馮冬雷,黃一清

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學院蘇州分院 蘇州高等職業(yè)技術(shù)學校,江蘇 蘇州 215009)

寵物飼養(yǎng)喂食是當下需要解決的問題,而傳統(tǒng)的寵物喂養(yǎng)方式過于依賴人力,耗費時間,且不能依據(jù)寵物的身體狀態(tài)及環(huán)境因素進行合理投喂,缺乏靈活性[1]。針對此問題設計了光伏寵物自動喂食機,以滿足新能源供電、低功耗、結(jié)構(gòu)簡單、高可靠性的要求。其主要由光伏組件、蓄電池、光伏控制器、光照度傳感器、溫濕度傳感器、中間繼電器、三菱PLC、無線透傳Lora模塊及電磁閥等部分組成。利用PLC可實現(xiàn)自動與手動喂食兩種模式。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 光伏寵物自動喂食機系統(tǒng)

1 系統(tǒng)模塊選型

1.1 主控模塊PLC選型

PLC(Programmable Logic Controller)基本單元由中央處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、輸入/輸出端口、梯形圖編程器、SFC梯形圖編程器、功能塊編程器及電源模塊組成,基本單元中各模塊間通過交直流電源總線、程序控制總線、設備地址總線及數(shù)據(jù)通信總線連接,外部則根據(jù)PLC應用現(xiàn)場控制要求配置相應的設備及控制裝置。此款PLC自帶以太網(wǎng)、MUDBUS通信接口,無需再增加通信模塊及相關(guān)的擴展模塊。該系統(tǒng)選擇了三菱5U系列PLC[2]。

1.2 無線透傳模塊選型

LORA通信技術(shù)的特點是靈敏度高、傳輸距離遠、工作功耗低、組網(wǎng)節(jié)點多等,主要應用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè),如無線抄表(電表/水表)、工業(yè)自動控制、環(huán)境及環(huán)保監(jiān)測等[3]。此系統(tǒng)選擇F8L10T工業(yè)級LROA終端,可進行RS232與RS485兩種通信連接方式,采用RS485通信連接方式。

1.3 溫濕度模塊選型

溫濕度模塊選用AW1485B型溫濕度傳感器,可以完成環(huán)境參數(shù)溫度及濕度數(shù)據(jù)的采集,抗干擾能力強,測量精度高,測量范圍寬,采用RS485信號輸出及標準MODBUS-RTU通信協(xié)議,符合通信電路設計要求[4]。

1.4 光照度模塊選型

光照度模塊選用HYDZ-GZD2型光照度傳感器,量程0～20 000 Lux,配合高精度線性放大電路,具有較高的靈敏度。采用RS485信號輸出及標準 MODBUS-RTU 通信協(xié)議,符合通信電路設計要求[4]。

1.5 電磁閥執(zhí)行器選型

電磁閥選用工業(yè)系統(tǒng)中的電磁控制器件,其原理是電磁感應現(xiàn)象,包括常用的單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等[5]。電磁閥通常應用于液壓及氣動控制系統(tǒng)中,對控制系統(tǒng)中管路中介質(zhì)的流速、流量、流向等參數(shù)進行控制,主要結(jié)構(gòu)由彈簧、線圈、閥座、閥芯、密封圈、出氣口、進氣口等組成。電磁線圈通電時產(chǎn)生電磁力,閥芯從閥座上被提起,彈簧被壓縮,此時閥門打開。電磁線圈斷電時,電磁線圈電磁力消失,彈簧恢復把閥芯推回閥座上,閥門敞開。電磁閥結(jié)構(gòu)簡單且工作穩(wěn)定,選用的是線圈DC24V控制的電磁閥。

2 硬件電路設計

2.1 電源線路設計

該系統(tǒng)由光伏新能源模塊提供系統(tǒng)工作電源,采用新型發(fā)電系統(tǒng)中的離網(wǎng)直流發(fā)電結(jié)構(gòu),包括光伏組件、光伏控制器、蓄電池及逆變器等相關(guān)功能器件,為后續(xù)控制模塊、傳感器模塊及執(zhí)行模塊提供電源。光伏寵物自動喂食機系統(tǒng)電路如圖2所示。

圖2 電源線路設計

2.2 通信線路設計

通信模塊主要由光照度傳感器、溫濕度傳感器、LORA模塊組成,其工作電壓由電源模塊提供。將光照度傳感器、溫濕度傳感器的A和B端口分別接入LORA模塊的6和7端口中,使其與另一個LORA模塊進行無線透傳。將另一個LORA模塊的6和7端口接入485換232轉(zhuǎn)接頭接入電腦,完成力控通信。通信接線如圖3所示。

圖3 通信線路設計

2.3 控制模塊線路設計

控制部分采用切換開關(guān)SB1及手動開關(guān)SB2來控制電磁閥運動。PLC I/O口分配如表1所示。

表1 PLCI/O端口分配功能

PLC控制接線如圖4所示。

圖4 PLC控制線路接線

3 軟件設計

3.1 基本思路

手動狀態(tài):當切換空開為關(guān)閉時,啟動手動空開,打開電磁閥,反之則關(guān)閉。

自動狀態(tài):當切換空開為開啟時,以1 h為周期,每小時打開5 s電磁閥。

條件狀態(tài):當切換開關(guān)為開啟時,溫度達到且高于指定溫度,打開5 s電磁閥,20 min后進行判斷。若溫度高于指定溫度,則繼續(xù)以20 min為周期投放5 s,反之繼續(xù)以1 h為周期投放5 s。

3.2 PLC程序設計

光伏寵物自動喂食機系統(tǒng)PLC部分程序設計如圖5[6-9]。

圖5 PLC部分程序設計

3.3 上位機程序設計

選用力控組態(tài)軟件進行上位機相關(guān)功能的實現(xiàn),主要實現(xiàn)了系統(tǒng)操作及監(jiān)控兩方面功能。

系統(tǒng)登錄界面設計包括賬號、密碼登錄功能,當賬號及密碼輸入錯誤次數(shù)超過3次時將鎖定賬號。

if #TextControl.Text==“admin”then

if #TextControl1.text==“123456” then

Display(“切換界面”);

Display(“介紹”);

else

MsgBox(“賬號或密碼錯誤!”);

endif

else

MsgBox(“賬號或密碼錯誤!”);

endif

功能界面設計包括系統(tǒng)介紹界面、原理圖界面、操作界面及監(jiān)控界面4個部分。

4 系統(tǒng)整體調(diào)試

軟件調(diào)試主要是程序調(diào)試。硬件圖設計好后向PLC內(nèi)輸入程序進行仿真,根據(jù)仿真結(jié)果來判定程序的正確與否,從而達到調(diào)試的目的。經(jīng)調(diào)試程序,軟件均正常運行,通信正常。系統(tǒng)安裝后進行硬件及軟件調(diào)試,可實現(xiàn)基于PLC與力控組態(tài)的光伏寵物自動投喂,包括自動及手動兩種投喂模式,解決了寵物飼養(yǎng)問題。