智能糧食扦樣機控制系統的研究與設計

裴勇

摘要：針對目前糧食扦樣機存在的問題，設計一種智能糧食扦樣機控制系統。該系統由STC51單片機控制，可為擴展其他應用程序提供應用接口，實現自動隨機扦樣，樣品代表性強，人員的參與程度小，工作效率高。

關鍵詞：糧食扦樣機；智能；設計；控制系統；扦樣點

中圖分類號：TS210.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）05-0052-02

隨著社會的發展及國家農業政策的扶持，一批種糧大戶及合作社逐漸采用集約化、產業化方式生產糧食，送糧方式由袋裝畜力車向大型機動車散裝轉變，增加了化驗抽樣的勞動強度。機械扦樣機能夠降低勞動強度、提高效率，但大多采用人工操作，抽樣點不盡合理，也給人工“作弊”提供了可乘之機。將機械扦樣機改造為程控型，使扦樣點布局科學合理、無死角，隨機自動扦樣，防止人為干擾，是解決上述問題的有效措施。

1 機械扦樣機存在的問題及解決方案

大中型糧食企業配置的機械扦樣機有門字形和旋轉型。門字形扦樣機控制簡單，扦樣速度快，但占地面積大；單臂旋轉式扦樣機操作控制復雜，但基本不受場地限制，被大多數糧庫采用。充分利用現有資源，以最簡單、最經濟的方法，通過少量投資實現現有糧食扦樣機的升級改造，具有一定的現實意義。解決單臂旋轉式扦樣機的自動控制問題，可使上述問題迎刃而解。

1.1 問題分析

單臂旋轉式扦樣機一般采用電機驅動執行，可劃分為升降、旋轉、進退、取樣4種動作。多數扦樣機沒有升降動作。升降是為了使扦樣桿長度適應大小不同車型而增加的控制動作。自動控制時必須解決極限位置、運動距離信號檢測問題，需要的輸入/輸出端口較多，布線非常困難，通過繼電器控制的難度較大。

1.2 解決方案

如果以單片機作為橋梁，通過編程解決控制問題，與上位機的數據通訊采用無線傳輸方式，布線將會非常簡單，容易實現，更能降低成本。因此，采用計算機遙控測控系統間接控制執行繼電器的方案。

1.3 設計思路

根據GB 5491-1985的要求，預設每點扦樣的輻射面積為7.50 m2，輻射半徑1.55 m。大型車一般為13.0 m×2.5 m，兩相鄰扦樣點的最近距離控制在2 m之內，完全能夠滿足扦樣要求。

系統設計時，根據大中小車型的長度，每種車型設計20組以上扦樣數據，每組數據包含的扦樣點數為：大型車10～13點、中型車5～9點、小型車3～5點。事先將這些數據存入計算機后，實際扦樣時計算機就會根據輸入的車型，隨機產生一組扦樣數據，并由無線傳入單片機中。數據格式一般為：開始-地址-命令-數據1-地址-命令-數據2-...地址-命令-數據n-結束。

1.4 典型扦樣點分布示意圖

升降的目的是適應大小不同車型的扦樣高度，以減小扦樣桿的總長度。大型車的一組扦樣點分布如圖1所示。扦樣點至少包含1～2個車廂角，并盡量使2個扦樣點位于同一軸射線上，以提高效率。

2 智能糧食扦樣機控制系統的工作過程

該控制器適用于單臂旋轉的扦樣機，除包含原有手動扦樣功能外，還能夠自動控制扦樣機的升降、旋轉，以及扦樣桿的移動及吸糧動作，并按設定的參數隨機自動分組扦樣。控制系統結構（不包括手持遙控操作器）組成如圖2所示。

2.1 工作原理

系統采用STC89C58RD+單片機。為保證運行可靠，單片機系統配備獨立電源，輸入/輸出部分均采用光電隔離。設置6個極限位置信號，作為動作的原點，在3個動作方向的電機軸部各安裝一個測量圓盤，圓盤四周均勻打孔，通過對圓盤孔計數，即可運算出行進的距離。使用低溫電子開關作為信號檢測元件，具有無觸點、響應快、壽命長、防塵防水、價格低廉的優點。

2.2 工作過程

在上位機中安裝無線RS485收發器及扦樣軟件，輸入車型數據，計算機發出的命令及隨機扦樣數據通過無線RS485傳送給各單片機；單片機首先判斷是否本機地址（各扦樣小車均具有各自獨立的地址，便于多車同時扦樣），若是，則按接收的位移數據進行移動，到達設定位置后啟動吸糧扦樣，依次完成各點扦樣，并將動作完成信息上傳至上位機。

3 智能糧食扦樣機控制系統的接線安裝方式

3.1 接線安裝方式

控制器具有3組接線端子，分別為電源端、信號端、輸出控制端，如圖3所示。

電源端接三相交流電源及地線。信號端有6個限位端及3個位移量測量計數端，每組接線端子順序為：低壓直流電源正、電源負、輸出。對于輸出控制端，其中6個用于連接3個方向的正反向運動繼電器控制線圈，3組繼電器的線圈均與相對應繼電器的常閉觸點相串聯，防止動作沖突。

3.2 性能特點

軟件界面直觀、操作簡單方便，系統采用SQL數據庫管理系統，以C/S兩層結構作為軟件體系結構，實現遠程訪問數據。使用C#高級程序設計語言運行于.NET Framework之上。客戶端適應在WINDOWS98//2000/XP系統上運行，便于為檢斤、結算、封閉化驗及其他后續開發提供應用接口；扦樣數據根據車型隨機產生，減少了人工干預程度；能控制在三維坐標（θ，r，y）內運動，旋轉范圍±90 °，扦樣無死角，樣品代表性強；具有可擴充性，最多可同時控制扦樣臂上3個獨立的扦樣器，大大提高扦樣速度。

4 結論

該控制器基于單片機STC89C58RD+采用模塊化設計，結構簡單、運行可靠、滿足要求、工作效率高，具有較高的性價比，對保證農戶與企業間的公平交易具有重要意義。

參考文獻

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