CN108126824A - 一种土壤自动化研磨设备控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤自动化研磨设备控制系统，包括主控制器，其第一数字量输出模块与电机升降模块相连，其第二数字量输出模块与研磨模块相连，其第三数字量输出模块与过筛模块相连，其第四数字量输出模块与清洁模块相连，其第五数字量输出模块与过筛翻转模块相连，其第六数字量输出模块与预警模块相连，其第一数字量输入模块与第一信号转换模块相连，其第二数字量输入模块与第二信号转换模块相连，其第一无线传输模块与人机交互模块无线双向通讯。本发明还公开了一种土壤自动化研磨设备控制系统的控制方法。本发明实现了土壤的自动化精准研磨，节省了大量的人力和物力；实现了研磨设备的无线数据传输功能，便于远程控制和监测土壤研磨和设备状态。
Description
技术领域
本发明涉及精准农业特种装备的控制技术领域，尤其是一种土壤自动化研磨设备控制系统及方法。
背景技术
精准农业就是利用有限的资源，在对农业现状进行分析的基础上，通过对农业生产微观化处理，一改目前的粗放型农业为精细农业，以便进行准确的投入和管理；改定量投入为变量投入和管理，节约能源，改善环境条件，提高农业生产水平和作物产品质量。土壤分析是精准农业的一项重要的技术，土壤分析的目的是根据土壤养分的测定值，准确地掌握土壤的肥力状况、监测土壤肥力变化的趋势等。因此，土壤分析是配方施肥的基础，分析是否准确可信，直接影响着接下来的推荐施肥量。土壤研磨是土壤分析中的一个重要环节，从田间取回的用于土壤肥力分级、土壤养分含量分级和测土配方施肥的土壤样品颗粒，大小混杂，必须通过一定研磨处理技术，使得大的土壤颗粒变细，均匀地通过一定孔径的筛子后才能进行分析。
每年需要完成大量土壤样品的分析测试工作，前期土壤样品的研磨处理需要大量的人力物力，传统土壤样品研磨方法主要有人工研磨法、旋转式粉碎机、锤片式粉碎机。这些研磨方法存在着以下不足：无法批量处理、费工时、不易清扫；样品易损失、样品结构易破坏；部分方法甚至无法满足土壤金属元素测定分析要求。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种不仅节省人力物力，而且还可以快速高效地处理大批量的样品的土壤自动化研磨设备控制系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种土壤自动化研磨设备控制系统，包括主控制器，其第一数字量输出模块与电机升降模块相连，其第二数字量输出模块与研磨模块相连，其第三数字量输出模块与过筛模块相连，其第四数字量输出模块与清洁模块相连，其第五数字量输出模块与过筛翻转模块相连，其第六数字量输出模块与预警模块相连，其第一数字量输入模块与第一信号转换模块相连，其第二数字量输入模块与第二信号转换模块相连，其第一无线传输模块与人机交互模块无线双向通讯。
所述电机升降模块由第一信号隔离模块、第一驱动放大模块、升降电机以及用于检测升降电机所在位置的第一光电开关组成，所述第一信号隔离模块的输入端与所述第一数字量输出模块的输出端相连，第一信号隔离模块的输出端与第一驱动放大模块的输入端相连，第一驱动放大模块的输出端与升降电机的控制信号输入端相联。
所述研磨模块由第二信号隔离模块、第二驱动放大模块、研磨电机以及用于检测研磨电机所在位置的第二光电开关组成，所述第二信号隔离模块的输入端与所述第二数字量输出模块的输出端相连，第二信号隔离模块的输出端与第二驱动放大模块的输入端相连，第二驱动放大模块的输出端与研磨电机的控制信号输入端相联。
所述过筛模块由第三信号隔离模块、第三驱动放大模块、过筛电机以及用于检测过筛电机所在位置的第三光电开关组成，所述第三信号隔离模块的输入端与所述第三数字量输出模块的输出端相连，第三信号隔离模块的输出端与第三驱动放大模块的输入端相连，第三驱动放大模块的输出端与过筛电机的控制信号输入端相联。
所述清洁模块由第四信号隔离模块、第四驱动放大模块、清洁电机以及用于检测清洁电机所在位置的第四光电开关组成，所述第四信号隔离模块的输入端与所述第四数字量输出模块的输出端相连，第四信号隔离模块的输出端与第四驱动放大模块的输入端相连，第四驱动放大模块的输出端与清洁电机的控制信号输入端相联。
