CN107942811A - 一种采棉机用棉花方模在线成型控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采棉机用棉花方模在线成型控制系统，包括监控单元、打包控制器、输入机构单元、执行机构单元、反馈单元；所述监控单元通过CAN总线与打包控制器连接，打包控制器分别与输入机构单元、执行机构单元、反馈单元相连接；所述打包控制器包括主处理器、DI输入模块、DO输出模块、AD转换模块、存储模块以及下层通信模块；所述输入机构单元至少包括有六个接触式机械开关，所述执行机构单元包括有上升开关阀、下降开关阀、正转开关阀和反转开关阀。很好地实现了采棉机一边采棉一边在棉箱内将棉花打包成型的任务。

Description

一种采棉机用棉花方模在线成型控制系统

技术领域

本发明属于大型智能农业机械装备技术领域，涉及采棉机自动化控制技术领域，具体是一种采棉机用棉花方模在线成型控制系统。

背景技术

采棉机是大型棉田必不可少的棉花采摘收获机械，是我国急需的大型农机装备。采棉机不仅可以解决棉花采收季节劳动力严重不足的问题，而且还可以节约劳动成本，大幅度提高棉花采摘效率。然而，棉花在采摘后都比较松软，采棉机的棉箱空间有限，如果直接让松软的棉花充满棉箱，那么棉箱中的棉花容易分布不均，且棉箱会很快被充满，但棉箱中棉花重量却不多，采棉机将不得不经常停止作业来卸下棉箱中棉花，严重降低采棉机的工作效率。

为了提高作业效率，降低卸棉时间，采用棉花在线压实成型的方法，利用棉箱内的搅龙(负责均布)和压实器(负责压实)，按照一定的工艺流程，将棉花铺平并压实，形成密实度较大的棉包(行业内通常将压实的棉包称为棉模)，最终完成边进行棉花采摘，边进行在线压实成型。棉模在线成型式采棉机是采棉机发展趋势，我国尚未有成熟机型，本发明的棉花方模在线成型方法及控制系统具有原始创新性。

发明内容

本发明的目的是提供了一种采棉机用棉花方模在线成型控制系统，很好地实现了采棉机一边采棉一边在棉箱内将棉花打包成型的任务。

本发明是通过以下的技术方案来实现的。

一种采棉机用棉花方模在线成型控制系统，包括监控单元、打包控制器、输入机构单元、执行机构单元、反馈单元；所述监控单元通过CAN总线与打包控制器连接，打包控制器分别与输入机构单元、执行机构单元、反馈单元相连接；

所述的监控单元包括人机交互界面模块以及底层通信模块，所述的人机交互界面模块用于将获得的实时工作值和状态量经过转换后显示出来，同时监控单元也可以向打包控制器发送数据与命令；所述底层通信模块通过CAN总线与打包控制器通信，用于获得打包控制器的实时数据以及向打包控制器传输数据；

所述的打包控制器包括主处理器、DI输入模块、DO输出模块、AD转换模块、存储模块以及下层通信模块；所述主处理器用于控制AD转换模块的正常工作并读取AD转换结果、捕获输入机构单元的开关量输入、接收反馈单元的反馈信息，然后进行运算和逻辑处理及控制DO输出模块输出正确的电平信号；所述DI输入模块、DO输出模块、AD转换模块分别与主处理器直连；所述的AD转换模块的主芯片是模数转换芯片，用于数字信号与模拟信号之间的转换；所述存储模块通过IIC总线与主处理器通信，用于存储打包控制器默认的工作参数和通过监控单元的人机交互界面修改后的参数；所述下层通信模块通过CAN总线与监控单元连接，向下通过SPI总线与主处理器连接，用于进行数据转换与收发；

所述输入机构单元至少包括有六个接触式机械开关，用于控制采棉机的棉箱中压实器和搅龙的运动方向；其中，手动开关用于切换进入手动操作控制打包状态；自动开关用于切换进入自动打包状态；上升开关用于控制压实器的上升；下降开关用于控制压实器的下降；正转开关用于控制搅龙的正转；反转开关用于控制搅龙反转；

