CN102612875B - 自动避苗双刀锄草机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动避苗双刀锄草机的控制方法，包括：设置上位机，用于检测2个锄刀的刀苗距离d1和d2；设置增量式旋转编码器，用于检测2个锄刀的角度值α₁和α₂；设置测速轮，用于检测锄草机的前进速度V；设置单片机，该该单片机采取C8051F020单片机。该单片机通过串口1接收接收到刀苗距离d₁和d₂、通过传感器接收锄刀20的角度值α₁和α₂、锄草机的前进速度V之后，单片机的控制系统向电机发出电机转速n₁和n₂以及锄刀20角度的控制信号。本发明所具有的优点是：能够精确控制锄刀的动作，从而能够精确锄草、有效避苗。

Description

自动避苗双刀锄草机的控制方法

技术领域

本发明涉及农业机械控制方法技术领域，尤其是涉及一种自动避苗双刀锄草机的控制方法。

背景技术

农田杂草影响田间作物的产量和品质，我国每年因农田杂草损失粮食总产量的10％左右。目前，锄草方式多通过化学或人工方法。但是，化学锄草会带来杂草抗药性增强、环境污染和药剂残留等问题；人工锄草效率低、成本高。为此，机械锄草逐渐成为主流。其中，双刀锄草机是一种极为高效的锄草机械。该锄草机并排设置有2个锄刀，锄刀具有豁口且分别连接有电机，电机可以采用直流伺服电机，适用于多行平行田间作物的锄草。但是，该锄草机易造成对田间作物的误除，所以人们希望精确控制锄刀的动作，从而锄草时能够及时避苗(即，避免对作物的误除)。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动避苗双刀锄草机的控制方法，它具有能够精确控制锄刀的动作，从而精确锄草、有效避苗的特点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：自动避苗双刀锄草机的控制方法，该双刀锄草机用于为多行平行田间作物的锄草，该双刀锄草机包括并排设置的2个锄刀，锄刀具有豁口且分别连接有电机，所述自动避苗双刀锄草机的控制方法包括：

(1)设置上位机，用于检测2个锄刀的刀苗距离d₁和d₂；

(2)设置增量式旋转编码器，用于检测2个锄刀的角度值α₁和α₂；

(3)设置测速轮，用于检测锄草机的前进速度V；

(4)设置单片机，该单片机接收到刀苗距离d₁和d₂、锄刀的角度值α₁和α₂、锄草机的前进速度V之后，单片机的控制系统向电机发出电机转速n₁和n₂以及锄刀角度的控制信号。

所述n₁、n₂与刀苗距离d₁和d₂、锄刀的角度值α₁和α₂、锄草机的前进速度V的关系为： $\left\{\begin{array}{c}{n}_1=\frac{60\×1000\×(360-{\mathrm{\α}}_1)\×V}{360\×d_1}\\ n_2=\frac{60\×1000\×(360-{\mathrm{\α}}_2)\×V}{360\×d_2}\end{array}\right..$

设置零位基准霍尔开关，在锄刀每旋转一周至零位时，该零位基准霍尔开关工作，增量式旋转编码器重新标定锄刀的角度值α₁和α₂。

设置报警器，当V≥2.5km/h时，报警器报警。

所述单片机采用C8051F020单片机，该单片机通过串口1接收上位机的刀苗距离d₁和d₂、通过传感器接收2个锄刀的角度值α₁和α₂以及前进速度V。

本发明和现有技术相比所具有的优点是：1、能够精确控制锄刀的动作，从而精确锄草、有效避苗。本发明的自动避苗双刀锄草机的控制方法通过及时采集锄刀角度值、锄草机的行进速度、刀苗距离(即锄刀和作物的距离值)，通过控制算法实现对锄刀转速、角度的精准实时控制，使锄刀在两田间作物之间连续旋转一周进行苗间锄草作业且能够安全避苗。2、能够连续作业。锄刀每旋转一周时，零位基准霍尔开关启动，增量式旋转编码器对锄刀角度相位进行一次零位校准，减小角度测量的累积误差，提高角度测量的精确性与稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的所用锄草机的锄刀的工作过程示意图；

图2是本发明的实施例的工作流程框图；

图3是本发明的控制流程图。

图中：10、作物；20、锄刀，21、豁口。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

实施例，见图1和图2所示：自动避苗双刀锄草机的控制方法，该锄草机用于为多行平行田间作物10的锄草，该双刀锄草机包括并排设置的2个锄刀20，锄刀20具有豁口21且分别连接有电机，电机可以采取直流伺服电机。该控制方法包括：

(1)设置上位机，用于检测2个锄刀20的刀苗距离d₁和d₂。上位机可以是锄草机上部设置的摄像装置、红外检测装置等部件。

(2)设置增量式旋转编码器，用于检测2个锄刀20的角度值α₁和α₂。

(3)设置测速轮，用于检测锄草机的前进速度V。

(4)设置单片机。该单片机采取C8051F020单片机。该单片机通过串口1接收接收到刀苗距离d₁和d₂、通过传感器接收锄刀20的角度值α₁和α₂、锄草机的前进速度V之后，单片机的控制系统向电机发出电机转速n₁和n₂以及锄刀20角度的控制信号。

其中，电机转速n₁、n₂与刀苗距离d₁和d₂、锄刀20的角度值α₁和α₂、锄草机的前进速度V的关系为： $\left\{\begin{array}{c}{n}_1=\frac{60\×1000\×(360-{\mathrm{\α}}_1)\×V}{360\×d_1}\\ n_2=\frac{60\×1000\×(360-{\mathrm{\α}}_2)\×V}{360\×d_2}\end{array}\right..$

