CN104360649A - 一种采棉机自动打包控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采棉机自动打包控制系统，该系统包括硬件和软件：硬件采用ARM控制器，在ARM控制器上分别连接有卸棉装置的齿轮转速传感器、采棉机状态参数的监测元件、棉垛高度传感器、控制执行元件；软件采用含采棉机参数检测、故障诊断、CAN总线的通讯的ARM控制器控制软件；含采棉机参数标定、监测参数显示、故障报警的图像显示分别通过CAN总线通讯的Labview图像显示软件；该系统通过ARM控制器通过对压力、转速、高度和开关量的各参数计算，判断当前棉箱内棉花的状态，使采棉机采摘的棉花实现自动打包，自动卸棉，同时能够实时地获得采棉机的棉箱内棉花的高度、压实器的压力、及采棉机棉箱门开关状态、采棉机行走速度参数，能提高采棉机的棉花打包效率。

Description

一种采棉机自动打包控制系统

技术领域

本发明属于农业机械智能控制系统领域，特别涉及一种采棉机自动打包控制系统。

背景技术

目前，自动采棉机主要机构包括：采棉头部件、液压系统、底盘、操控系统、风力输棉系统、棉箱部件、电子监控系统、电气系统、淋润系统、自动润滑系统和动态防护系统（《新型采棉机的结构及工作过程研究》作者：林明赞，发表于《卷宗》，2012年第四期） 。国外约翰迪尔公司生产的7760自走式摘棉机可以实现田间采棉和机载打包一次性完成，打出的棉包最大直径2.29m，最大高度2.39m，凯斯公司的六行采棉机能够实现自动打包控制，但是上述公司生产的采棉机，其棉包的打包体积不大，棉仓的容量小。经检索，中国实用新型专利，其专利号为200520128533.4，名称为“背负式机动采棉机”，该采棉机的风机的进口上设有软管，软管上设有采棉手，棉箱与风机出口联通，棉花由软管进口经风机的作用下进入棉仓，让棉花自由收集到棉仓中。这种集棉方式不但效率低，而且每次棉花进入到棉箱内后，不会被充分压实，导致棉仓的容棉量很小，而且棉仓内棉花松软，卸棉时难度极大，消耗人力很多。中国实用新型专利，其专利号为201320860292.7，名称为“一种棉花打包收获机”，该收获机中的棉花打包装置3包括上棉箱31、下棉箱32、踩踏装置33和卸棉装置34，所述上棉箱31通过左、右导柱支撑架37与所述下棉箱32连接，并相对于所述下棉箱32具有一升起位置和降落位置，所述踩踏装置33安装在所述下棉箱32内，所述卸棉装置34对应设置于所述上棉箱31和下棉箱32的端部，其中，所述踩踏装置33包括搅龙、踩踏架、搅龙驱动马达和左、右踩踏油缸，所述搅龙和搅龙驱动马达安装在所述踩踏架上，所述踩踏架分别通过所述左、右踩踏油缸与所述左、右导柱支撑架37连接。该装置需要操作员的主观判断是否当前棉花处于需要压实的状态，如果需要，再按下电控按键，控制液压驱动，实现棉箱内棉花的压实成为方包，而对于棉箱内的棉花的高度、压实器的压力、及采棉机棉箱门开关状态、采棉机行走速度、采棉机水压等参数都无法获得，当采棉机发生故障时，不能及时地发现故障，棉花打包效率极低。

发明内容

本发明目的是提供一种采棉机自动打包控制系统，该系统能使采棉机采摘的棉花实现自动打包，打成的棉花包体积大，还能自动卸棉，同时能够实时地获得采棉机的棉箱内棉花的高度、压实器的压力、及采棉机棉箱门开关状态、采棉机行走速度参数，提高采棉机的棉花打包效率。

本发明目的是这样实现的：

一种采棉机自动打包控制系统，该系统包括：硬件有：采用ARM控制器 ，在ARM控制器上分别连接有卸棉装置的齿轮转速传感器、采棉机状态参数的监测元件、棉垛高度传感器、控制执行元件，所述的采棉机状态参数的监测元件包括：搅龙压力传感器、压实器压力传感器；所述的控制执行元件包括：搅龙正转继电器、搅龙反转继电器、压实器上升继电器和压实器下降继电器；软件有：含采棉机参数检测、故障诊断、CAN总线的通讯的ARM控制器控制软件；含采棉机参数标定、监测参数显示、故障报警的图像显示分别通过CAN总线通讯的Labview图像显示软件；

