一種溫室自行走噴藥機的設(shè)計.pdf
目前溫室噴藥主要依靠人力,勞動強度大,特別是人體近距離接觸農(nóng)藥,危害健康,造成人身中毒1。溫室噴藥要全覆蓋不留死角,實現(xiàn)防治徹底,容易引起人身安全問題2。設(shè)施溫室環(huán)境對病蟲害的防治以預(yù)防為主,對噴藥作業(yè)的需求和依賴較大,存在預(yù)防性施藥作業(yè)頻繁等諸多問題3。本文設(shè)計了一種溫室自行走噴藥機。操作人員通過遙控噴藥機,不用進入溫室作業(yè),避免了呼吸帶有農(nóng)藥的空氣。該噴藥機能夠減輕勞動強度、提高作業(yè)環(huán)境的舒適度,充分利用溫室現(xiàn)有的空間和條件,實現(xiàn)資源的高效利用4。1 總體方案設(shè)計本文設(shè)計的溫室自行走噴藥機,用于解決現(xiàn)有噴藥裝置勞動強度大,影響操作人員健康,噴藥效果不佳等問題。該噴藥機主要包括:噴藥裝置、行走裝置和控制裝置。噴藥裝置安裝在行走裝置上,行走裝置為噴藥裝置提供電源,兩者相對獨立??刂蒲b置分為遙控器和控制箱,遙控器可與控制箱實時通信,控制箱安裝在行走裝置中,用于控制行走裝置和噴藥裝置工作。其中噴藥裝置包括風(fēng)扇,電機,吸水盤,霧化盤,接水盤,風(fēng)機,儲水箱,風(fēng)扇支架等。行走裝置包括車體和傳動裝置。車體內(nèi)放置控制箱,用控制按鈕控制噴藥機的工作。行車速度調(diào)節(jié)旋鈕用于控制行走裝置的速度。通過充電插座為控制箱的電瓶充電,安裝了保險管保護電路安全運行。車體上放置噴藥裝置,通過電源插座為噴藥機提供電源。傳動裝置包括電機、減速器、離合器、離合器手柄、鏈條、行走車輪和墻體車輪??刂蒲b置包括遙控器和控制箱。遙控器包括功能按鍵、編碼模塊、無線發(fā)射模塊和天線??刂葡浒–PU、無線接收模塊、編碼器、開關(guān)量、手動功能按鍵、電源模塊和調(diào)試模塊等。CPU的輸出端通過驅(qū)動電路模塊連接有控制繼電器組模塊,行走電機,調(diào)速模塊,逆變器和噴藥裝置。2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計自行走噴藥機的行走裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示,由圖1可知,行走裝置包括車體和傳動裝置。車體內(nèi)放置控制箱,通過控制按鈕控制噴藥機的工作,其中控制按鈕包括前進8,后退7,噴藥6和停止5等4個按鈕。噴藥機上電后,按下前進按鈕時噴藥機向箱體方向行走;按下后退按鈕時噴藥機向相反方向行走;按下噴藥按鈕時噴藥機開始噴藥,藥液霧化后有效射程可達7 m;按下停止按鈕時噴藥機行走和噴藥都停止。該噴藥機安裝有行車速度調(diào)節(jié)旋鈕4,通過旋動行車速度調(diào)節(jié)旋鈕,用來控制行走裝置的速度,從而控制噴藥的密度。該噴藥機通過充電插座2為控制箱的電瓶充電,使用保險管3保護電路安全運行。車體上放置噴藥裝置,通過電源插座1為噴藥機提供電源。前進8后退7保險管3噴藥機電源插座1充電插座26噴藥5停止4行車速度調(diào)節(jié)圖1 行走裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of traveling device收稿日期 2019- 11- 08作者簡介 趙慧芳(1984-),女,山西人,助理研究員,研究方向:農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)。一種溫室自行走噴藥機的設(shè)計趙慧芳,崔玉祥,趙 亮,潘大豐,楊 方,楊 蕊(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所,山西 太原 030031)摘 要 針對目前溫室噴藥存在的一些問題,文章設(shè)計了一種溫室自行走噴藥機,具體介紹了該噴藥機的機械結(jié)構(gòu)、硬件和軟件設(shè)計,分析其使用過程中的特點,為溫室噴藥設(shè)備的進一步自動化智能化提供了借鑒。