基于专家系统的智能种子包衣机电控系统的制作方法
【专利摘要】一种种子包衣机电控系统，属于农业电气化领域；包括单片机(1)，复位电路(2)，单片机电源稳压滤波器(5)及(6、21)单片机程序烧写端口，(3)为LCD显示接口，与按键(4)配合，可以实现参数修改、一键启动与停机这三大功能，与工作状态指示电路(10)配合实现故障显示，(7、8)为传感和控制部分提供电源，(13～16)为传感器接口电路，其信号经变换输入单片机，异步电机电源控制电路(17～20)直接受单片机控制，(9)为D/A转换电路(11～12)提供参考电源，而这两个D/A电路从单片机接收信号，控制电机速度；该系统在廉价、高可靠性及自动化的基础上，基于专家系统，实现了种子包衣控制的智能化。
【专利说明】基于专家系统的智能种子包衣机电控系统
【技术领域】:
[0001]本发明主要是为种子包衣机设计一套自动化智能控制系统，属于农业电气自动化领域。
【背景技术】:
[0002]从总体上讲，我国的种子包衣设备研究与工程化起步较晚，至今还不同程度地存在结构、制造工艺等的不成熟，大多数种子包衣机控制系统采用低压继电器形式，技术含量低、故障率高。如酒泉奥凯种子机械股份有限公司的5BY-5.0V型种子包衣机，该机电控系统虽能实现一定程度的自动化，但控制建立在低压电器的基础之上，控制较为粗放，故障率较大，操作过程中需要 人全程参与。胡良龙，胡志超等研发了 5BY-5型新一代种子包衣设备，并设计了以PLC为控制核心，液晶触摸屏为人机交流窗口，集编程、变频、液流监测、传感器等技术为一体的自动化控制系统。用Pro Tool/Pro CS编制人机交流软件，在Step7-Micix)/WIN环境下采用梯形图方法编制系统监控软件，实现包衣作业的部件保护、精确计量、自动控制和人性化操作。该机整体技术水平达到国内领先，但显然系统复杂，成本较高，操作也相对繁琐一些，对操作者的知识水平、维护水平等要求较高，主要应用对象是种子加工流水线。杨婉霞等基于精简控制系统，实现低成本、基本自动化为目标，以5BY-5.0V种子包衣机为控制对象，结合RS-485通信及USS通信协议和相应软件、变频装置、相关传感器及相应的执行元器件对包衣作业全程进行自动控制。这一方案虽然实现了包衣过程的基本自动化，但系统显然过于简陋，另外，其在软硬件的可靠性、抗干扰性及包衣的智能化研究上相对欠缺。
【发明内容】
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[0003]为了克服现有技术中的不足，本发明基于专家系统的思想，以单片机AT90CAN128为核心硬件，设计了一套电控系统，使现有的种子供给装置、种衣剂供给装置改进为种子定量供给装置、种衣剂定量供给系统；使其他系统成为自动反应、配合合理、高度集成的全自动智能型工作系统。
[0004]利用按键(4)和液晶显示(3)输入生产率、种子容重、种药混配比等参数，单片机
(I)接收后，由专家系统(图3)给出或者计算出喂料电机和供液电机的工作频率(f @和f?)，即喂种速率和供药速度。自动运行时，种衣剂被计量泵从贮液桶吸出(由供液电机带动，控制端口为J10，1、2之间为常开触点)，再由泵挤压推送到液流监测器(CYG3002)，后进入混配室内药液雾化盘被离心雾化；液流监测器检测到药液(J14的2脚输入高电平)后，系统检测上料位传感器(CJA4-3008PK)，如果上料位传感器显示有种子(Jll的2脚输入高电平)，则经一定延时，喂料器开始喂料(由喂料电机带动，控制端口为J6，1、2之间为常开触点)，种子落入混配室内抛种甩盘被均匀抛撒落下，与已雾化的种衣剂充分接触、混合、下落；黏附在清淤室斜壁上的种药混合物被毛刷(由清淤电机带动，控制端口为J3，1、2之间为常开触点)刮除落下；种药混合物落入搅拌系统，再充分搅拌，被搅龙推送(由搅龙电机带动，控制端口为J5，l、2之间为常开触点)至出料口排出；如暂存仓无料，下料位传感器(CJA4-3008PK)发出信号(J12的2脚输入高电平)，喂料停止，延时数秒后计量泵停止，为便于物料充分搅拌，再延时数秒后搅龙才停止。如物料在搅龙槽体内被堵塞，堵料传感器(RL~100)发出指令(J13的2脚输入高电平)，启动防堵保护程序，全部工作部件停止，直至故障排除方能启动。
