一種自動化調節行距摘穗裝置的設計

楊 錦，涂婭欣

（四川農業大學 機電學院，四川 雅安 625014）

一種自動化調節行距摘穗裝置的設計

楊 錦，涂婭欣

（四川農業大學 機電學院，四川 雅安 625014）

目前的玉米聯合收獲機只能對某一固定行距的玉米進行收獲，無法推廣到對各種不同行距的玉米進行摘穗。為此文章設計了一款可以自動化調節摘穗行距的玉米收獲機割臺摘穗裝置。此摘穗裝置主要通過螺紋和螺母形成螺旋副來實現行距調節功能，通過單片機對原動力直流電機進行正轉、反轉以及速度控制，進而實現對摘穗單體行距的精確定位。

摘穗裝置；行距調節；自動化；單片機

1 設計背景與研發目的

隨著社會經濟的快速發展，農業機械化應用愈加廣泛。其中農作物收獲是農業生產中的重要環節，實現機械化收獲對于保證農業豐產豐收，改善勞動條件，提高勞動生產效率等有著十分重要的作用。玉米是我國農業生產的主要對象，而玉米種植地域廣闊、自然條件差異大，農藝不能統一，尤其是不同地區玉米種植的行距差異過大等原因制約我國玉米收獲機械化發展，導致傳統方式設計的玉米收獲機無法實現一機收獲不同行距的玉米果穗的重要難題。因此，文章針對這一情況，設計了一種能在一定范圍內自動化調節摘穗行距的玉米收獲機割臺摘穗裝置，以實現收獲不同行距的玉米果穗，增大玉米收獲機的利用率，減少機械的閑置浪費。而且這種兩行收獲的小型摘穗裝置具有體積小、靈活性高等優點，在西南丘陵地區作業時有較強的適用性。同人工收獲相比，使用高效率、環境適應能力好的收割機來收獲玉米，不但能夠獲得非常明顯的生態效益與社會效益，而且還會減輕廣大農戶的工作負擔、增加其經濟收入。所以，一定要實現玉米的機械化收獲，讓農戶可以應用玉米收割機獲得更高的經濟收入。

2 主要結構設計與原理

摘穗裝置調節行距時的動力由直流電機輸出，通過電機齒輪和絲桿齒輪傳遞動力，進而帶動絲桿軸轉動。絲桿軸與左右兩螺母分別形成滑動螺旋副，帶動兩螺母反向或者相對移動，從而帶動左右兩個摘穗單體在水平導軌上反向或者相對滑動，實現了摘穗裝置的行距調節功能。

由于調節行距后摘穗單體的位置變化，普通玉米收獲機無法保證摘穗裝置變速箱中輪系的動力輸入。所以本摘穗裝置采用外六棱軸與內六棱軸間隙配合的裝配方式，既能保證摘穗單體的左右移動，又能保證整個摘穗裝置的動力輸入。最終完成對一定范圍內不同行距的玉米植株果穗的摘穗工作。絲桿軸上的螺紋采用T型傳動螺紋，此螺紋具有良好的自鎖功能，當摘穗單體完成行距調節后，單體不會再相對絲桿軸移動，實現了精確定位。

3 直流電機控制設計

（1）系統總體設計方案。本設計以AT89C51單片機為核心，用按鍵來調節電機轉速和LCD1602液晶屏來顯示設定轉速和測量轉速，用H橋組成的高電壓大電流雙全橋式驅動芯片L293D作為本系統的驅動電路，用光電傳感器和20線碼盤來讀取電機的實際轉速，通過應用PID算法對占空比的計算達到精確調速的目的。完成了直流電機的正反轉控制、轉速調節及轉速自動測量功能。

（2）硬件設計。①驅動電路設計。在設計中，采用TI公司的驅動芯片L293D作為本系統的驅動電路，芯片內部的橋型電路保證了電機正反轉以及轉速的調節：單片機輸出的PWM電機控制信號接到L293D EN1端口、IN1和IN2端口，PWM脈寬調制方式采用單極性工作制，即單片機控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和對PWM的占空比調節決定電機的轉速和轉向。L293D根據單片機輸入到管腳上邏輯電平的變化，實現電機的正轉、反轉、停止和制動四種狀態。②直流電機速度控制方案。在直流電機中，外加電壓通過換向器加到線圈上，當導體輪流地處于N，S極時，電流的大小和方向隨其所處的磁極極性的變化而變化，從而

使電磁轉矩的方向一致改變，并使電動機連續旋轉。電機開始工作之前，給電機設置一個轉速，通過單片機給驅動電路送控制電平，進而控制直流電機的運轉，然后通過測速裝置來檢測電機的轉速，并將數據送至單片機，形成閉環控制系統，系統穩定后電機便按照初始設定的速度運轉。

（3）軟件設計。在硬件電路的基礎上對單片機進行程序設計以實現直流電機相應的功能，部分程序設計如下：

4 結語

通過對現有玉米收獲機割臺的改進設計，這種自動化調節摘穗行距的玉米收獲機割臺摘穗裝置，能提高玉米收獲機的利用率，增強了自身的靈活性與通用性，為農戶創造了更多的經濟利益。盡管近年來我國農業機械化進程飛速發展，但相對其他發達國家而言還是存在一定的差距。所以我國應緊跟時代步伐，將自動化、智能化與當今農業機械相結合，爭取早日實現“智慧農業”。

［1］李井春.玉米收割機的推廣現狀與策略分析［J］.科學種養，2016，（8）.

［2］杜岳峰，毛恩榮，朱忠祥，等.兩行玉米收獲機割臺設計與試驗［J］.農業機械學報，2013，（10）.

Design of an Ear-picking Device by Automatically Ad justing Spacing

YANG Jing，TU Ya-xin
（Institute of Electrical，Mechanical in Sichuan Agricultural University，Ya'an，Sichuan 625014，China）

Atpresent，the corn combine harvester can only on harvest corn ata fixed spacing,and cannotbe promoted to differentspacing.Based on this，the paper designs an ear-picking device by automatically adjusting spacing.The devicemainly adjusts spacing by the screw and nut screw pair and realizes accurate positioning of spacing between ears by forwarding，reversing and speed-controllingofmotive powerDCmotorwith single chipmicrocomputer.

ear-picking device；spacingadjustment；automation；single chipmicrocomputer

S225.51

A

2095-980X（2016）11-0057-02

2016-10-07

大學生創新訓練計劃項目（201610626109）。

楊錦，男，四川簡陽人，大學本科，主要研究方向：農業機械化。