本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，尤其涉及一種株間電驅(qū)鋤草控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的除草方式有人工除草和化學(xué)藥劑除草。人工除草勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)費(fèi)力以及作業(yè)效率低；化學(xué)藥劑除草容易造成環(huán)境污染和農(nóng)產(chǎn)品藥劑殘留，從而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和人類飲食健康。因此，田間機(jī)械鋤草具有重要的研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。

按照雜草在田間相對(duì)作物的生長位置區(qū)分，機(jī)械鋤草可分為行間鋤草和株間鋤草。常見的中耕鋤草多為行間鋤草，而株間鋤草是目前的研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)。魏兆凱等設(shè)計(jì)了一種大豆苗間除草松土機(jī)。張朋舉，陳樹人等設(shè)計(jì)了一種八爪式機(jī)械株間除草裝置和基于LabVIEW 的控制系統(tǒng)。試驗(yàn)顯示平均株距在30cm 以上的作物傷苗率控制在10%以內(nèi)，株間間隙覆蓋率達(dá)到50%以上。張春龍等設(shè)計(jì)了三指手爪鋤草機(jī)械手，三指公轉(zhuǎn)，其中一指為活動(dòng)手指可同時(shí)自轉(zhuǎn)，苗間鋤草仿真試驗(yàn)結(jié)果顯示除草率達(dá)90%以上。胡煉等研制了基于爪齒余擺運(yùn)動(dòng)的株間機(jī)械除草裝置，室內(nèi)試驗(yàn)傷苗率小于8%，能夠滿足株距20cm 及以上栽種的作物株間除草要求。Athanasios P.Dedousis 等概述了圓盤鋤刀的發(fā)展、并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。大田試驗(yàn)結(jié)果表明：分別在作物移栽后16、23 和33 后以1.8km/h 的速度進(jìn)行機(jī)械鋤草，株間除草率為87%以上，且機(jī)械鋤草費(fèi)用大大低于人工鋤草費(fèi)用。M.N?rremark等人設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全球定位系統(tǒng)（RTKGPS）的自走式無人駕駛株間鋤草系統(tǒng)。用塑料棒模擬作物進(jìn)行場(chǎng)地試驗(yàn)，結(jié)果表明：在不傷苗的情況下最高前進(jìn)速度為0.52m/s；前進(jìn)速度為.31/s 時(shí)橫向偏差為±16mm，前進(jìn)速度為.31/s 時(shí)橫向偏差為±22mm。M.J.O’Dogherty，N.D.Tillet 等介紹了一個(gè)數(shù)學(xué)模型用于優(yōu)化設(shè)計(jì)圓盤鋤刀，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于機(jī)器視覺導(dǎo)航的行間和株間鋤草一體化機(jī)械，在移栽甘藍(lán)田間試驗(yàn)結(jié)果顯示除草率為62~87%。比較大田種植，溫室大棚種植具有空間狹小、環(huán)境密閉等特點(diǎn)，因此對(duì)溫室大棚內(nèi)作業(yè)機(jī)械的能耗、噪聲及污染等提出了更高的要求，電驅(qū)鋤草機(jī)械的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)溫室大棚種植空間狹小、環(huán)境密閉等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種株間電驅(qū)鋤草控制系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

株間電驅(qū)鋤草控制系統(tǒng)由刀苗距信息獲取模塊、速度信息獲取模塊、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行單元及電動(dòng)機(jī)角度歸零模塊組成。刀苗距信息獲取模塊由攝像機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)獲取田間苗草圖像并輸入PC機(jī)進(jìn)行圖像處理得出刀苗距信息。速度信息獲取模塊通過安裝在測(cè)速地輪軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)前進(jìn)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。運(yùn)行執(zhí)行單元由驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)組成，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓盤鋤刀運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中涉及三個(gè)相互獨(dú)立的運(yùn)行執(zhí)行單元的控制。電動(dòng)機(jī)角度歸零模塊采用霍爾傳感器信號(hào)輸入相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器并使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角歸零。核心理器實(shí)時(shí)獲取刀苗距信息、速度信息及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角信息，通過控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信息并輸入驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述的控制系統(tǒng)采用MC9S12DG128單片機(jī)作為主控芯片。