系统软件主控制流程如下：

步骤(1)：在ARM控制器上电后，对ARM控制器的输入、输出端口及CAN总线进行初始化；

步骤(2)：判断采棉机参数是否需要进行标定，如果采棉机参数不需要标定，则直接进行数据采集，如果采棉机参数需要标定，则按照每个参数的标定条件进行标定，；

步骤(3)：将齿轮转速传感器、棉垛高度传感器、搅龙压力传感器、压实器压力传感器输出的数据作为ARM控制器的输入，进入打包控制的循环模式；

步骤(4)：ARM控制器将采集的齿轮转速、棉垛高度、搅龙压力和压实压力数据通过CAN总线实时传输、显示在Labview图像显示软件上，并存储到ARM控制器内，同时将齿轮转速、棉垛高度、搅龙压力和压实压力数据作为下一个打包控制流程的初始状态；

步骤(5)：程序将返回并进行循环：本控制程序采用顺序执行方式；

系统主控制模式由搅龙正转、搅龙反转，压实器向上、压实器向下，组合确定，

搅龙正、反转继电器的开关决定搅龙的正、反转；压实器继电器的开关决定压实器的上、下运动；门开关继电器的输出值决定装卸模式，输出高电平为采棉状态，低电平为卸棉状态，自动打包控制和显示流程如下：

步骤(1)：将ARM控制器上电初始化，初始化后的各参数通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，进入打包的程序；

步骤(2)：ARM控制器控制搅龙正转继电器和搅龙反转继电器吸合或断开，使搅龙正旋转5秒，再反旋转5秒；

步骤(3)： ARM控制器采集的搅龙的压力传感器输出搅龙的压力值，

判断当前采集的搅龙的压力传感器的搅龙压力值是否小于或等于搅龙标定的压力值，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值是小于或等于搅龙标定的压力值，则ARM控制器控制搅龙压实压力传感器输出，驱动压实器向下压，搅龙停止转动，并实时地分别将当前采集的压力传感器的搅龙的压力值、采棉机的棉箱内的棉垛高度值以及报警信息通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值不是小于或等于搅龙标定的压力值，则转步骤5；

步骤(4)：ARM控制器采集的棉垛高度传感器输出棉垛的高度值，判断采棉机的棉箱内棉垛的高度值是否大于或等于所标定的棉箱高度值，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则向ARM控制器发送信号，ARM控制器控制门开关继电器吸合，棉箱门打开，棉垛从棉箱内卸出，同时，ARM控制器向卸棉装置的齿轮转速传感器发送信号，控制采棉机的棉箱向下转动，使棉垛从棉箱内送出，并实时地分别将当前棉箱内的棉垛高度值、压力传感器的搅龙的压力值、以及报警信息通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度不是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则转至步骤5；  

步骤（5）： 压实器压力传感器的输出值为高电平，使压实器停止上升，搅龙继续转动，跳转到步骤4，循环步骤4至步骤5，即重复搅龙的正转或反转、门开关继电器吸合或断开、棉箱门打开或关闭的动作，控制棉垛从棉箱内卸出；

步骤(6)：返回进行循环，完成自动打包，然后将打包完成信号发给ARM控制器，ARM控制器发出控制指令，控制门开关完成卸棉。

本发明的优越性及技术效果:

1、该系统可实现采棉机棉箱内棉花自动打包和卸棉的全自动控制，整个过程只需在ARM控制器的控制下进行，无需驾驶员的主管判断和手动操作，减轻了工作人员判断棉箱内棉花的状态及采棉机各部件的运行状况所需的工作量；