【专利附图】
【附图说明】:
[0005]图1基于AT90CAN128的智能种子包衣机电控系统电路图
[0006]图2智能种子包衣机电控系统程序框图及关键节点显示配合图
[0007]图3专家系统工作程序框图
【具体实施方式】:
[0008]下面结合附图详细说明本发明的具体实施:
[0009]参见图1，系统核心部分:以AT90CAN128 (I)为CPU ;采用外接16MHz晶振Yl提供工作频率，Yl的辅助工作电容为Cl和C2，容量为22pF ;由二极管D1、按钮S9、电阻Rl和独石电容Cl组成的复位电路(2)，当S9按下，RESET引脚为单片机AT90CAN128输入一低电平，使其复位；(5)所示电容C9、C15~17构成+5V电源单片机部分的稳压滤波器；(6)为ISP烧写适配器，可利用COM 口通过ISP2032V芯片进行程序烧写；(21)为JTAG烧写适配器，可利用USB 口通过FT232H芯片进行程序烧写。
[0010]人机接口部分:(3)为IXD12864的接口插座，其I脚VSS为接地端(接GND1)，2脚VDD为电源端(接+5V)，3脚VO为驱动电压端(接+5V)，4脚RS为并行的指令/数据选择端(高电平代表指令，低电平代表数据)，5脚R/W为读写选择端(高电平为读指令，低电平为写指令)，E为并行的使能信号(高电平为使能开放，低电平为使能禁止)，7~14脚DBO~DB7为并行数据端，15脚PSB为并串行方式选择端(本系统选择并行通讯方式，即PSB端输入高电平I)，16、18脚为空脚，17脚/RET为液晶复位端(低电平有效)，19、20脚 _八和LCDJ(分别为背光电源正极和背光电源负极(分别接+5V和GND1) ； (4)为按键区，共有SI~S8共8个独立按键，分别于单片机的KEYl~8端；发光二极管D7~DlO和电阻R33~R36组成系统工作状态指示电路(10)，分别对应工作、缺料、堵转、缺液4种工作状态，如果对应的状况发生，则相应的单片机引脚将输出低电平，相应的发光二极管就会点売。
[0011]传感检测与控制执行部分:(7)为+24V、+12V和+5V电源输入端；(8)为+24V、+12V和+5V电源输入端的滤波电容；(13~16)为高料位(CJA4-3008PK)、底料位(CJA4-3008PK)、阻旋物位(RL~100)及液流检测器(cYG3002)传感器接口及转换电路，这些传感器全部为开关型传感器，采用3线连接，3线接线端子Jll~J14的I端均为电源端，3端均为接地GND2端，中间的2端均为传感信号输入端，其中上料位有料时，JlI的2脚呈高电平，下料位有料时，J12的2脚呈高电平，堵料传感器检测到堵料时，J13的2脚输入高电平，当供液泵中的种衣剂压力大于液流检测器的设定最低值时，J14的2脚才输入高电平，这些高电平经光耦隔离，将低电平信号传往单片机的对应输入口，而这些传感器传输的信号是启动包衣、停止包衣及故障监测的直接依据。[0012]异步电机电源控制电路:(17-20)分别为清淤电机、搅龙电机、喂料电机以及供液电机的交流电源控制电路。例如，清淤电机的控制是这样的:单片机的39脚PC4发出启动电机信号的低电平0，U8光耦的激光二极管就产生光照，将信号传到了对应的光敏三极管上，该三极管经Rll输出低电平，NPN型三极管Q2饱和导通，Q2集电极上所带的线圈通电，同时，线圈得电指示灯亮，J3的I脚和2脚之间的常开触点闭合，使得清淤电机的控制交流接触器铁芯回路通电，交流接触器闭合，清淤电动机上电启动。停机时只要PC4脚输出高电平即可。D3为交流接触器电磁线圈关断续流二极管，防止因为瞬间关断而产生的高压灼伤J3的I脚和2脚之间的常开触点。其它电机的电源控制电路工作原理与此相同。