所述执行机构单元包括有上升开关阀、下降开关阀、正转开关阀和反转开关阀；所述上升开关阀和下降开关阀分别用于启动压实器的上升和下降的机构；所述正转开关阀和反转开关阀分别用于启动搅龙的正转和反转的机构；

所述反馈单元包括箱顶接近开关、箱底接近开关、压实器压力传感器和搅龙压力传感器，箱顶接近开关和箱底接近开关直接与打包控制器的DI输入模块连接，压实器压力传感器和搅龙压力传感器与打包控制器的AD转换模块连接；

所述箱顶接近开关安装在棉箱的顶部，当压实器上升到棉箱的顶部时，会触发接近开关发出信号；所述箱底接近开关安装在棉箱的底部，当压实器下降到棉箱的底部时，会触发接近开关发出信号；所述压实器传感器安装在压实器上，在压实器压棉花的过程中实时的向打包控制器反馈当前压力值，以便打包控制器控制压实器的升降程度；所述搅龙压力传感器安装在搅龙上，在搅龙旋转过程中，随着棉花的增多实时的向打包控制器反馈当前的搅龙承受的压力，以便打包控制器控制启动压实器的工作。

所述主处理器为CycloneII系列的FPGA芯片，型号为EP2C8Q208C8的芯片。所述AD转换模块的主芯片是AD7606，为16位的模数转换芯片，拥有8个模拟输入通道。所述存储模块包括至少一片EEPROM芯片，芯片型号是AT24LC0281。所述下层通信模块包括至少一片ARM芯片，芯片型号是STM32F103，其向上通过CAN总线与监控单元的底层通信模块连接，向下通过SPI总线与主处理器连接，主要工作是进行数据转换与收发。

本发明的控制系统的实施例中表现的技术效果有：通过自动打包流程能够极大的提高采棉机的工作效率，避免分散驾驶员的注意力，提高了作业过程的安全性；搅龙压力上限、压实压力上限都可通过监控单元设置，方便调节棉垛的松紧程度；打包控制器实时地向监控单元报告压实器和搅龙的当前工作状态，便于驾驶员观察；完善的反馈单元可以避免出现过压、过转现象，从而便免了对反馈单元和对整车机械结构的损坏；整个系统易于构建,可靠性高,成本低廉，易于工程推广应用。

附图说明

图1是实施例中的控制系统的整体结构框图。

图2是实施例中的打包控制器的结构框图。

图3是实施例中的反馈单元在棉箱俯视图中的安装位置图一。

图4是实施例中的反馈单元在棉箱侧视图中的安装位置图二。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本实施例中是一种采棉机用棉花方模在线成型控制系统，整个系统采用模块化设计，包括监控单元1、打包控制器2、输入机构单元3、执行机构单元4和反馈单元5。监控单元通过CAN总线与打包控制器连接，打包控制器分别与输入机构单元、执行机构单元、反馈单元连接。监控单元主要用于获得并显示打包控制器的实时状态，同时还可配置打包控制器的工作参数，打包控制器根据通过监控单元配置的参数、输入机构单元的输入信号和反馈单元的反馈信息来综合控制执行机构单元的动作行为。

监控单元包括人机交互界面模块6以及底层通信模块7。人机交互界面模块将获得的实时工作值和状态量经过转换后显示出来，实时显示打包控制器的当前工作状态和作业参数，同时也可以通过监控单元向打包控制器发送数据与命令，配置打包控制器在工作过程中的参数。底层通信模块通过CAN总线与打包控制器通信，从而获得打包控制器的实时数据以及向打包控制器传输数据。