2、该系统能够根据棉箱内搅龙压力传感器和压实器压力传感器输入到ARM控制器的数据，自动判断是否要对棉花进行压实，是否要对棉垛进行卸棉，可以提高棉箱的利用率；

3、该系统还可对故障进行监测报警，对采棉头吸入门堵塞、离合器报警、水路压力报警、风机转速报警，降低采棉机的故障率，提高解决故障的效率。

附图说明

图1 是本发明的一种采棉机自动打包控制系统框图；

图2 是本发明的主控制流程图；

图3 是本发明的打包程序流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明实施例详细叙述如下。

如图1所示，本发明提供了一种采棉机自动打包控制系统，系统的搭建是基于ARM控制器和WinCE系统下的Labview图像显示软件上，能够使采棉机的各项参数以及棉箱内棉花高度、搅龙压力和压实器压力等量的实时采集和上位机图像化显示，该系统与棉花打包装置连接，棉花打包装置包括上棉箱、下棉箱、压实器和卸棉装置，所述上棉箱通过左、右导柱支撑架与所述下棉箱连接并相对于所述下棉箱具有升起位置和降落位置，所述压实器对应设置于所述上棉箱和下棉箱的端部，所述压实器包括搅龙、踩踏架、搅龙驱动马达和左、右踩踏油缸，所述搅龙和搅龙驱动马达安装在所述踩踏架上，所述踩踏架分别通过所述左、右踩踏油缸与所述左、右导柱支撑架连接；

该系统硬件有：采用ARM控制器 ，在ARM控制器上分别连接有卸棉装置的齿轮转速传感器、采棉机状态参数的监测元件、棉垛高度传感器、控制执行元件，所述的采棉机状态参数的监测元件包括：搅龙压力传感器、压实器压力传感器；所述的控制执行元件包括：搅龙正转继电器、搅龙反转继电器、压实器上升继电器和压实器下降继电器；其软件有：含采棉机参数检测、故障诊断、CAN总线的通讯的ARM控制器控制软件；含采棉机参数标定、监测参数显示、故障报警的图像显示分别通过CAN总线通讯的Labview图像显示软件；

如图2所示，系统软件主控制流程如下：

步骤(1)：在ARM控制器上电后，对ARM控制器的输入、输出端口及CAN总线进行初始化；

步骤(2)：判断采棉机参数是否需要进行标定，如果采棉机参数不需要标定，则直接进行数据采集，如果采棉机参数需要标定，则按照每个参数的标定条件进行标定；

步骤(3)：将齿轮转速传感器、棉垛高度传感器、搅龙压力传感器、压实器压力传感器输出的数据作为ARM控制器的输入，进入打包控制的循环模式；

步骤(4)：ARM控制器将采集的齿轮转速、棉垛高度、搅龙压力和压实压力数据通过CAN总线实时传输、显示在Labview图像显示软件上，并存储到ARM控制器内，同时将齿轮转速、棉垛高度、搅龙压力和压实压力数据作为下一个打包控制流程的初始状态；

步骤(5)：程序将返回并进行循环：本控制程序采用顺序执行方式。

系统主控制模式由搅龙正转、搅龙反转，压实器向上、压实器向下，组合确定，

搅龙正反转继电器的开关决定搅龙的正、反转；压实器继电器的开关决定压实器的上、下运动；门开关继电器的输出值决定装卸模式，输出高电平为采棉状态，低电平为卸棉状态。如图3所示，自动打包控制和显示流程如下：

步骤(1)：将ARM控制器上电初始化，初始化后的各参数通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，进入打包的程序；

步骤(2)：ARM控制器控制搅龙正转继电器和搅龙反转继电器吸合或断开，使搅龙正旋转5秒，再反旋转5秒；

步骤(3)： ARM控制器采集的搅龙的压力传感器输出搅龙的压力值，

判断当前采集的搅龙的压力传感器的搅龙压力值是否小于或等于搅龙标定的压力值，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值是小于或等于搅龙标定的压力值，则ARM控制器控制搅龙压实压力传感器输出，驱动压实器向下压，搅龙停止转动，并实时地分别将当前采集的压力传感器的搅龙的压力值、采棉机的棉箱内的棉垛高度值以及报警信息通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值不是小于或等于搅龙标定的压力值，则转步骤5；

步骤(4)：ARM控制器采集的棉垛高度传感器输出棉垛的高度值，判断采棉机的棉箱内棉垛的高度值是否大于或等于所标定的棉箱高度值，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则向ARM控制器发送信号，ARM控制器控制门开关继电器吸合，棉箱门打开，棉垛从棉箱内卸出，同时，ARM控制器向卸棉装置的齿轮转速传感器发送信号，控制采棉机的棉箱向下转动，使棉垛从棉箱内送出，并实时地分别将当前棉箱内的棉垛高度值、压力传感器的搅龙的压力值、以及报警信息通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度不是大于或等于棉箱内棉垛的的高度值，则转至步骤5；  

