一種便攜式棉花打頂機的設計與研究

湯正 朱其祥

摘 要：該文系統介紹了一種基于雙向DC-DC變換器的便攜式棉花打頂機。本設計由可控硅構成靜態開關，當電池對棉花打頂機作為的負載進行放電時，DC-DC變換器以Boost工作模式運行；當220V家用電源對電池進行充電時，DC-DC變換器以Buck工作模式運行，從而實現電池的充放電功能。由此設計出一種手持式小型棉花打頂機，極大提高棉花打頂機的便攜性。本設計具有低成本、高性能、結構簡單、控制方便等優點。

關鍵詞：棉花打頂機；便攜；雙向DC-DC變換器；充放電

中圖分類號 S224 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）10-0130-02

1 引言

棉花是我國最主要的幾種經濟性農作物之一。棉花的種植管理相對玉米、大豆而言特別費工，所以其經濟效益也較為有限，在一定的程度上影響了農戶在棉花種植方面的積極性。棉花打頂是棉花栽培和生產過程中的重要環節，目前主要有人工打頂、化學打頂和機械打頂3種方式。

傳統上人工打頂（用手掐頂尖）勞動強度大，打頂作業時間緊，費時費工。在種植密度較大時，作業效率低的問題尤為突出。

化學打頂是通過噴施生長點抑制劑來限制棉花無限生長，省時省力。但該方法受施用劑量、噴劑質量的影響較大，對棉花的正常生長發育會造成一定影響，并且化學試劑會對環境構成污染。目前還不是主要的打頂方法。

機械打頂技術近來備受關注。例如，石河子大學研究設計的國產第一代3MD-12棉花打頂機。但由于受田間作業環境復雜、仿形精度、響應時間等因素的影響，前期準備工作量較大，且打頂機需要拖拉機帶動作業，易對棉田造成一定的損耗。

由此，我們將雙向DC-DC變換器應用于打頂作業，設計出一種便捷式可手持的小型棉花打頂機。

2 系統設計實現

2.1 系統構成 本設計由電池盒、電機、開關、鋸齒形圓盤刀片、把柄等主要部分組成。圓盤刀片安裝在刀盒中，刀盒寬度小于刀片的半徑，功效較高。電機安裝在刀盒的上方，與刀片軸連接。開關安裝在把柄上，電池盒安裝在背帶上，與電機之間有穿過把柄內部的電線連接。把柄采用伸縮式結構，在其尾部設置伸縮長度調節旋鈕和指棱，并且開關與指棱靠近，握持省力，可實現單手操作。

為了提高安全性，本設計采用單片機控制的開路檢測模塊、過壓保護模塊，并且上述刀盒的前端收窄為擋片。電池盒內放置可充電電池、雙向DC-DC變換器和單片機控制電路。

2.2 雙向DC-DC模塊設計 雙向DC-DC變換器（Bidirectional DC-DC Converter—BDC）是一個DC-DC變換器的雙象限運行，是在保持變換器兩端的直流電壓極性不變的情況下，根據應用需要改變電流方向，實現能量雙向流動的DC-DC變換器。圖1為BDC的二端口示意圖。從各種基本的變換拓撲來看，可將其看做兩個單向DC-DC變換器反向并聯連接，通過改變兩個單元的工作狀態調節能量的雙向流動，因此雙向DC-DC變換器在功能上相當于兩個單向DC-DC變換器。

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