所述过筛翻转模块由第五信号隔离模块、第五驱动放大模块、过筛翻转电机以及用于检测过筛翻转电机所在位置的第五光电开关组成，所述第五信号隔离模块的输入端与所述第五数字量输出模块的输出端相连，第五信号隔离模块的输出端与第五驱动放大模块的输入端相连，第五驱动放大模块的输出端与过筛翻转电机的控制信号输入端相联。
所述预警模块由驱动模块、扬声器和信号灯组成，所述驱动模块的信号输入端与所述第六数字量输出模块的输出端相连，驱动模块的输出端分别与扬声器和信号灯相连。
所述第一信号转换模块由第一限幅模块和第一光耦隔离模块组成，所述第一光耦隔离模块接收来自电机升降模块、研磨模块和过筛模块反馈的开关量，第一光耦隔离模块的输出端与第一限幅模块的输入端相联，第一限幅模块的输出端与所述第一数字量输入模块的输入端相联；所述第二信号转换模块由第二限幅模块和第二光耦隔离模块组成，所述第二光耦隔离模块接收来自清洁模块、过筛翻转模块反馈的开关量，第二光耦隔离模块的输出端与第二限幅模块的输入端相联，第二限幅模块的输出端与所述第二数字量输入模块的输入端相联。
所述人机交互模块由第二无线传输模块和上位机组成，所述第二无线传输模块与所述第一无线传输模块无线双向通讯，所述第二无线传输模块与上位机通过通讯总线双向通讯。
本发明的另一目的在于提供一种土壤自动化研磨设备控制系统的控制方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
a）系统上电后，主控制器首先完成自检和各种参数的初始化；
b）主控制器等待上位机指令，接收到上位机指令后，分析指令；
c）如果指令为研磨指令，主控制器控制研磨电机下降，下降的位置由第二光电开关决定；如果指令为清洁指令，系统会直接进入步骤g；
d）研磨电机到达指令位置后，主控制器控制研磨电机开始研磨，同时控制过筛电机来回震荡；
e）研磨完成后，主控制器控制研磨电机停止，同时控制过筛电机停止，过筛电机停止的位置由第三光电开关决定；
f）主控制器控制研磨电机上升，上升的位置由第一光电开关决定，研磨电机到达指令位置后；
g）主控制器打开清洁电机开始清洁，同时打开过筛翻转电机，筛子上下翻转；
h）清洁完成后，主控制器控制清洁电机停止，同时控制过筛翻转电机停止；
i）系统等待下一批土样。
由上述技术方案可知，本发明实现了土壤的自动化精准研磨，节省了大量的人力和物力；本发明实现了研磨设备的无线数据传输功能，便于远程控制和监测土壤研磨和设备状态；本发明实现了弱电信号和和强电信号的有效隔离，提高了设备的稳定性。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明的研磨工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种土壤自动化研磨设备控制系统，包括主控制器1，其第一数字量输出模块与电机升降模块2相连，其第二数字量输出模块与研磨模块3相连，其第三数字量输出模块与过筛模块4相连，其第四数字量输出模块与清洁模块5相连，其第五数字量输出模块与过筛翻转模块6相连，其第六数字量输出模块与预警模块7相连，其第一数字量输入模块与第一信号转换模块8相连，其第二数字量输入模块与第二信号转换模块9相连，其第一无线传输模块与人机交互模块10无线双向通讯。
如图1所示，所述电机升降模块2由第一信号隔离模块、第一驱动放大模块、升降电机以及用于检测升降电机所在位置的第一光电开关组成，所述第一信号隔离模块的输入端与所述第一数字量输出模块的输出端相连，第一信号隔离模块的输出端与第一驱动放大模块的输入端相连，第一驱动放大模块的输出端与升降电机的控制信号输入端相联。第一信号隔离模块的功能是将主控制器1通过第一数字量输出模块的信号和第一驱动放大模块的信号有效隔离，防止第一驱动放大模块的大电流、大功率信号干扰甚至损坏主控制器1；第一驱动放大模块将第一信号隔离模块输出的小信号进行放大，以满足升降电机需要的电平信号；第一光电开关的功能是当升降电机到达第一光电开关的位置后，会出现一跳变信号，该信号通过第一光耦隔离模块、第一限幅模块以及第一数字量输入模块被主控制器1获取，获取后主控制器1通过第一数字量输出模块、第一信号隔离模块和第一驱动放大模块控制升降电机停止。