[0013]喂料电机和供液泵电机频率控制电路部分:(9)所示为参考电源输入端，输出端REF接单片机的62脚；(11-12)分别为喂料电机和供液电机的频率控制信号串行D/Α输出及调理电路。每一部分均由一片TLC5620、一片运算放大器LM358和一个单刀双掷开关组成。现以喂料电机变频器控制信号系统11为例说明如下:TLC5620的2脚REFA为该数模转换器中A部分的参考电压端，此处接+5V ；6脚DATA为串行控制信号的输入端；7脚CLK为串行D/Α转换的时钟口 ；13脚LDAC为串行D/Α工作控制端，低电平时D/Α才允许D/Α输出更新；8脚LOAD为数字输入信号锁存控制端，在13引脚LDAC为低电平的前提下，LOAD的下降沿会使输入的串行数字信号锁存到输入寄存器中，随后输出端才能产生模拟电压；13脚DACA为串行A通道D/Α转换输出端，将D/Α转换的结果(O-5V)输出；U12B、R23-R25组成放大倍数为2的同相比例运算放大器，将模拟控制电压调整到O-+10V(这是由配套的变频器决定的)；U12A是一个放大倍数为I的电压跟随器，是为了增强控制电压的带载能力(O-50mA) ；S10单刀双掷开关一路与LM358的输出连接，将控制信号输出，还有一路，可利用外置电源直接输出O-+IOV控制信号给变频器，这增加系统的灵活性和可靠性。
[0014]参见图2，种子包衣机电 控系统程序本分主要包括开机显示画面、加工工作画面、参数修改部分、启动部分和停机部分以及安全监控部分组成。种子包衣机电控系统程序框图如图2(a)所示(关键节点显示画面如图2(b)所示):系统上电，首先进入开机显示画面，5s后即进入加工工作画面部分(即默认参数部分，此时系统处于待启动状态)，此时可进行参数修改(该部分中嵌入一个专家系统，程序框图如图3所示)，而后即可正式启动系统工作。首先检查搅龙有无阻塞，如阻塞，经一定时间延迟后再检测，如真的阻塞，延时5s后报警(该参数可调)，整个系统推出工作；如正常，则进入下一步。而后，检查上料位传感器是否有种子，如无种，系统退出；如有种，则供液泵启动，即刻检查压力传感器，如种衣剂供液压力低于设定值，经一定时间延迟后再检测，如真的压力低，延时5s后报警(该参数可调)，整个系统推出工作；如正常，则供液电机正式成功启动。接下来，启动甩盘电机，延时2s后(该参数可调)先启动喂料电机，再启动搅龙电机，此时系统显示累计加工工作界面，系统启动正式完成，系统可以进入正常连续工作状态，并进行系统安全状态监测。系统工作过程中可以在线修改工作参数，整个修改完成后统一生效，正常的种子加工不断续。停机时先停喂料电机，延时2s后(该参数可调)依次停甩盘电机、供液电机和搅龙电机，至此，系统完成停机，等待下一个开机操作。
【权利要求】
1.以AT90CAN128为核心的全自动智能种子包衣机电控系统，包括系统核心部分(1、2、5、6、21)，人机接口部分(3、4、10)，传感检测与控制执行部分(7、8、13-16)，异步电机电源控制电路(17-20)，喂料电机和供液泵电机频率控制电路部分(9，11-12)组成；其特征在于:AVR单片机AT90CAN128(1)为控制系统CPU ;复位电路当S9按下，RESET引脚为单片机AT90CAN128输入一低电平，使其复位；(5)为电源单片机部分的稳压滤波器；(6、21)为单片机程序烧写端口 ；(3)为LCD12864的接口，可以显示系统参数、加工数据，与按键(4)配合，可以实现参数修改、一键启动、一键停机这三大功能，与工作状态指示电路(10)配合，可以实现故障实时监测和显示；(7、8)为传感检测与控制执行部分提供电源，(13-16)为传感器接口电路，这些传感器全部为开关型传感器，采用3线接头与外接传感器连接，它们传输的信号是启动包衣、停止包衣及故障监测的直接依据；异步电机电源控制电路(17-20)直接受单片机控制，对应的小中间继电器的常开触点闭合，则对应的异步电动机电源交流接触器合闸；(9)为两个串行D/A转换电路(11-12)提供参考电源，而这两个D/Α转换电路从单片机相应输出端接收时钟、控制以及数字信号，完成数/模转换，经电压变换调理，将这两个最终的模拟信号输入喂料电机和供液电机变频器的控制端，控制其运转速度。
2.种子包衣机专家系统本发明的专家系统是经过大量试验后总结出来的实用数据，其特征见表一所示:表I种子包衣机喂料电机和供液电机频率控制专家参数表
【文档编号】G05B19/042GK103444307SQ201210171384
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月28日 优先权日:2012年5月28日
【发明者】王关平, 赵武云, 杨婉霞, 高晓阳, 张锋伟, 孙伟, 黄晓鹏 申请人:甘肃农业大学