步骤（5）： 压实器压力传感器的输出值为高电平，使压实器停止上升，搅龙继续转动，跳转到步骤4，循环步骤4至步骤5，即重复搅龙的正转或反转、门开关继电器吸合或断开、棉箱门打开或关闭的动作控制棉垛从棉箱内卸出；

步骤(6)：返回进行循环，完成自动打包，然后将打包完成信号发给ARM控制器，ARM控制器发出控制指令，控制门开关完成卸棉。 

Claims (1)

1.一种采棉机自动打包控制系统，其特征在于，该系统包括：硬件有：采用ARM控制器 ，在ARM控制器上分别连接有卸棉装置的齿轮转速传感器、采棉机状态参数的监测元件、棉垛高度传感器、控制执行元件，所述的采棉机状态参数的监测元件包括：搅龙压力传感器、压实器压力传感器；所述的控制执行元件包括：搅龙正转继电器、搅龙反转继电器、压实器上升继电器和压实器下降继电器；软件有：含采棉机参数检测、故障诊断、CAN总线的通讯的ARM控制器控制软件；含采棉机参数标定、监测参数显示、故障报警的图像显示分别通过CAN总线通讯的Labview图像显示软件；

系统软件主控制流程如下：

步骤(1)：在ARM控制器上电后，对ARM控制器的输入、输出端口及CAN总线进行初始化；

步骤(2)：判断采棉机参数是否需要进行标定，如果采棉机参数不需要标定，则直接进行数据采集，如果采棉机参数需要标定，则按照每个参数的标定条件进行标定，；

步骤(3)：将齿轮转速传感器、棉垛高度传感器、搅龙压力传感器、压实器压力传感器输出的数据作为ARM控制器的输入，进入打包控制的循环模式；

步骤(4)：ARM控制器将采集的齿轮转速、棉垛高度、搅龙压力和压实压力数据通过CAN总线实时传输、显示在Labview图像显示软件上，并存储到ARM控制器内，同时将齿轮转速、棉垛高度、搅龙压力和压实压力数据作为下一个打包控制流程的初始状态；

步骤(5)：程序将返回并进行循环：本控制程序采用顺序执行方式；

系统主控制模式由搅龙正转、搅龙反转，压实器向上、压实器向下，组合确定，

搅龙正、反转继电器的开、关决定搅龙的正、反转；压实器继电器的开、关决定压实器的上、下运动；门开关继电器的输出值决定装卸模式，输出高电平为采棉状态，低电平为卸棉状态，自动打包控制和显示流程如下：

步骤(1)：将ARM控制器上电初始化，初始化后的各参数通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，进入打包的程序；

步骤(2)：ARM控制器控制搅龙正转继电器和搅龙反转继电器吸合或断开，使搅龙正旋转5秒，再反旋转5秒；

步骤(3)： ARM控制器采集的搅龙的压力传感器输出搅龙的压力值，

判断当前采集的搅龙的压力传感器的搅龙压力值是否小于或等于搅龙标定的压力值，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值是小于或等于搅龙标定的压力值，则ARM控制器控制搅龙压实压力传感器输出，驱动压实器向下压，搅龙停止转动，并实时地分别将当前采集的压力传感器的搅龙的压力值、采棉机的棉箱内的棉垛高度值以及报警信息通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值不是小于或等于搅龙标定的压力值，则转步骤5；

步骤(4)：ARM控制器采集的棉垛高度传感器输出棉垛的高度值，判断采棉机的棉箱内棉垛的高度值是否大于或等于所标定的棉箱高度值，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则向ARM控制器发送信号，ARM控制器控制门开关继电器吸合，棉箱门打开，棉垛从棉箱内卸出，同时，ARM控制器向卸棉装置的齿轮转速传感器发送信号，控制采棉机的棉箱向下转动，使棉垛从棉箱内送出，并实时地分别将当前棉箱内的棉垛高度值、压力传感器的搅龙的压力值、以及报警信息通过CAN总线通讯传送到LabView图像显示软件上，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度不是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则转至步骤5；  

步骤（5）： 压实器压力传感器的输出值为高电平，使压实器停止上升，搅龙继续转动，跳转到步骤4，循环步骤4至步骤5，即重复搅龙的正转或反转、门开关继电器吸合或断开、棉箱门打开或关闭的动作，控制棉垛从棉箱内卸出；

步骤(6)：返回进行循环，完成自动打包，然后将打包完成信号发给ARM控制器，ARM控制器发出控制指令，控制门开关完成卸棉。