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1重力選種機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

控制系統(tǒng)采用一塊核心為s3c6410處理器的開(kāi)發(fā)板，該開(kāi)發(fā)板有豐富的接口資源，可與傳感器電路和繼電器電路進(jìn)行通信［4］，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。觸摸屏為用戶提供了控制系統(tǒng)運(yùn)行的界面。主控制板接收傳感器信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理，輸出控制信號(hào)到變頻器和繼電器，控制電機(jī)等執(zhí)行器的運(yùn)行狀態(tài)。

2檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分

2．1主控制板

主控制板使用的是Real6410開(kāi)發(fā)板，由華天正公司推出。該開(kāi)發(fā)板是一個(gè)最小的完整應(yīng)用系統(tǒng)，具有體積小、耗電低、處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠裝載和運(yùn)行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，為開(kāi)發(fā)工作提供了很好的平臺(tái)支持。核心板采用了三星公司的s3c6410處理器，主頻高達(dá)800MHz，配備256MBmDDR，支持SD卡啟動(dòng)的u－boot。開(kāi)發(fā)板套件還提供了嵌入式Qt/Em-bedded開(kāi)發(fā)環(huán)境，方便開(kāi)發(fā)人員使用Qt語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。底板提供了豐富的接口資源，有效減少了硬件設(shè)計(jì)的工作量。開(kāi)發(fā)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(yùn)行的可執(zhí)行文件。2．2傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊傳感器采集板使用了意法半導(dǎo)體STM32F103C6T6微處理器，其內(nèi)核為ARMCortex－M3，時(shí)鐘頻率為72MHz，提供了8個(gè)定時(shí)器，9個(gè)通信接口，3個(gè)US-ART接口，軟硬件資源均可滿足本項(xiàng)目對(duì)數(shù)據(jù)采集可靠性和速度的要求。1)位移檢測(cè)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(hào)，量程分別為0～100mm和0～125mm。該產(chǎn)品線性率偏差控制在±0．05%之內(nèi)，重復(fù)精度為0．01mm，可以滿足實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)門開(kāi)度的精度要求。位移傳感器本質(zhì)上是一個(gè)分壓電路，將其兩個(gè)端子接入24V電壓，其輸出為0～24V電壓，并且與可動(dòng)端的位移成線性關(guān)系，經(jīng)過(guò)濾波電路、放大電路和分壓電路進(jìn)行輸出。其輸出電壓的范圍是由A/D轉(zhuǎn)換輸入端的最大輸入電壓所決定的，對(duì)于STM32芯片，這個(gè)值為3．3V。位移檢測(cè)模塊電路圖如圖4所示。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)電容濾波后進(jìn)入運(yùn)算放大器，分壓電路電阻有如下關(guān)系(R11+R12)/R12=24V/3．3V這里取R11=345kΩ，R12=55kΩ。2)風(fēng)壓檢測(cè)模塊。風(fēng)壓傳感器采用了常州天川儀表廠的BP－800－FY型號(hào)，檢測(cè)風(fēng)壓量程為－10～0kPa。其采用了高精度、高穩(wěn)定性的微壓芯體，經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償、線性補(bǔ)償、信號(hào)放大、電壓電流轉(zhuǎn)換等信號(hào)處理，將微小的風(fēng)壓差轉(zhuǎn)換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)輸出，精度高達(dá)0．25%FS。傳感器電流通過(guò)精密電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并被限制在0～3．3V范圍內(nèi)，然后經(jīng)由output端口輸出到STM32微控制器帶有A/D轉(zhuǎn)換的I/O端口。風(fēng)壓檢測(cè)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(jì)算機(jī)科技有限公司研制生產(chǎn)的WQT_T8060_104觸摸屏產(chǎn)品，尺寸為10．4英寸，分辨率為800×600。該產(chǎn)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(xié)議，為后續(xù)開(kāi)發(fā)提供了很大的便利。該產(chǎn)品同時(shí)提供相應(yīng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以使用圖形化編程工具方便地進(jìn)行界面設(shè)計(jì)和通訊協(xié)議的開(kāi)發(fā)與調(diào)試。

