CN109115290B - 一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器 - Google Patents

一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器，包括底座，所述底座上通过转轴可转动设置一螺旋输送腔体，所述螺旋输送腔体上端一侧设有一入粮口，下端另一侧设有一出粮口，所述螺旋输送腔体内安装有一螺旋输送绞龙；所述螺旋输送腔体顶端安装有一与所述螺旋输送绞龙相连接的螺旋升运电机。本发明通过采集在螺旋升运过程谷物质量的变化引起电机驱动参数（驱动电流或扭矩）变化的原理，完成对谷物质量流量的实时测量，提供了一种新型动态谷物质量流量监方法。

Description

一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器
技术领域
本发明涉及农机领域，具体涉及一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器。
背景技术
自动化的谷物质量流量监测是实行精准农业收获阶段以及谷物干燥等加工处理阶段的重要组成部分，然而动态的谷物质量流量监测一直是农业生产中的难点，因此精准地获取粮食收获和加工、处理过程的实时质量流量是实现精确计量的关键。
就目前国内外所使用的谷物流量传感器现状，均都存在一定的不足。主要体现在：冲量式谷物流量传感器所测量的数据容易受到机身振动的影响，导致测量的产量信息不够精确；基于γ射线衰减原理的谷物流量计和基于光电漫反射原理的谷物质量流量计量系统，系统造价昂贵、安装复杂、维护困难；称重式谷物流量传感系统受使用环境限制，不适于粮食收获机械使用。因而设计一种受环境因素影响小、测量精度高、低成本、低能耗、实时动态监测的谷物质量流量传感器是实现粮食精准收获、加工及储运等过程的必要手段。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于螺旋升运原理的谷物流量传感器，通过谷物在螺旋升运器提升过程中，其中所提升谷物的质量与电机驱动电流成线性关系这一原理完成对谷物质量流量的实时测量。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器，包括底座，所述底座上通过转轴可转动设置一螺旋输送腔体，所述螺旋输送腔体上端一侧设有一入粮口，下端另一侧设有一出粮口，所述螺旋输送腔体内安装有一螺旋输送绞龙；所述螺旋输送腔体顶端安装有一与所述螺旋输送绞龙相连接的螺旋升运电机。
优选地，所述螺旋输送绞龙上固接有若干螺旋叶片。
优选地，螺旋升运电机的转轴通过传动杆与所述螺旋输送绞龙的上顶端相连。
优选地，在螺旋输送腔体倾斜角为90°、螺旋升运电机转速为110r/min时测量误差最小。在螺旋输送腔体在倾斜角为45°、螺旋升运电机转速为100r/min时功耗最少。
优选地，所述螺旋输送腔体的倾斜角为45°、螺旋升运电机转速为120r/min。
优选地，还包括一控制和调节系统，该控制和调节系统采用基于ARM Cortex-M3为内核的32位处理器芯片STM32F103VCT6作为主控制模块，该主控模块连接有电机电流检测模块、PWM电机调速模块、编码器测速模块、OLED液晶显示模块和按键人机交互模块；该主控制模块还通过无线通信模块连接有一上位机。
本发明具有以下有益效果：
通过谷物在螺旋升运器提升过程中，完成对谷物质量流量的实时测量，为实现粮食的精准收获计产、精准加工和储运提供了高效解决办法。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器的结构示意图。
图2为谷物在绞龙输送过程中中沿x'轴方向的动力学分析结果。
图3为谷物在绞龙输送过程中中沿y'轴方向的动力学分析结果
图4本发明实施例中控制和调节系统结构框图。
图5为电机驱动及电流监测电路。
