RL~100)及液流檢測器(cYG3002)傳感器接口及轉換電路，這些傳感器全部為開關型傳感器，採用3線連接，3線接線端子Jll~J14的I端均為電源端，3端均為接地GND2端，中間的2端均為傳感信號輸入端，其中上料位有料時，JlI的2腳呈高電平，下料位有料時，J12的2腳呈高電平，堵料傳感器檢測到堵料時，J13的2腳輸入高電平，當供液泵中的種衣劑壓力大於液流檢測器的設定最低值時，J14的2腳才輸入高電平，這些高電平經光耦隔離，將低電平信號傳往單片機的對應輸入口，而這些傳感器傳輸的信號是啟動包衣、停止包衣及故障監測的直接依據。[0012]異步電機電源控制電路:(17-20)分別為清淤電機、攪龍電機、餵料電機以及供液電機的交流電源控制電路。例如，清淤電機的控制是這樣的:單片機的39腳PC4發出啟動電機信號的低電平0，U8光耦的雷射二極體就產生光照，將信號傳到了對應的光敏三極體上，該三極體經Rll輸出低電平，NPN型三極體Q2飽和導通，Q2集電極上所帶的線圈通電，同時，線圈得電指示燈亮，J3的I腳和2腳之間的常開觸點閉合，使得清淤電機的控制交流接觸器鐵芯迴路通電，交流接觸器閉合，清淤電動機上電啟動。停機時只要PC4腳輸出高電平即可。D3為交流接觸器電磁線圈關斷續流二極體，防止因為瞬間關斷而產生的高壓灼傷J3的I腳和2腳之間的常開觸點。其它電機的電源控制電路工作原理與此相同。
[0013]餵料電機和供液泵電機頻率控制電路部分:(9)所示為參考電源輸入端，輸出端REF接單片機的62腳；(11-12)分別為餵料電機和供液電機的頻率控制信號串行D/Α輸出及調理電路。每一部分均由一片TLC5620、一片運算放大器LM358和一個單刀雙擲開關組成。現以餵料電機變頻器控制信號系統11為例說明如下:TLC5620的2腳REFA為該數模轉換器中A部分的參考電壓端，此處接+5V ；6腳DATA為串行控制信號的輸入端；7腳CLK為串行D/Α轉換的時鐘口 ；13腳LDAC為串行D/Α工作控制端，低電平時D/Α才允許D/Α輸出更新；8腳LOAD為數字輸入信號鎖存控制端，在13引腳LDAC為低電平的前提下，LOAD的下降沿會使輸入的串行數位訊號鎖存到輸入寄存器中，隨後輸出端才能產生模擬電壓；13腳DACA為串行A通道D/Α轉換輸出端，將D/Α轉換的結果(O-5V)輸出；U12B、R23-R25組成放大倍數為2的同相比例運算放大器，將模擬控制電壓調整到O-+10V(這是由配套的變頻器決定的)；U12A是一個放大倍數為I的電壓跟隨器，是為了增強控制電壓的帶載能力(O-50mA) ；S10單刀雙擲開關一路與LM358的輸出連接，將控制信號輸出，還有一路，可利用外置電源直接輸出O-+IOV控制信號給變頻器，這增加系統的靈活性和可靠性。
[0014]參見圖2，種子包衣機電 控系統程序本分主要包括開機顯示畫面、加工工作畫面、參數修改部分、啟動部分和停機部分以及安全監控部分組成。種子包衣機電控系統程序框圖如圖2(a)所示(關鍵節點顯示畫面如圖2(b)所示):系統上電，首先進入開機顯示畫面，5s後即進入加工工作畫面部分(即默認參數部分，此時系統處於待啟動狀態)，此時可進行參數修改(該部分中嵌入一個專家系統，程序框圖如圖3所示)，而後即可正式啟動系統工作。首先檢查攪龍有無阻塞，如阻塞，經一定時間延遲後再檢測，如真的阻塞，延時5s後報警(該參數可調)，整個系統推出工作；如正常，則進入下一步。而後，檢查上料位傳感器是否有種子，如無種，系統退出；如有種，則供液泵啟動，即刻檢查壓力傳感器，如種衣劑供液壓力低於設定值，經一定時間延遲後再檢測，如真的壓力低，延時5s後報警(該參數可調)，整個系統推出工作；如正常，則供液電機正式成功啟動。接下來，啟動甩盤電機，延時2s後(該參數可調)先啟動餵料電機，再啟動攪龍電機，此時系統顯示累計加工工作界面，系統啟動正式完成，系統可以進入正常連續工作狀態，並進行系統安全狀態監測。系統工作過程中可以在線修改工作參數，整個修改完成後統一生效，正常的種子加工不斷續。停機時先停餵料電機，延時2s後(該參數可調)依次停甩盤電機、供液電機和攪龍電機，至此，系統完成停機，等待下一個開機操作。
【權利要求】
1.以AT90CAN128為核心的全自動智能種子包衣機電控系統，包括系統核心部分(1、2、5、6、21)，人機接口部分(3、4、10)，傳感檢測與控制執行部分(7、8、13-16)，異步電機電源控制電路(17-20)，餵料電機和供液泵電機頻率控制電路部分(9，11-12)組成；其特徵在於:AVR單片機AT90CAN128(1)為控制系統CPU ;復位電路當S9按下，RESET引腳為單片機AT90CAN128輸入一低電平，使其復位；(5)為電源單片機部分的穩壓濾波器；(6、21)為單片機程序燒寫埠 ；(3)為LCD12864的接口，可以顯示系統參數、加工數據，與按鍵(4)配合，可以實現參數修改、一鍵啟動、一鍵停機這三大功能，與工作狀態指示電路(10)配合，可以實現故障實時監測和顯示；(7、8)為傳感檢測與控制執行部分提供電源，(13-16)為傳感器接口電路，這些傳感器全部為開關型傳感器，採用3線接頭與外接傳感器連接，它們傳輸的信號是啟動包衣、停止包衣及故障監測的直接依據；異步電機電源控制電路(17-20)直接受單片機控制，對應的小中間繼電器的常開觸點閉合，則對應的異步電動機電源交流接觸器合閘；(9)為兩個串行D/A轉換電路(11-12)提供參考電源，而這兩個D/Α轉換電路從單片機相應輸出端接收時鐘、控制以及數位訊號，完成數/模轉換，經電壓變換調理，將這兩個最終的模擬信號輸入餵料電機和供液電機變頻器的控制端，控制其運轉速度。
2.種子包衣機專家系統本發明的專家系統是經過大量試驗後總結出來的實用數據，其特徵見表一所示:表I種子包衣機餵料電機和供液電機頻率控制專家參數表
【文檔編號】G05B19/042GK103444307SQ201210171384
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月28日 優先權日:2012年5月28日
【發明者】王關平, 趙武雲, 楊婉霞, 高曉陽, 張鋒偉, 孫偉, 黃曉鵬 申請人:甘肅農業大學