所述的旋轉(zhuǎn)編碼器選用增量式， 型號(hào)為RI30-O/1000AR·34KB。該傳感器輸入電壓為5VDC，分辨率為1000CPR，相位差90°雙通道輸出。

所述的霍爾傳感器選用NPN常開型，型號(hào)為JK5002C。該傳感器輸入電壓為5VDC，未檢測(cè)到磁鐵時(shí)呈高電平，檢測(cè)到磁鐵時(shí)呈低電平。

所述的直流無刷伺服電動(dòng)機(jī)采用型號(hào)為SLD48-12-E3-N3-1LN。供電電壓48VDC；額定電流12A；額定扭矩1.1N2m；額定轉(zhuǎn)速3000r/min；允許三倍過載，允許連續(xù)過載2min。

所述的驅(qū)動(dòng)器根據(jù)電動(dòng)機(jī)選取MOTECαMLD系列驅(qū)動(dòng)器，適用于驅(qū)動(dòng)大功率直流無刷伺服電動(dòng)機(jī)。供電電壓 18~160VDC；最大連續(xù)電流達(dá)30A；具有位置控制模式、速度控制模式和電流（轉(zhuǎn)矩）控制模式；支持RS232、RS485和CAN總線通信，3種總線均可多驅(qū)動(dòng)器組網(wǎng)控制；具有溫度保護(hù)，過流、過壓、欠壓保護(hù)等功能，可靠性高。

本發(fā)明的有益效果是：

電驅(qū)株間鋤草控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為電驅(qū)鋤草機(jī)械的設(shè)計(jì)與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，更好地滿足溫室大棚內(nèi)作業(yè)環(huán)境的需求。基MC9S12DG128單片機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)及多傳感器融合，設(shè)計(jì)一種圓盤鋤刀株間鋤草控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)控制三把鋤刀株間轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)株間鋤草和避苗。通過拖拉機(jī)前懸掛連接鋤草機(jī)械，溫室大棚內(nèi)電驅(qū)株間鋤草試驗(yàn)表明，拖拉機(jī)前進(jìn)速度約為1.2km/h時(shí)，鋤草傷苗率小于10%。。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，株間電驅(qū)鋤草控制系統(tǒng)由刀苗距信息獲取模塊、速度信息獲取模塊、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行單元及電動(dòng)機(jī)角度歸零模塊組成。刀苗距信息獲取模塊由攝像機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)獲取田間苗草圖像并輸入PC機(jī)進(jìn)行圖像處理得出刀苗距信息。速度信息獲取模塊通過安裝在測(cè)速地輪軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)前進(jìn)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。運(yùn)行執(zhí)行單元由驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)組成，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓盤鋤刀運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中涉及三個(gè)相互獨(dú)立的運(yùn)行執(zhí)行單元的控制。電動(dòng)機(jī)角度歸零模塊采用霍爾傳感器信號(hào)輸入相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器并使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角歸零。核心理器實(shí)時(shí)獲取刀苗距信息、速度信息及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角信息，通過控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信息并輸入驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

工作時(shí)，鋤草機(jī)械向前運(yùn)動(dòng)，搭載在鋤草機(jī)械上的視覺系統(tǒng)動(dòng)態(tài)采集圖像并輸入PC 機(jī)，PC機(jī)進(jìn)行圖像處理后輸出刀苗距信息到鋤刀控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)融合霍爾傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入信息，實(shí)時(shí)輸出轉(zhuǎn)速信息給電動(dòng)機(jī)。圓盤鋤刀一側(cè)開有一定角度的豁口，工作時(shí)，鋤刀向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)繞電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，完成切割、鏟除雜草動(dòng)作。鋤刀控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)輸出轉(zhuǎn)速信息到電動(dòng)機(jī)，達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)不同位置的轉(zhuǎn)角控制。使得在相鄰兩株苗間，鋤刀剛好轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，同時(shí)當(dāng)鋤刀處于苗位置時(shí)豁口剛好對(duì)齊苗，完成避免動(dòng)作。