图6为电机测速电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器，包括底座7，所述底座7上通过转轴可转动设置一螺旋输送腔体6，所述螺旋输送腔体6上端一侧设有一入粮口5，下端另一侧设有一出粮口4，所述螺旋输送腔体6内安装有一螺旋输送绞龙2；所述螺旋输送腔体6顶端安装有一与所述螺旋输送绞龙2相连接的螺旋升运电机1。
所述螺旋输送绞龙2上固接有若干螺旋叶片3；螺旋升运电机1的转轴通过传动杆与所述螺旋输送绞龙2的上顶端相连。
本发明还包括一控制和调节系统，如图6所示，该控制和调节系统采用基于ARMCortex-M3为内核的32位处理器芯片STM32F103VCT6作为主控制模块，所示主控制模块连接有电机电流检测模块、PWM电机调速模块、编码器测速模块、OLED液晶显示模块和按键人机交互模块；该主控制模块还通过无线通信模块连接有一上位机。
实施例
第一阶段：
对谷物匀速输送过程进行了分析，得到了谷物颗粒的动力学参数与螺旋转速之间的数学关系，在此基础上借助积分方法，可以为螺旋升运器中谷物质量计算提供参考。
第二阶段：
对谷物m在螺旋升运机中的受力情况进行分解，构建了ox'y'z'作为运动参考坐标系来分析谷物m的运动。
第三阶段：
谷物与螺旋叶片产生相对运动前的动力学分析，和在绞龙在稳定输送过程中的动力学分析。
第四阶段：
得到谷物质量与电机参数关系，根据产生相对运动前的动力学分析得到螺旋运输的临界转速，为后续实验中选取转速范围提供了依据。
谷物在绞龙输送过程中的一般动力学分析结果如图2-图3所示。
谷物质量与螺旋升运器参数关系如下式所示：
Figure BDA0001773127890000041
其中，M为螺旋升运器单位时间内输送的总质量，Vi为单位时间内螺旋截面的输送体积，s为螺旋升运器的螺距，N为螺旋输送器中的螺距个数，mi为单位时间下螺旋输送截面区域内输送的谷物质量，g表示的是重力加速度，l表示的是绞龙输送的长度，θ表示的是输送绞龙和水平面之间的夹角,U为绞龙输送电机的电压，Ii为单位时间绞龙输送电机的瞬时电流，t为绞龙输送过程中做功的单位时间，分为n份。
倾斜角为45°静态拟合关系图如图4所示，倾斜角为90°静态拟合关系图如图5所示，可见，在螺旋输送腔体倾斜角为90°、螺旋升运电机转速为110r/min时测量误差最小。在螺旋输送腔体在倾斜角为45°、螺旋升运电机转速为100r/min时功耗最少。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器，其特征在于，包括底座(7)，所述底座(7)上通过转轴可转动设置一螺旋输送腔体(6)，所述螺旋输送腔体(6)上端一侧设有一入粮口(5)，下端另一侧设有一出粮口(4)，所述螺旋输送腔体(6)内安装有一螺旋输送绞龙(2)；所述螺旋输送腔体(6)顶端安装有一与所述螺旋输送绞龙(2)相连接的螺旋升运电机(1)；
所述谷物质量流量传感器还包括一控制和调节系统，该控制和调节系统采用基于ARMCortex-M3为内核的32位处理器芯片STM32F103VCT6作为主控制模块，该主控制 模块连接有电机电流检测模块、PWM电机调速模块、编码器测速模块、OLED液晶显示模块和按键人机交互模块；该主控制模块还通过无线通信模块连接有一上位机；
谷物质量与所述螺旋升运电机(1)参数关系为
Figure FDA0002889460170000011
其中，M为螺旋输送腔体单位时间内输送的总质量，即质量流量；N为螺旋输送腔体中的螺距个数，g表示的是重力加速度，l表示的是螺旋输送绞龙输送的长度，θ表示的是螺旋输送绞龙和水平面之间的夹角,U为螺旋升运电机的电压，Ii为单位时间螺旋升运电机的瞬时电流，t为绞龙输送过程中做功的单位时间，分为N份；
所述螺旋输送腔体的倾斜角为45°、螺旋升运电机转速为100r/min。
2.如权利要求1所述的一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器，其特征在于，所述螺旋输送绞龙(2)上固接有若干螺旋叶片(3)。
3.如权利要求1所述的一种基于螺旋升运原理的谷物质量流量传感器，其特征在于，螺旋升运电机(1)的转轴通过传动杆与所述螺旋输送绞龙(2)的上顶端相连。
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