[发明专利]一种株间电驱锄草控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种株间电驱锄草控制系统。

背景技术

传统的除草方式有人工除草和化学药剂除草。人工除草劳动强度大、耗时费力以及作业效率低；化学药剂除草容易造成环境污染和农产品药剂残留，从而影响农业生产的可持续发展和人类饮食健康。因此，田间机械锄草具有重要的研究意义和广泛的应用前景。

按照杂草在田间相对作物的生长位置区分，机械锄草可分为行间锄草和株间锄草。常见的中耕锄草多为行间锄草，而株间锄草是目前的研究难点和热点。魏兆凯等设计了一种大豆苗间除草松土机。张朋举，陈树人等设计了一种八爪式机械株间除草装置和基于LabVIEW 的控制系统。试验显示平均株距在30cm 以上的作物伤苗率控制在10%以内，株间间隙覆盖率达到50%以上。张春龙等设计了三指手爪锄草机械手，三指公转，其中一指为活动手指可同时自转，苗间锄草仿真试验结果显示除草率达90%以上。胡炼等研制了基于爪齿余摆运动的株间机械除草装置，室内试验伤苗率小于8%，能够满足株距20cm 及以上栽种的作物株间除草要求。Athanasios P.Dedousis 等概述了圆盘锄刀的发展、并对其进行设计与计算。大田试验结果表明：分别在作物移栽后16、23 和33 后以1.8km/h 的速度进行机械锄草，株间除草率为87%以上，且机械锄草费用大大低于人工锄草费用。M.NØrremark等人设计并优化了一种基于实时动态全球定位系统（RTKGPS）的自走式无人驾驶株间锄草系统。用塑料棒模拟作物进行场地试验，结果表明：在不伤苗的情况下最高前进速度为0.52m/s；前进速度为.31/s 时横向偏差为±16mm，前进速度为.31/s 时横向偏差为±22mm。M.J.O’Dogherty，N.D.Tillet 等介绍了一个数学模型用于优化设计圆盘锄刀，并在此基础上设计了基于机器视觉导航的行间和株间锄草一体化机械，在移栽甘蓝田间试验结果显示除草率为62~87%。比较大田种植，温室大棚种植具有空间狭小、环境密闭等特点，因此对温室大棚内作业机械的能耗、噪声及污染等提出了更高的要求，电驱锄草机械的发展应运而生。

发明内容

本发明的目的是针对温室大棚种植空间狭小、环境密闭等特点，设计了一种株间电驱锄草控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

株间电驱锄草控制系统由刀苗距信息获取模块、速度信息获取模块、运动执行单元及电动机角度归零模块组成。刀苗距信息获取模块由摄像机实时动态获取田间苗草图像并输入PC机进行图像处理得出刀苗距信息。速度信息获取模块通过安装在测速地轮轴上的旋转编码器对前进速度进行实时测量。运行执行单元由驱动器与电动机组成，电动机带动圆盘锄刀运动。本设计中涉及三个相互独立的运行执行单元的控制。电动机角度归零模块采用霍尔传感器信号输入相应驱动器并使电动机转角归零。核心理器实时获取刀苗距信息、速度信息及电动机转角信息，通过控制算法计算出实时转速信息并输入驱动器控制电动机转动。

所述的控制系统采用MC9S12DG128单片机作为主控芯片。

所述的旋转编码器选用增量式， 型号为RI30-O/1000AR·34KB。该传感器输入电压为5VDC，分辨率为1000CPR，相位差90°双通道输出。

所述的霍尔传感器选用NPN常开型，型号为JK5002C。该传感器输入电压为5VDC，未检测到磁铁时呈高电平，检测到磁铁时呈低电平。

所述的直流无刷伺服电动机采用型号为SLD48-12-E3-N3-1LN。供电电压48VDC；额定电流12A；额定扭矩1.1N²m；额定转速3000r/min；允许三倍过载，允许连续过载2min。

所述的驱动器根据电动机选取MOTECαMLD系列驱动器，适用于驱动大功率直流无刷伺服电动机。供电电压 18~160VDC；最大连续电流达30A；具有位置控制模式、速度控制模式和电流（转矩）控制模式；支持RS232、RS485和CAN总线通信，3种总线均可多驱动器组网控制；具有温度保护，过流、过压、欠压保护等功能，可靠性高。

本发明的有益效果是：

电驱株间锄草控制系统设计为电驱锄草机械的设计与应用奠定基础，更好地满足温室大棚内作业环境的需求。基MC9S12DG128单片机、直流伺服电动机及多传感器融合，设计一种圆盘锄刀株间锄草控制系统，该系统通过实时控制三把锄刀株间转速和转角实现株间锄草和避苗。通过拖拉机前悬挂连接锄草机械，温室大棚内电驱株间锄草试验表明，拖拉机前进速度约为1.2km/h时，锄草伤苗率小于10%。。