扦樣機自動控制系統的研究與設計

袁家厚

摘要：針對目前糧食扦樣機存在的弊端，提出一種減少人員參與程度的扦樣機自動控制方法。扦樣機自動控制系統基于STC51單片機原理，改造后可實現自動隨機扦樣，樣品代表性強，工作效率高，可為其他應用程序擴展提供應用接口。

關鍵詞：自動編碼扦樣機；糧食；控制器；STC51單片機

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）03-0019-03

隨著糧食購銷狀況的變化，收糧過程中的檢斤驗質顯得尤為重要。部分糧食企業或其內部人員暗箱操作，故意壓價侵害糧農或故意抬價肥私熟人，使糧企受損。為防止作弊，減少人工參與環節，迫切需要研制扦樣機實現自動化、扦樣隨機化的封閉式自動扦樣機。

自動扦樣機根據售糧運輸車輛的大小尺寸，從若干組編碼數據中隨機選取不同的扦樣數據，能在整個車廂平面及不同糧層上無死角任意點扦樣，可防止扦樣預先放置的優質糧。運輸車輛大到14.0 m長、4.0 m深，小至2.0 m長、0.5 m深，若想囊括所有車型，扦樣機必須能根據車型改變扦樣范圍。

1 扦樣機發展現狀

一些大中型糧食企業配置的手動機械扦樣機，由于需要人工參與操作，不能有效防止作弊，只能在一定程度上降低扦樣人員勞動強度。機械扦樣機的結構有門字形和旋轉型。門字形扦樣機控制簡單，扦樣速度快，但占地面積大；單臂旋轉式扦樣機如圖1所示，操作控制復雜，但基本不受場地限制，結構簡單，造價低廉，被大多數糧庫采用。為此，解決單臂旋轉式扦樣機的自動控制具有重要意義。

2 扦樣機自動控制系統的設計

2.1 單臂旋轉式扦樣機存在的問題

單臂旋轉式扦樣機一般用電機驅動執行，動作可分為升降、旋轉、進退、扦樣、吸糧5種。多數扦樣機沒有升降動作，升降只是為了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、運動距離的信號檢測問題，需要的輸入/輸出端口較多，布線困難。

3.2 扦樣機自動控制系統設計

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，布線簡單，容易實現，能降低成本，便于推廣。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。控制系統結構（不包括手持遙控操作器）組成如圖2所示。

3 扦樣機自動控制系統工作過程

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，并按設定參數隨機自動分組扦樣，電路組成如圖3所示。

系統中，單片機U1采用STC 89C58RD+或IAP15F2K61S2，短路塊S11、S12用于2種單片機選擇，以保證產品兼容性。輸入口線為IN01～IN16，輸出口線為O01～O14，與下一級的光電隔離輸入/輸出連接。74LS245緩沖驅動可增加驅動能力及防止長線傳輸影響。

3.1 工作原理

系統采用STC89C58RD+單片機形式。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。

系統設計時，根據大中小等不同車型，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中。實際扦樣時，計算機根據輸入的車型隨機產生一組扦樣數據，無線傳入單片機中，控制扦樣。數據格式一般為：開始-地址-命令-數據1 -- 開始-地址-命令-數據2 --......開始-地址-命令-數據n -- 結束。

3.2 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，扦樣程序框圖如圖4所示。單片機首先判斷是否本機地址（各扦樣小車均具有獨立地址，便于多車同時扦樣），若是，則按接收位移數據進行移動，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。扦樣程序見圖4。

4 扦樣機自動控制系統接線安裝方式

4.1 接線安裝方式

控制器具有3組接線端子，分別為電源端、輸入（限位信號+運動量檢測）端、輸出控制端。輸入、輸出端均通過光耦隔離，以增強抗干擾能力，使設備可靠工作。

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。輸出控制端有6個用于連接3個方向的正反向運動繼電器的控制線圈，3組繼電器的線圈均與相對應繼電器常閉觸點串聯，防止動作沖突。

4.2 性能特點

為使系統更具通用型性，采用無線RS485與上位機通訊。上位機軟件界面直觀、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上。客戶端適應在WINDOWS98//2000/XP系統上運行，便于檢斤、結算、封閉化驗及其他后續開發。扦樣數據根據車型隨機產生，減少人工干預程度。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。可擴充性，最多可同時控制扦樣臂上3個獨立的扦樣器同時扦樣，提高扦樣速度。

5 結語

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，提高工作效率，具有較高性價比，對保證農戶與企業間的公平交易具有重要意義，應廣泛推廣應用。