關(guān)鍵詞 溫室;噴藥;遙控中圖分類號 S491 文獻標(biāo)志碼 A doi:10.3969/j.issn.1673- 887X.2019.12.060Design of a Self-walking Spraying Machine for GreenhouseZhao Huifang, Cui Yuxiang, Zhao Liang, Pan Dafeng, Yang Fang, YangRui(Institute of Agricultural Science and Technology Information, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031, Shanxi, China)Abstract: This paper designs a self- walking spraying machine for some problems of spraying in greenhouse. Themechanical structure, hardware and software design of the spray machine are introduced in detail. The characteristics inthe process of using are analyzed. It provides a reference for further automation and intelligence of spraying equipment ingreenhouse.Key words: greenhouse, spray, remote control文章編號:1673- 887X(2019)12- 0122- 03農(nóng)業(yè)裝備122Vol.360 No.12DEC.2019農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備AGRICULTURAL TECHNOLOGY & EQUIPMENT(下轉(zhuǎn)第125頁)自行走噴藥機的傳動裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。傳動裝置包括電機1、減速器2、離合器3、離合器手柄4、鏈條5、行走車輪6和墻體車輪7。自行走噴藥機在自動行走模式下電機1帶動減速器2通過聯(lián)軸器與離合器3結(jié)合用雙向鏈條5驅(qū)動行走車輪行走,同時墻體車輪7在溫室墻上行走。自行走噴藥機需要人力移動時,拉開離合器手柄4,擋板垂直落下并卡住,此時離合器與減速器分離,該噴藥機處于手動行走模式,可在人力推動下行走。車輪6 離合器手柄43離合器2減速器1電機5鏈條圖2傳動裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of transmission device自行走噴藥機的噴藥裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。通過電機帶動吸水盤和霧化盤高速旋轉(zhuǎn),因高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的負壓將水不斷地從儲水箱中吸出,同時在高速旋轉(zhuǎn)的離心力的作用下,利用分子對撞技術(shù),得到二次破碎而形成直徑約為10 m左右水霧離子,在風(fēng)機風(fēng)力的帶動下,從出風(fēng)口涌出,進入空氣中,從而達到噴藥的效果。未被霧化盤霧化的水通過接水盤回流到儲水箱中。風(fēng)扇 風(fēng)機電機接水盤霧化盤吸水盤儲水盤圖3 噴藥裝置結(jié)構(gòu)框圖Fig.3 Structure diagram of spraying device3 硬件設(shè)計自行走噴藥機的控制箱主要包括CPU、無線接收模塊、編碼器、開關(guān)量、手動功能按鍵、雙向行程開關(guān)、電源模塊和調(diào)試模塊等5-6。其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。CPU的輸出端通過驅(qū)動電路模塊連接控制繼電器組模塊、行走電機、調(diào)速模塊、逆變器和噴藥裝置。在遙控模式下,無線接收模塊將接收到的功能信號處理后經(jīng)過編碼模塊轉(zhuǎn)換為開關(guān)量發(fā)送給CPU,CPU控制相應(yīng)的驅(qū)動電路模塊,切換相應(yīng)的控制繼電器模塊驅(qū)動后續(xù)電路實現(xiàn)相應(yīng)功能。當(dāng)功能信號為前進或后退時,功能繼電器模塊切換到行走電機工作狀態(tài),實現(xiàn)噴藥機前進或后退。