如图1所示，所述研磨模块3由第二信号隔离模块、第二驱动放大模块、研磨电机以及用于检测研磨电机所在位置的第二光电开关组成，所述第二信号隔离模块的输入端与所述第二数字量输出模块的输出端相连，第二信号隔离模块的输出端与第二驱动放大模块的输入端相连，第二驱动放大模块的输出端与研磨电机的控制信号输入端相联。主控制器1通过第二数字量输出模块、第二信号隔离模块、第二驱动放大模块与研磨电机相连，第二信号隔离模块的功能是将主控制器1通过第二数字量输出模块的信号和第二驱动放大模块的信号有效隔离，防止第二驱动放大模块的大电流、大功率信号干扰甚至损坏主控制器1；第二驱动放大模块将第二信号隔离模块输出的小信号进行放大，以满足研磨电机需要的电平信号；第二光电开关的功能是在研磨过程中，研磨电机下降到第二光电开关的位置后，出现一跳变信号，该信号通过第一光耦隔离模块、第一限幅模块以及第一数字量输入模块被主控制器1获取，获取后主控制器1通过第二数字量输出模块、第二信号隔离模块、第二驱动放大模块控制研磨电机上升一固定距离。
如图1所示，所述过筛模块4由第三信号隔离模块、第三驱动放大模块、过筛电机以及用于检测过筛电机所在位置的第三光电开关组成，所述第三信号隔离模块的输入端与所述第三数字量输出模块的输出端相连，第三信号隔离模块的输出端与第三驱动放大模块的输入端相连，第三驱动放大模块的输出端与过筛电机的控制信号输入端相联。主控制器1通过第三数字量输出模块、第三信号隔离模块、第三驱动放大模块与过筛电机相连，第三信号隔离模块的功能是将主控制器1通过第三数字量输出模块的信号和第三驱动放大模块的信号有效隔离，防止第三驱动放大模块的大电流、大功率信号干扰甚至损坏主控制器1；第三驱动放大模块将第三信号隔离模块输出的小信号进行放大，以满足过筛电机需要的电平信号；第三光电开关的功能是检测过筛电机的初始位置，当过筛完成后，过筛电机回到第三光电开光的位置后，出现一跳变信号，该信号通过第一光耦隔离模块、第一限幅模块以及第一数字量输入模块被主控制器1获取，获取后主控制器1通过第三数字量输出模块、第三信号隔离模块、第三驱动放大模块控制过筛电机停止。
如图1所示，所述清洁模块5由第四信号隔离模块、第四驱动放大模块、清洁电机以及用于检测清洁电机所在位置的第四光电开关组成，所述第四信号隔离模块的输入端与所述第四数字量输出模块的输出端相连，第四信号隔离模块的输出端与第四驱动放大模块的输入端相连，第四驱动放大模块的输出端与清洁电机的控制信号输入端相联。主控制器1通过第四数字量输出模块、第四信号隔离模块、第四驱动放大模块与清洁电机相连，第四信号隔离模块的功能是将主控制器1通过第四数字量输出模块的信号和第四驱动放大模块的信号有效隔离，防止第四驱动放大模块的大电流、大功率信号干扰甚至损坏主控制器1；第四驱动放大模块将第四信号隔离模块输出的小信号进行放大，以满足清洁电机需要的电平信号；第四光电开关的功能是检测清洁电机的初始位置，当清洁完成后，清洁电机回到第四光电开光的位置后，出现一跳变信号，该信号通过第二光耦隔离模块、第二限幅模块以及第二数字量输入模块被主控制器1获取，获取后主控制器1通过第四数字量输出模块、第四信号隔离模块、第四驱动放大模块控制清洁电机停止。
如图1所示，所述过筛翻转模块6由第五信号隔离模块、第五驱动放大模块、过筛翻转电机以及用于检测过筛翻转电机所在位置的第五光电开关组成，所述第五信号隔离模块的输入端与所述第五数字量输出模块的输出端相连，第五信号隔离模块的输出端与第五驱动放大模块的输入端相连，第五驱动放大模块的输出端与过筛翻转电机的控制信号输入端相联。主控制器1通过第五数字量输出模块、第五信号隔离模块、第五驱动放大模块与过筛翻转电机相连，第五信号隔离模块的功能是将主控制器1通过第五数字量输出模块的信号和第五驱动放大模块的信号有效隔离，防止第五驱动放大模块的大电流、大功率信号干扰甚至损坏主控制器1；第五驱动放大模块将第五信号隔离模块输出的小信号进行放大，以满足清洁电机需要的电平信号；第五光电开关的功能是检测过筛翻转电机的初始位置，当过筛翻转完成后，过筛翻转电机回到第五光电开光的位置后，出现一跳变信号，该信号通过第二光耦隔离模块、第二限幅模块以及第二数字量输入模块被主控制器1获取，获取后主控制器1通过第五数字量输出模块、第五信号隔离模块、第五驱动放大模块控制清洁电机停止。