如图2所示，打包控制器包括主处理器8、DI输入模块9、DO输出模块10、AD转换模块11、存储模块12以及下层通信模块13。主处理器的具体型号是EP2C8Q208C8，是一款CycloneII系列的FPGA芯片，其主要工作是控制AD转换模块的正常工作并读取AD转换结果、捕获输入机构单元的开关量输入、接收反馈单元的反馈信息，然后进行运算和逻辑处理，控制DO输出模块输出正确的电平信号；所述的DI输入模块、DO输出模块、AD转换模块分别与主处理器直连；AD转换模块的主芯片是AD7606，是一款16位的模数转换芯片，拥有8个模拟输入通道；存储模块主要是一片EEPROM芯片，具体型号是AT24LC0281，通过IIC总线与主处理器通信，主要功能是存储打包控制器默认的工作参数和通过监控单元人机交互界面修改后的参数；下层通信模块主要是一片ARM芯片，具体型号是STM32F103，其向上通过CAN总线与监控单元连接，向下通过SPI总线与主处理器连接，主要工作是进行数据转换与收发。

输入机构单元包括六个接触式机械开关，分别用于控制棉箱中压实器和搅龙的运动方向。打包手动开关用于进入手动打包状态；自动开关用于进入自动打包状态；上升开关用于控制压实器的上升；下降开关用于控制压实器的下降；正转开关用于控制搅龙的正转；反转开关用于控制搅龙的反转。

执行机构单元包括一个上升开关阀、一个下降开关阀、一个正转开关阀、一个反转开关阀。上升开关阀和下降开关阀分别用于控制压实器的上升和下降；正转开关阀和反转开关阀分别用于控制搅龙的正反装。棉箱中装有两个流线形扇叶搅龙，通过正反转将堆积在出棉口处的棉花均匀铺在棉箱中。

反馈单元包括一个箱顶接近开关、一个箱底接近开关、一个压实器压力传感器和一个搅龙压力传感器，箱顶接近开关和箱底接近开关直接与打包控制器DI输入连接，压实器压力传感器和搅龙压力传感器与打包控制器的AD转换模块连接。

如图3、图4所示，采棉机包括有一个用于装棉花的棉箱20，设有进棉口28，内部安装有两条搅龙22和一个压实器21，箱顶接近开关23为安装在棉箱顶部的接近开关，当压实器21上升到棉箱顶部时，与压实器连接的金属柱27顶端会触发接近开关发出信号；箱底接近开关24为安装在棉箱底部的接近开关，当压实器21下降到棉箱底部时，与压实器连接的金属柱27底端会触发接近开关发出信号；压实器传感器25为安装在压实器上的压力传感器，在压实器压棉花的过程中实时的向打包控制器反馈当前压力值，以便打包控制器控制压实器的升降程度；搅龙压力传感器26为安装在搅龙上的压力传感器，在搅龙旋转过程中，随着棉花的增多实时的向打包控制器反馈当前的搅龙压力，以便打包控制器控制压实器的起止条件。

本实施例的控制系统其原理如下：

手动打包原理：通过输入机构单元的手动开关进入手动打包过程。采棉机在作业过程中驾驶员周期性地控制搅龙正反转使棉箱中棉花均匀分布；没按下一次压实器下降按钮，压实器下压到一定压力后再上升到一定高度，据此道理实现手动压实棉箱内的棉花，使棉模成型。

自动打包原理：首先通过监控单元设置搅龙压力上限和压实压力上限，通过输入机构单元的自动开关进入自动打包流程。进入自动打包状态后，打包控制器会控制搅龙不断地交替正反转，不断地将收获的棉花均匀铺在棉箱内；随着棉箱内棉花体积的增加，搅龙在转动过程中的阻力会越来越大，搅龙上的压力传感器检测到的压力值越来越大，当搅龙压力大于通过监控单元设置的搅龙压力上限时，搅龙停止旋转，同时打包控制器会控制压实器开始下压棉箱中棉花；在压实器下压过程中，当压实器压力大于通过监控单元设置的压实压力上限或者压实器已经到达棉箱底部时，压实器停止下压，并上升此时高度到棉箱顶部距离的一半距离处停止，如果停止下压处到棉箱顶部的距离小于设定值，则压实器会回到棉箱顶部处；当压实器停止后，搅龙开始旋转，开始新一轮工作流程；当棉箱内棉花满后，打包控制器会向监控单元发出信号，此时监控单元会提醒驾驶员棉箱已满，准备卸棉。至此一个打包过程完成。