當(dāng)功能信號為停止時,功能繼電器模塊切換到行走電機停止工作狀態(tài),使噴藥機停止一切工作。當(dāng)功能信號為調(diào)節(jié)速度的命令時,功能繼電器模塊切換到調(diào)速狀態(tài),通過調(diào)速模塊輸出相應(yīng)的行走速度。當(dāng)功能信號為噴藥時,功能繼電器模塊切換到噴藥模式,通過逆變器輸出220 V電源使噴藥裝置開始噴藥。在手動模式下,操作者按下相應(yīng)功能按鍵后,CPU收到相應(yīng)信號,后續(xù)處理同上面所述。當(dāng)自行走噴藥機行走到溫室另一端時,雙向行程開關(guān)發(fā)出反向行走的命令,CPU收到后控制噴藥機反向行走,實現(xiàn)噴藥機在溫室中自動往返噴藥。電源模塊主要由電瓶提供電源。調(diào)試模塊通過串口和上位機通信,實現(xiàn)相關(guān)功能的調(diào)試。天線無線發(fā)射模塊解碼模塊 天關(guān)量電源模塊 CPU驅(qū)動電路模塊控制繼電器組模塊行走電機 調(diào)速模塊 逆變器 噴藥裝置手動功能按鍵雙向行程開關(guān)調(diào)試模塊圖4控制箱的硬件結(jié)構(gòu)Fig.4 Hardware structure of controlbox自行走噴藥機的控制裝置中遙控器的硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。遙控器包括功能按鍵,編碼模塊,無線發(fā)射模塊和天線。功能按鍵包括前進、后退、噴藥和停止4個按鍵。在遙控模式下,操作人員按下功能按鍵后,編碼模塊將檢測到的功能信號編碼,經(jīng)無線發(fā)射模塊處理后通過天線發(fā)射。自行走噴藥機通過控制裝置接收功能信號從而控制噴藥機工作。天線無線發(fā)射模塊編碼模塊功能按鍵圖5遙控器模塊Fig.5 Remote controlmodule4 軟件設(shè)計控制裝置中控制箱的主程序流程圖如圖6所示。CPU上電后,首先初始化,然后檢測是否收到信號,如果沒有,一直檢測信號,如果收到信號,判斷信號來自哪個端口確定需要執(zhí)行的命令,從而發(fā)出相應(yīng)指令,執(zhí)行相應(yīng)命令。開始初始化判斷信號來自哪個執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)是否收到信號YN圖6控制箱的程序流程圖Fig.6 Program flow chart of controlbox控制裝置中控制箱的調(diào)試程序流程如圖7所示??刂葡渫ㄟ^調(diào)試模塊與上位機通信,調(diào)試模塊為串口調(diào)試,當(dāng)CPU收到串口中斷時進入串口調(diào)試模式,接收到上位機命令后將相應(yīng)數(shù)據(jù)上傳,實現(xiàn)與上位機的通信。123Vol.360 No.12DEC.2019農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備AGRICULTURAL TECHNOLOGY & EQUIPMENT(上接第123頁)中斷串口調(diào)試接收上位機命令向上位機發(fā)送數(shù)圖7 控制箱的調(diào)試程序流程圖Fig.7 Debugging program flow chart of controlbox5 總結(jié)本文設(shè)計的自行走噴藥機在實際應(yīng)用中具有7項特點:操作者通過遙控器能夠遠程控制噴藥機;噴藥機安裝有雙向的行程開關(guān),保證噴藥機在溫室中自動換向,不斷往復(fù)運動,不用人管,節(jié)省了人的體力勞動;噴藥機安裝有調(diào)速模塊,可連續(xù)調(diào)節(jié)行走速度,控制噴藥密度;噴藥裝置的風(fēng)扇前后都安裝有安全網(wǎng),杜絕了生產(chǎn)事故的發(fā)生;噴藥裝置的風(fēng)扇外殼可上下左右旋轉(zhuǎn),可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)噴藥的方向;噴藥裝置不需要安裝高壓泵,不需要安裝過濾器。對水質(zhì)無特殊要求,不需要配套水處理設(shè)備,采用雙風(fēng)道過濾技術(shù),大管徑排水,可滿足噴藥的需求;噴藥裝置可隨意調(diào)節(jié)噴霧密度,霧化均勻,解決了普通噴藥只作用于植物葉子表面,而不能噴到葉子背面的問題,達到了無死角噴藥的效果。