如图1所示，所述预警模块7由驱动模块、扬声器和信号灯组成，所述驱动模块的信号输入端与所述第六数字量输出模块的输出端相连，驱动模块的输出端分别与扬声器和信号灯相连。系统出现故障后，主控制器1通过第六数字量输出模块和驱动模块发出声音警报和信号灯警报，便于及时对设备进行处理。所述人机交互模块10由第二无线传输模块和上位机组成，所述第二无线传输模块与所述第一无线传输模块无线双向通讯，所述第二无线传输模块与上位机通过通讯总线双向通讯。主控制器1通过第一无线模块和第二无线模块与上位机相连，主控制器1实时将各模块的状态信息通过第一无线模块和第二无线模块发送给上位机，便于上位机进行监测，上位机通过第二无线模块和第一无线模块将控制命令发送给主控制器1，实现各功能模块的控制。
如图1所示，所述第一信号转换模块8由第一限幅模块和第一光耦隔离模块组成，所述第一光耦隔离模块接收来自电机升降模块2、研磨模块3和过筛模块4反馈的开关量，第一光耦隔离模块的输出端与第一限幅模块的输入端相联，第一限幅模块的输出端与所述第一数字量输入模块的输入端相联。所述第二信号转换模块9由第二限幅模块和第二光耦隔离模块组成，所述第二光耦隔离模块接收来自清洁模块5、过筛翻转模块6反馈的开关量，第二光耦隔离模块的输出端与第二限幅模块的输入端相联，第二限幅模块的输出端与所述第二数字量输入模块的输入端相联。第一光耦隔离模块和第二光耦隔离模块的功能将光电开关信号进行隔离，防止光电开关信号干扰或者损坏主控制器1，第一限幅模块和第二限幅模块的功能将第一光耦隔离模块和第二光耦隔离模块的输出电平进行限幅，防止大电平信号损坏主控制器1。
如图2所示，本发明的控制流程如下：
a）系统上电后，主控制器1首先完成自检和各种参数的初始化；
b）主控制器1等待上位机指令，接收到上位机指令后，分析指令；
c）如果指令为研磨指令，主控制器1控制研磨电机下降，下降的位置由第二光电开关决定；如果指令为清洁指令，系统会直接进入步骤g；
d）研磨电机到达指令位置后，主控制器1控制研磨电机开始研磨，同时控制过筛电机来回震荡；
e）研磨完成后，主控制器1控制研磨电机停止，同时控制过筛电机停止，过筛电机停止的位置由第三光电开关决定；
f）主控制器1控制研磨电机上升，上升的位置由第一光电开关决定，研磨电机到达指令位置后；
g）主控制器1打开清洁电机开始清洁，同时打开过筛翻转电机，筛子上下翻转；
h）清洁完成后，主控制器1控制清洁电机停止，同时控制过筛翻转电机停止；
i）系统等待下一批土样。
综上所述，本发明实现了土壤的自动化精准研磨，节省了大量的人力和物力；本发明实现了研磨设备的无线数据传输功能，便于远程控制和监测土壤研磨和设备状态；本发明实现了弱电信号和和强电信号的有效隔离，提高了设备的稳定性。
Claims (10)
1.一种土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：包括主控制器（1），其第一数字量输出模块与电机升降模块（2）相连，其第二数字量输出模块与研磨模块（3）相连，其第三数字量输出模块与过筛模块（4）相连，其第四数字量输出模块与清洁模块（5）相连，其第五数字量输出模块与过筛翻转模块（6）相连，其第六数字量输出模块与预警模块（7）相连，其第一数字量输入模块与第一信号转换模块（8）相连，其第二数字量输入模块与第二信号转换模块（9）相连，其第一无线传输模块与人机交互模块（10）无线双向通讯。
2.根据权利要求1所述的土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：所述电机升降模块（2）由第一信号隔离模块、第一驱动放大模块、升降电机以及用于检测升降电机所在位置的第一光电开关组成，所述第一信号隔离模块的输入端与所述第一数字量输出模块的输出端相连，第一信号隔离模块的输出端与第一驱动放大模块的输入端相连，第一驱动放大模块的输出端与升降电机的控制信号输入端相联。
3.根据权利要求1所述的土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：所述研磨模块（3）由第二信号隔离模块、第二驱动放大模块、研磨电机以及用于检测研磨电机所在位置的第二光电开关组成，所述第二信号隔离模块的输入端与所述第二数字量输出模块的输出端相连，第二信号隔离模块的输出端与第二驱动放大模块的输入端相连，第二驱动放大模块的输出端与研磨电机的控制信号输入端相联。