上述关系式的原理为：根据避苗锄草要求，在时间T₁内，当锄草机装置前行距离d₁时，其中的一个锄刀20应从α₁位置旋转至0°位置实现避苗；在时间T₂内，当锄草机器前进距离d₂时，另一个锄刀20应从α₂位置旋转至0°位置实现避苗。显然，0°位置机作物10所在的位置。这样，有

$\left\{\begin{array}{c}\underset{0}{\overset{T_1}{\∫}}V\×1000\mathrm{dt}=d_1\\ \underset{0}{\overset{T_2}{\∫}}V\×1000\mathrm{dt}=d_2\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}\underset{0}{\overset{T_1}{\∫}}\frac{n_1\×2\mathrm{\π}}{60}\mathrm{dt}=\frac{(360-{\mathrm{\α}}_1)\×2\mathrm{\π}}{360}\\ \underset{0}{\overset{T_2}{\∫}}\frac{n_2\×2\mathrm{\π}}{60}\mathrm{dt}=\frac{(360-{\mathrm{\α}}_2)\×2\mathrm{\π}}{360}\end{array}\right.---\left(2\right)$

结合关系式(1)、(2)，消去时间T₁、T₂，有两锄刀20转速n₁、n₂：

$\left\{\begin{array}{c}{n}_1=\frac{60\×1000\×(360-{\mathrm{\α}}_1)\×V}{360\×d_1}\\ n_2=\frac{60\×1000\×(360-{\mathrm{\α}}_2)\×V}{360\×d_2}\end{array}\right.---\left(3\right).$

从而，单片机根据式(3)的算法控制锄刀20的转速n₁、n₂。

为了防止锄刀20多次旋转后，对其测量的角度出现误差累计，通过设置零位基准霍尔开关的方法，在锄刀每旋转一周至零位时，该零位基准霍尔开关工作，增量式旋转编码器重新标定锄刀的角度值α₁和α₂。

为了随时了解所用锄草机的前进速度状态，通过设置报警器的方法，当V≥2.5km/h时，报警器进行报警，提示操作者对锄草机进行减速。

进一步具体说明：C8051F020单片机低端口可以作通用I/O端口，同时每个管脚可通过独立编程作为数字输入或数字输出，还可以通过软件设置改变引脚的硬件功能配置和输入输出硬件状态配置。通过对I/O端口功能选择寄存器设置，将T0、T2、PCA、INT0、INT1的引脚分别分配到单片机的P1^7、P2^2、P1^5、P2^0、P2^1。

结合图3所示：系统在主函数中初始化串行口0和1，设置中断优先级从高到低为：INT0、INT1、UART1、T3。初始化T3为软件定时器模式，并设置为16位自动重装载定时器，即每次定时时间t后可自动响应T3中断，执行中断函数。在该中断函数中计算锄草机器前进车速，两个锄刀的时角度位置，并通过控制算法得出锄刀目标转速，最后向电机驱动器发送指令控制锄刀20的旋转。

利用本发明的自动避苗双刀锄草机的控制方法时，锄草机的工作过程为：单片机的嵌入式控制系统由串行口1接收刀苗距离信息。设置单片机定时器T3定时，并在此时间内由可编程计数器阵列PCA对测速编码器的输出脉冲计数，由此换算测量锄草装置移动速度V；T0、T2定时/计数器设置为自动重装载16位计数器模式，分别对两锄刀上的旋转编码器输出脉冲计数，由此测量两锄刀实时角度值α₁和α₂，并将两锄刀的零位基准霍尔开关分别接在单片机的外部中断口INT0、INT1，实现锄刀每旋转一周至零位时响应外部中断，在外部中断函数中对对应锄刀的角度进行一次清零校准；通过算法计算两锄刀的理论转速，由串行口0给两电机驱动器发送速度指令，实现苗间双锄刀锄草机器的锄刀转速、相位的精准控制，完成准确避苗且有效锄草。

Claims (1)

1.自动避苗双刀锄草机的控制方法，该双刀锄草机用于为多行平行田间作物的锄草，该双刀锄草机包括并排设置的2个锄刀，锄刀具有豁口且分别连接有电机，其特征在于：

(1)设置上位机，用于检测2个锄刀的刀苗距离d₁和d₂；

(2)设置增量式旋转编码器，用于检测2个锄刀的角度值α₁和α₂；

(3)设置测速轮，用于检测锄草机的前进速度V；

(4)设置单片机，该单片机接收到刀苗距离d₁和d₂、锄刀的角度值α₁和α₂、锄草机的前进速度V之后，单片机的控制系统向电机发出电机转速n₁和n₂以及锄刀角度的控制信号；以及

所述n₁、n₂与刀苗距离d₁和d₂、锄刀的角度值α₁和α₂、锄草机的前进速度V的关系为： $\left\{\begin{array}{c}{n}_1=\frac{60\×1000\×(360-{\mathrm{\α}}_1)\×V}{360\×d_1}\\ n_2=\frac{60\×1000\×(360-{\mathrm{\α}}_2)\×V}{360\×d_2}\end{array}\right.;$

设置零位基准霍尔开关，在锄刀每旋转一周至零位时，该零位基准霍尔开关工作，增量式旋转编码器重新标定锄刀的角度值α₁和α₂；

设置报警器，当V≥2.5km/h时，报警器报警；

所述单片机采用C8051F020单片机，该单片机通过串口1接收上位机的刀苗距离d₁和d₂、通过传感器接收2个锄刀的角度值α₁和α₂以及前进速度V。

Images