2．4執(zhí)行器模塊

2．4．1變頻器選種過(guò)程中的振動(dòng)是由振動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的。振動(dòng)電機(jī)的振幅由電機(jī)特性和選種機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定，所以只需考慮調(diào)節(jié)電機(jī)的振動(dòng)頻率。本項(xiàng)目中采用變頻器控制其振動(dòng)頻率。與其它執(zhí)行器不同，變頻器可以通過(guò)RS485總線與主板直接進(jìn)行通信，不需要繼電器電路［5］。變頻器用于控制振動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)頻率，針對(duì)不同的種子品種設(shè)置不同的頻率值，從而達(dá)到良好的選種效果。本系統(tǒng)采用西門子公司的Micromaster420產(chǎn)品。該型號(hào)變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)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(yùn)行可靠性。Micromaster420具有全面而完善的控制功能，通過(guò)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，既可以用于單機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可以集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中。2．4．2其他執(zhí)行器繼電器電路板用于控制風(fēng)門大小和負(fù)壓風(fēng)機(jī)的功率，仍然采用了STM32F103C6T6微控制器，用于執(zhí)行主控制板對(duì)電機(jī)的控制，控制信號(hào)為開(kāi)關(guān)信號(hào)。首先，通過(guò)RC濾波單元過(guò)濾掉高頻噪聲，繼電器使用隔離電源和光電隔離器進(jìn)行局部隔離，從而避免了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的大電流對(duì)繼電器和控制單元弱電部分的沖擊，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3檢測(cè)系統(tǒng)軟件部分

3．1主控制板程序

主控制板采用的是s3c6410開(kāi)發(fā)板，該開(kāi)發(fā)板移植了Linux嵌入式操作系統(tǒng)，并在Linux操作系統(tǒng)下移植了嵌入式Qt/Embedded環(huán)境。本項(xiàng)目使用QtCre-ator編譯器進(jìn)行開(kāi)發(fā)，交叉編譯后生成執(zhí)行文件，可以在主控制板上運(yùn)行。Qt沒(méi)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(jìn)行串口通訊［6－7］。QextSerial－Port類繼承自Qt庫(kù)中自帶的QIODevice庫(kù)，根據(jù)操作系統(tǒng)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(xiàng)目使用的是移植了Linux操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)板，所以使用了Posix_QextSerialPort類。主程序?yàn)槎嗑€程程序，有專門的線程負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)來(lái)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(gè)線程都繼承自QThread類。程序中創(chuàng)建QThread的派生類Sensor和Screen，再覆寫基類的QThread::run()函數(shù)即可。系統(tǒng)初始化完成后，用戶可以通過(guò)觸摸屏設(shè)定系統(tǒng)的工作模式。如果設(shè)置為專家模式，則只需選定種子類別，主控制板會(huì)以預(yù)設(shè)的參數(shù)對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，包括振動(dòng)頻率、風(fēng)壓和風(fēng)門開(kāi)度等;如果設(shè)置為自選模式，則需要手動(dòng)設(shè)置振動(dòng)頻率和風(fēng)壓值。每隔一定的時(shí)間，主控制板會(huì)通過(guò)RS485總線向各個(gè)傳感器輪流發(fā)出讀取信息的請(qǐng)求，獲取機(jī)器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，并將獲得的狀態(tài)信息與預(yù)設(shè)策略進(jìn)行對(duì)比，再對(duì)執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，使機(jī)器保持運(yùn)行在期望的狀態(tài)下。

3．2觸摸屏編程

WQT系列觸摸屏可以使用WQTDesigner組態(tài)軟件進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。重力選種機(jī)WQTDesigner是WQT系列觸摸屏配套軟件，是集成化的開(kāi)發(fā)環(huán)境，界面一致性好、功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易用。配合控制盒監(jiān)測(cè)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(dòng)/停止開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)的各種狀態(tài)參數(shù)也會(huì)實(shí)時(shí)地顯示在屏幕上。

3．3執(zhí)行器通訊

變頻器采用通用串行接口協(xié)議(USS)，總線上可以連接一個(gè)主機(jī)和最多31個(gè)從機(jī)。主機(jī)通過(guò)通訊報(bào)文中的地址段選擇從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在主機(jī)沒(méi)有請(qǐng)求通訊時(shí)，從機(jī)不能發(fā)送數(shù)據(jù)，而各個(gè)從機(jī)之間也不能夠直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。主控制板通過(guò)RS485總線與變頻器進(jìn)行通信，通過(guò)修改變頻器的工作參數(shù)來(lái)控制振動(dòng)電機(jī)的工作頻率［2，8］，用戶無(wú)需直接對(duì)變頻器進(jìn)行控制，使操作更加簡(jiǎn)便、直觀。

4結(jié)語(yǔ)

ZLX－150型重力選種機(jī)對(duì)種子處理過(guò)程中機(jī)器的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，達(dá)到良好的選種效果。設(shè)計(jì)中綜合考慮了多種因素的影響，通過(guò)濾波提高測(cè)量精度，強(qiáng)弱電隔離提高系統(tǒng)安全性，并配合觸摸屏設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單易用的操作界面?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試表明，本系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度都達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有良好的實(shí)用效果。

作者：陳永之趙春宇朱成剛黃震宇單位：海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院