重力选种机系统设计论文范文

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1重力选种机的基本结构及工作过程

控制系统采用一块核心为s3c6410处理器的开发板，该开发板有丰富的接口资源，可与传感器电路和继电器电路进行通信［4］，系统结构如图3所示。触摸屏为用户提供了控制系统运行的界面。主控制板接收传感器信号，经过处理，输出控制信号到变频器和继电器，控制电机等执行器的运行状态。

2检测系统硬件部分

2．1主控制板

主控制板使用的是Real6410开发板，由华天正公司推出。该开发板是一个最小的完整应用系统，具有体积小、耗电低、处理能力强的特点，能够装载和运行嵌入式Linux操作系统，为开发工作提供了很好的平台支持。核心板采用了三星公司的s3c6410处理器，主频高达800MHz，配备256MBmDDR，支持SD卡启动的u－boot。开发板套件还提供了嵌入式Qt/Em-bedded开发环境，方便开发人员使用Qt语言进行软件开发。底板提供了丰富的接口资源，有效减少了硬件设计的工作量。开发套件提供了ARM公司的新一代EABI交叉编译器，可以使用该交叉编译器将代码交叉编译为可以在ARM芯片上运行的可执行文件。2．2传感器信号检测模块传感器采集板使用了意法半导体STM32F103C6T6微处理器，其内核为ARMCortex－M3，时钟频率为72MHz，提供了8个定时器，9个通信接口，3个US-ART接口，软硬件资源均可满足本项目对数据采集可靠性和速度的要求。1)位移检测模块。位移传感器采用了日本精工KTC直线位移传感器KTC－100MM和KTC－125MM两种型号，量程分别为0～100mm和0～125mm。该产品线性率偏差控制在±0．05%之内，重复精度为0．01mm，可以满足实时检测风门开度的精度要求。位移传感器本质上是一个分压电路，将其两个端子接入24V电压，其输出为0～24V电压，并且与可动端的位移成线性关系，经过滤波电路、放大电路和分压电路进行输出。其输出电压的范围是由A/D转换输入端的最大输入电压所决定的，对于STM32芯片，这个值为3．3V。位移检测模块电路图如图4所示。输入信号经过电容滤波后进入运算放大器，分压电路电阻有如下关系(R11+R12)/R12=24V/3．3V这里取R11=345kΩ，R12=55kΩ。2)风压检测模块。风压传感器采用了常州天川仪表厂的BP－800－FY型号，检测风压量程为－10～0kPa。其采用了高精度、高稳定性的微压芯体，经过温度补偿、线性补偿、信号放大、电压电流转换等信号处理，将微小的风压差转换为4～20mA标准输出，精度高达0．25%FS。传感器电流通过精密电阻转换为电压信号，并被限制在0～3．3V范围内，然后经由output端口输出到STM32微控制器带有A/D转换的I/O端口。风压检测模块电路如图5所示。

2．3输入模块

触摸屏采用的是微嵌计算机科技有限公司研制生产的WQT_T8060_104触摸屏产品，尺寸为10．4英寸，分辨率为800×600。该产品采用400MHz的高速CPU，高精度电阻式触摸屏，并提供了丰富的通讯接口，支持RS232、RS485通讯。这款触摸屏支持自定义通讯协议，为后续开发提供了很大的便利。该产品同时提供相应的软件开发平台，可以使用图形化编程工具方便地进行界面设计和通讯协议的开发与调试。

2．4执行器模块

2．4．1变频器选种过程中的振动是由振动电机产生的。振动电机的振幅由电机特性和选种机的机械结构决定，所以只需考虑调节电机的振动频率。本项目中采用变频器控制其振动频率。与其它执行器不同，变频器可以通过RS485总线与主板直接进行通信，不需要继电器电路［5］。变频器用于控制振动电机的振动频率，针对不同的种子品种设置不同的频率值，从而达到良好的选种效果。本系统采用西门子公司的Micromaster420产品。该型号变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性。Micromaster420具有全面而完善的控制功能，通过设置相关参数，既可以用于单机驱动系统，也可以集成到自动化系统中。2．4．2其他执行器继电器电路板用于控制风门大小和负压风机的功率，仍然采用了STM32F103C6T6微控制器，用于执行主控制板对电机的控制，控制信号为开关信号。首先，通过RC滤波单元过滤掉高频噪声，继电器使用隔离电源和光电隔离器进行局部隔离，从而避免了电机运转时产生的大电流对继电器和控制单元弱电部分的冲击，保障系统稳定运行。

3检测系统软件部分

3．1主控制板程序

主控制板采用的是s3c6410开发板，该开发板移植了Linux嵌入式操作系统，并在Linux操作系统下移植了嵌入式Qt/Embedded环境。本项目使用QtCre-ator编译器进行开发，交叉编译后生成执行文件，可以在主控制板上运行。Qt没有专门的串口控制类，笔者在主控制板程序的编写中采用了目前较为流行的QextSerialPort类进行串口通讯［6－7］。QextSerial－Port类继承自Qt库中自带的QIODevice库，根据操作系统的不同，QextSeri-alPort可能继承自Win_QextSerialPort类(Windows)或者是Posix_QextSerialPort类(Linux)。由于本项目使用的是移植了Linux操作系统的开发板，所以使用了Posix_QextSerialPort类。主程序为多线程程序，有专门的线程负责监听来自传感器和屏幕的消息。在Qt中，QThread类用于管理线程，程序中的每个线程都继承自QThread类。程序中创建QThread的派生类Sensor和Screen，再覆写基类的QThread::run()函数即可。系统初始化完成后，用户可以通过触摸屏设定系统的工作模式。如果设置为专家模式，则只需选定种子类别，主控制板会以预设的参数对机器的运行状态进行监测和控制，包括振动频率、风压和风门开度等;如果设置为自选模式，则需要手动设置振动频率和风压值。每隔一定的时间，主控制板会通过RS485总线向各个传感器轮流发出读取信息的请求，获取机器的实时运行状态参数，并将获得的状态信息与预设策略进行对比，再对执行器发出相应的控制指令，使机器保持运行在期望的状态下。

3．2触摸屏编程

WQT系列触摸屏可以使用WQTDesigner组态软件进行软件开发。重力选种机WQTDesigner是WQT系列触摸屏配套软件，是集成化的开发环境，界面一致性好、功能强大、简单易用。配合控制盒监测的需求，触摸屏界面提供了专家模式、自选模式、操作指南、启动/停止开关，系统的各种状态参数也会实时地显示在屏幕上。

3．3执行器通讯

变频器采用通用串行接口协议(USS)，总线上可以连接一个主机和最多31个从机。主机通过通讯报文中的地址段选择从机进行数据传输，在主机没有请求通讯时，从机不能发送数据，而各个从机之间也不能够直接进行数据传输。主控制板通过RS485总线与变频器进行通信，通过修改变频器的工作参数来控制振动电机的工作频率［2，8］，用户无需直接对变频器进行控制，使操作更加简便、直观。

4结语

ZLX－150型重力选种机对种子处理过程中机器的状态进行实时监测和控制，达到良好的选种效果。设计中综合考虑了多种因素的影响，通过滤波提高测量精度，强弱电隔离提高系统安全性，并配合触摸屏设计了简单易用的操作界面。现场调试表明，本系统的稳定性和精确度都达到了预期的设计目标，具有良好的实用效果。

作者：陈永之赵春宇朱成刚黄震宇单位：海交通大学电子信息与电气工程学院