該噴藥機解決了現(xiàn)有噴藥裝置勞動強度大、影響操作者健康、噴藥效果不佳等問題,操作簡單方便,自動化程度高,具有良好的生產(chǎn)應(yīng)用前景。參考文獻1 靳文停,葛宜元,張闖闖,岳曉娜,杜爽,彭正玲,趙寶月,張拂曉,車芷君.履帶式溫室智能噴藥機器人的設(shè)計J.農(nóng)機使用與維修,2019(01).2 田壯,劉富成.基于機器視覺的果園噴藥機器人設(shè)計J.湖北農(nóng)機化,2019(16).3 李增坤,王向東,李樹江.植保機噴藥控制器設(shè)計與開發(fā)J.電子設(shè)計工程,2019(19).4 王亞洲,王靖岳,齊家寶,王克強,朱財鑫.遙控小車噴灑農(nóng)藥裝置的研究J.農(nóng)村實用技術(shù),2019(02).5 張奇,徐艷蕾,王新東,孟笑天,何潤,杜家奇. 基于DSP和單片機的實時變量噴藥系統(tǒng)設(shè)計J.農(nóng)機化研究,2020(07).6 孫雪蕾,崔守娟,黨麗峰.基于單片機的智能噴藥控制系統(tǒng)設(shè)計J.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2018(06).退皮機構(gòu)是把小筍皮從去皮針上取下,確保下一根竹筍剝皮順利進行。采用氣缸帶動擋板移動,去掉去皮針上的皮。有效防止筍皮滯留,保證后續(xù)的剝皮工作順利進行。2 自動小筍剝皮機工作原理及流程工作原理:將批量的小筍放入儲料盒中,開啟電源,儲料裝置下部的推片會將小筍一根根依次推送至導(dǎo)軌上,再由氣缸將導(dǎo)軌上的筍送到小筍固定套處,小筍固定套通過另外一個氣缸擠壓,使筍插入到針尖中,然后電機帶動兩根圓柱桿及針尖進行相反方向的轉(zhuǎn)動,通過筍皮旋轉(zhuǎn)帶動筍肉移動,從而達到剝?nèi)スS皮的效果。工作流程:筍放入儲料盒中將筍推至導(dǎo)軌氣缸推筍至小筍固定套氣缸使筍插入針尖中旋轉(zhuǎn)針尖進行剝皮。3 自動小筍剝皮機主要特色通過機器自動工作實現(xiàn)人筍分離,提高小筍的清潔度,保障人體健康;通過機器機構(gòu)的自動化剝皮作業(yè),提高作業(yè)效率,節(jié)省人力,從而降低成本;通過折疊式設(shè)計減小機器儲存和工作時所占用的空間,以滿足小作坊式生產(chǎn)和菜市場現(xiàn)場加工等多種加工環(huán)境,可以使消費者了解加工流程,以放心食用購買的商品;另外,由于全程人為參與較少,大大降低了由于操作失誤而造成的人員傷害的可能性。4 自動小筍剝皮機主要技術(shù)參數(shù)試驗主要測試考評樣機技術(shù)及工作性能參數(shù),評定樣機各項性能是否達到設(shè)計指標(biāo),和小竹筍剝皮技術(shù)的要求,考核作業(yè)效果。在試驗過程中,調(diào)試小竹筍剝皮機樣機,發(fā)現(xiàn)機具存在的問題,為進一步優(yōu)化改進和示范應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。技術(shù)參數(shù)測試結(jié)果:項目 1,外形尺寸(mm)- 測定值(760330600);項目2,結(jié)構(gòu)質(zhì)量(kg)- 測定值(8);項目3,工作效率(kg/h)- 測定值(3050);項目 4,剝凈率(%)- 測定值(95)。綜合性能判定:項目 1,工作效率(kg/h)- 測試結(jié)果(4560);項目2,剝凈率(%)- 測試結(jié)果(97.56)。通過小筍的剝皮測試,各項指標(biāo)已經(jīng)達到設(shè)計要求,技術(shù)指標(biāo)均達到標(biāo)準(zhǔn)值。5 結(jié)論自動小筍剝皮機結(jié)構(gòu)新穎,是一個全新的專門針對小竹筍的剝皮機器,與傳統(tǒng)的手工剝皮相比較有很明顯的優(yōu)勢。一是提高了剝筍的效率,環(huán)保節(jié)能無污染。二是使用機械代替手工,提高了小筍表面的清潔度,同時也避免手工剝皮時手指受傷的情況發(fā)生。自動小筍剝皮機剝凈率高,小筍肉成品好,機器產(chǎn)生的經(jīng)濟效益明顯。通過自動小筍剝皮機替代傳統(tǒng)手工,大大地減少了人們的勞動力和工作時間。對促進各個地區(qū)竹筍產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的快速發(fā)展和提高竹筍種植戶的經(jīng)濟收入具有重要意義,社會效益良好。125