王玲玲，郭　健，高愛弟，孫芳霞，邵葉文（.石河子貴航農(nóng)機裝備有限責任公司，新疆　石河子　83000；.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學院）

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五行國產(chǎn)采棉機自動對行系統(tǒng)

王玲玲1，郭健2，高愛弟1，孫芳霞1，邵葉文1
（1.石河子貴航農(nóng)機裝備有限責任公司，新疆石河子832000；2.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學院）

摘要：本文介紹了一種五行國產(chǎn)采棉機自動對行系統(tǒng)，主要對系統(tǒng)自動對行控制模塊和軟件程序設計進行了介紹。

關(guān)鍵詞：五行采棉機；自動對行；系統(tǒng)

我國棉花機械化采收技術(shù)歷經(jīng)60多年的發(fā)展，技術(shù)取得了很大的進步，作業(yè)性能與國外機型相差不大，但是棉花機械化采收水平依然很低[1]，自動化和智能化方面還處于起步階段，嚴重影響了采棉機的工作效率，制約著國產(chǎn)采棉機的發(fā)展和推廣，因此，提高國產(chǎn)采棉機自動化和智能化迫在眉睫。本文提出一種智能采棉機自動對行導航系統(tǒng)，通過此系統(tǒng)可以為車載提供一種通過傳感器信號自動進行車輛對行矯正位置的功能，實現(xiàn)作業(yè)的自動化和智能化，減輕了采棉機操作人員的工作負擔，提高了棉花收割的效率和駕駛的安全性。

1五行國產(chǎn)采棉機自動對行系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)設計的目的是通過建立自動糾編控制模型，可以使采棉機采摘頭保持較準確的對準棉花壟，實現(xiàn)作業(yè)時的自動對行的功能。

圖1為五對采摘頭示意，其中中間的第3對采摘頭棉稈入口處裝有左右傳感器；駕駛艙內(nèi)裝有自動對行控制裝置。左右傳感器采集對行的傳感信號，發(fā)出信號至自動對行控制裝置，自動對行控制裝置對信號進行處理后，控制后輪液壓轉(zhuǎn)向軸，從而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)方向（圖2、3）。

圖1前方采摘頭示意圖

圖2側(cè)方示意圖

圖3后方示意圖

2自動對行系統(tǒng)控制裝置的組成及工作原理

2.1控制裝置組成

本控制裝置包括中央處理器、電平轉(zhuǎn)換、RS232接口、步進電機驅(qū)動器、步進電機、CAN接口、CAN收發(fā)器、傳感器信號和模擬信號組成，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。其中：模擬信號、傳感器信號與中央處理器相連，傳輸數(shù)據(jù)信號；中央處理器與電平轉(zhuǎn)換相連，電平轉(zhuǎn)換與RS232接口相連接而與電腦進行程序下載，將電平轉(zhuǎn)換器MAX232連接電腦和中央處理器，利用串口通信，可以將電腦上編譯號的程序輸入到中央處理器，也可以使用串口對硬件進行調(diào)試。中央處理器與CAN收發(fā)器相連，CAN收發(fā)器與CAN接口相連接并與電腦進行數(shù)據(jù)通訊；中央處理器與步進電機驅(qū)動器相連而驅(qū)動步進電機。

圖4硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2工作原理

當左端傳感器接觸到信號，中央處理器輸出一個脈沖使步進電機向左轉(zhuǎn)動一定的角度，同時步進電機帶動后輪液壓轉(zhuǎn)向軸線性地向左轉(zhuǎn)動一定的角度，向左轉(zhuǎn)完后，中央處理器繼續(xù)發(fā)送一個脈沖使步進電機向右轉(zhuǎn)動一定的角度，同時步進電機帶動后輪液壓轉(zhuǎn)動軸線性的向右轉(zhuǎn)動一定的角度，對采棉機進行位置歸正，其中步進電機轉(zhuǎn)動的速度和轉(zhuǎn)動的角度是由中央處理器發(fā)出的PWM波來調(diào)制的，步進電機的轉(zhuǎn)動角度與速度和后輪液壓轉(zhuǎn)向軸成線性關(guān)系；如果右端傳感器接觸到信號，反之操作；當左右傳感器都接觸到信號，則中央處理器不采取任何措施，采棉機繼續(xù)直線向前行駛。

2.3硬件電路設計

本系統(tǒng)采用的器件型號如下：中央處理器采用帶CAN控制器的51單片AT89C51CC01芯片、CAN收發(fā)器采用MCP2551芯片、串口電平轉(zhuǎn)換芯片采用的是MAX232芯片、步進電機驅(qū)動器型號為YKA3606A、步進電機為86 mm步進電機。51單片機的8個端口通過對撥碼開關(guān)輸入的高低電平來判斷CAN的ID號，使其能夠與電腦進行通信；模擬輸入信號先經(jīng)過分壓濾波，再輸入給中央處理器，中央處理器利用AD模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；外部傳感器輸入信號連接處理器，中央處理器通過外部輸入對PWM和P2.5進行控制，同時中央處理器的PWM和P2.5與步進電機驅(qū)動器相連，中央處理器通過調(diào)節(jié)PWM的占空比和頻率，將信號輸入步進電機驅(qū)動器，從而改變步進電機的轉(zhuǎn)動角度和速度（圖5），可以滿足本設計的功能要求，硬件處理器采用單片機設計，不但設計簡單，而且成本低，技術(shù)容易掌握。

圖5電氣連接圖

2.4軟件程序設計

本程序應用Horner的CsCape軟件進行控制系統(tǒng)人機界面和程序的編制以用來監(jiān)測、控制采棉機。智能控制系統(tǒng)程序由各子系統(tǒng)相對應的子程序組成，在程序設計中，應用滑動平均值算法進行數(shù)字濾波實現(xiàn)監(jiān)測參數(shù)的穩(wěn)定，保證采棉機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性。主程序流程如圖6所示。

3試驗效果

（1）2013年10月，在石總場六分廠采用型號為4MZ - 5A的樣機進行田間試驗，結(jié)果達到了設計要求的預期效果，尤其在夜間作業(yè)，解決了人工對行難的問題。（2）通過試驗，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在傳感器失靈的現(xiàn)象，今后需要進一步提高傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，以適應新疆干燥灰塵大的惡劣工作環(huán)境。

4　小結(jié)

此次試驗預示著采棉機領(lǐng)域首次使用CAN通信，提高了數(shù)據(jù)通訊控制的穩(wěn)定性，提升采棉機控制系統(tǒng)智能化，奠定了我國采棉機智能化控制技術(shù)的基礎。

收稿日期：2015—11—25