4.根据权利要求1所述的土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：所述过筛模块（4）由第三信号隔离模块、第三驱动放大模块、过筛电机以及用于检测过筛电机所在位置的第三光电开关组成，所述第三信号隔离模块的输入端与所述第三数字量输出模块的输出端相连，第三信号隔离模块的输出端与第三驱动放大模块的输入端相连，第三驱动放大模块的输出端与过筛电机的控制信号输入端相联。
5.根据权利要求1所述的土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：所述清洁模块（5）由第四信号隔离模块、第四驱动放大模块、清洁电机以及用于检测清洁电机所在位置的第四光电开关组成，所述第四信号隔离模块的输入端与所述第四数字量输出模块的输出端相连，第四信号隔离模块的输出端与第四驱动放大模块的输入端相连，第四驱动放大模块的输出端与清洁电机的控制信号输入端相联。
6.根据权利要求1所述的土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：所述过筛翻转模块（6）由第五信号隔离模块、第五驱动放大模块、过筛翻转电机以及用于检测过筛翻转电机所在位置的第五光电开关组成，所述第五信号隔离模块的输入端与所述第五数字量输出模块的输出端相连，第五信号隔离模块的输出端与第五驱动放大模块的输入端相连，第五驱动放大模块的输出端与过筛翻转电机的控制信号输入端相联。
7.根据权利要求1所述的土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：所述预警模块（7）由驱动模块、扬声器和信号灯组成，所述驱动模块的信号输入端与所述第六数字量输出模块的输出端相连，驱动模块的输出端分别与扬声器和信号灯相连。
8.根据权利要求1所述的土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：所述第一信号转换模块（8）由第一限幅模块和第一光耦隔离模块组成，所述第一光耦隔离模块接收来自电机升降模块（2）、研磨模块（3）和过筛模块（4）反馈的开关量，第一光耦隔离模块的输出端与第一限幅模块的输入端相联，第一限幅模块的输出端与所述第一数字量输入模块的输入端相联；所述第二信号转换模块（9）由第二限幅模块和第二光耦隔离模块组成，所述第二光耦隔离模块接收来自清洁模块（5）、过筛翻转模块（6）反馈的开关量，第二光耦隔离模块的输出端与第二限幅模块的输入端相联，第二限幅模块的输出端与所述第二数字量输入模块的输入端相联。
9.根据权利要求1所述的土壤自动化研磨设备控制系统，其特征在于：所述人机交互模块（10）由第二无线传输模块和上位机组成，所述第二无线传输模块与所述第一无线传输模块无线双向通讯，所述第二无线传输模块与上位机通过通讯总线双向通讯。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的土壤自动化研磨设备控制系统的控制方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
a）系统上电后，主控制器（1）首先完成自检和各种参数的初始化；
b）主控制器（1）等待上位机指令，接收到上位机指令后，分析指令；
c）如果指令为研磨指令，主控制器（1）控制研磨电机下降，下降的位置由第二光电开关决定；如果指令为清洁指令，系统会直接进入步骤g；
d）研磨电机到达指令位置后，主控制器（1）控制研磨电机开始研磨，同时控制过筛电机来回震荡；
e）研磨完成后，主控制器（1）控制研磨电机停止，同时控制过筛电机停止，过筛电机停止的位置由第三光电开关决定；
f）主控制器（1）控制研磨电机上升，上升的位置由第一光电开关决定，研磨电机到达指令位置后；
g）主控制器（1）打开清洁电机开始清洁，同时打开过筛翻转电机，筛子上下翻转；
h）清洁完成后，主控制器（1）控制清洁电机停止，同时控制过筛翻转电机停止；
i）系统等待下一批土样。
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