Claims (5)

1.一种采棉机用棉花方模在线成型控制系统，包括监控单元、打包控制器、输入机构单元、执行机构单元、反馈单元；所述监控单元通过CAN总线与打包控制器连接，打包控制器分别与输入机构单元、执行机构单元、反馈单元相连接；

所述监控单元包括人机交互界面模块以及底层通信模块，所述的人机交互界面模块用于将获得的实时工作值和状态量经过转换后显示出来，同时监控单元也可以向打包控制器发送数据与命令；所述底层通信模块通过CAN总线与打包控制器通信，用于获得打包控制器的实时数据以及向打包控制器传输数据；

所述打包控制器包括主处理器、DI输入模块、DO输出模块、AD转换模块、存储模块以及下层通信模块；所述主处理器用于控制AD转换模块的正常工作并读取AD转换结果、捕获输入机构单元的开关量输入、接收反馈单元的反馈信息，然后进行运算和逻辑处理及控制DO输出模块输出正确的电平信号；所述DI输入模块、DO输出模块、AD转换模块分别与主处理器直连；所述的AD转换模块的主芯片是模数转换芯片，用于数字信号与模拟信号之间的转换；所述存储模块通过IIC总线与主处理器通信，用于存储打包控制器默认的工作参数和通过监控单元的人机交互界面修改后的参数；所述下层通信模块通过CAN总线与监控单元连接，向下通过SPI总线与主处理器连接，用于进行数据转换与收发；

所述输入机构单元至少包括有六个接触式机械开关，用于控制采棉机的棉箱中压实器和搅龙的运动方向；其中，手动开关用于切换进入手动操作控制打包状态；自动开关用于切换进入自动打包状态；上升开关用于控制压实器的上升；下降开关用于控制压实器的下降；正转开关用于控制搅龙的正转；反转开关用于控制搅龙反转；

所述执行机构单元包括有上升开关阀、下降开关阀、正转开关阀和反转开关阀；所述上升开关阀和下降开关阀分别用于启动压实器的上升和下降的机构；所述正转开关阀和反转开关阀分别用于启动搅龙的正转和反转的机构；

所述反馈单元包括箱顶接近开关、箱底接近开关、压实器压力传感器和搅龙压力传感器，箱顶接近开关和箱底接近开关直接与打包控制器的DI输入模块连接，压实器压力传感器和搅龙压力传感器与打包控制器的AD转换模块连接；

所述箱顶接近开关安装在棉箱的顶部，当压实器上升到棉箱的顶部时，会触发接近开关发出信号；所述箱底接近开关安装在棉箱的底部，当压实器下降到棉箱的底部时，会触发接近开关发出信号；所述压实器传感器安装在压实器上，在压实器压棉花的过程中实时的向打包控制器反馈当前压力值，以便打包控制器控制压实器的升降程度；所述搅龙压力传感器安装在搅龙上，在搅龙旋转过程中，随着棉花的增多实时的向打包控制器反馈当前的搅龙承受的压力，以便打包控制器控制启动压实器的工作。

2.根据权利要求1所述的采棉机用棉花方模在线成型控制系统，其特征在于，所述主处理器为CycloneII系列的FPGA芯片，型号为EP2C8Q208C8的芯片。

3.根据权利要求1所述的采棉机用棉花方模在线成型控制系统，其特征在于，所述AD转换模块的主芯片是AD7606，为16位的模数转换芯片，拥有8个模拟输入通道。

4.根据权利要求1所述的采棉用棉花方模在线成型控制系统，其特征在于，所述存储模块包括至少一片EEPROM芯片，芯片型号是AT24LC0281。

5.根据权利要求1所述的采棉用棉花方模在线成型控制系统，其特征在于，所述下层通信模块包括至少一片ARM芯片，芯片型号是STM32F103，其向上通过CAN总线与监控单元的底层通信模块连接，向下通过SPI总线与主处理器连接，主要工作是进行数据转换与收发。