[發明專利]一種棉花圓模成型控制與狀態采集方法

有效

• 申請號: 201911100358.0
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110803317B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 劉亮東;何雄林;王德成;馬治國;孫顯順;王光輝;尤泳;甘邦興;李建平;邵長勇;祝露
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: B65B11/02
• 分類號: B65B11/02;B65B35/44;B65B61/06;B65B57/04
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1.一種棉花圓模成型控制與狀態采集系統，其特征在于，該系統包括信號檢測單元(1)、信號調理單元(2)、中央控制器(3)、通信單元(4)、上位機控制臺(5)、喂棉控制單元(6)、執行單元(7)、棉花輸送控制單元(8)、棉模成型控制單元(9)、送膜與切膜控制單元(10)、出倉控制單元(11)；所述中央控制器(3)分別與喂棉控制單元(6)、棉花輸送控制單元(8)、棉模成型控制單元(9)、送膜與切膜控制單元(10)、出倉控制單元(11)連接；所述上位機控制臺(5)通過通信單元(4)與中央控制器(3)相連接；

所述棉花圓模成型控制的上位機控制臺(5)是采用C#編寫的軟件窗口，所述中央控制器(3)是采用ARM-CORTEX系列STM32F407系列單片機；所述上位機控制臺(5)用于接收輸入的控制信息并傳遞至所述中央控制器(3)，以及接收所述中央控制器(3)處理結果并進行顯示；

所述喂棉控制單元(6)包括喂棉電機(23)、喂棉電機驅動器(22)，所述喂棉控制單元(6)與中央控制器(3)連接；喂棉檢測傳感器(14)能夠可靠完成棉量狀態的采集，通過在上位機控制臺(5)上改變喂棉電機的脈沖數，即可完成對棉花喂入速度的調節；

其脈沖數與喂入速度的關系式為：

其中，v為喂入速度，p為步進電機脈沖數，θ為步進電機步距角，t為步進電機轉一圈所用時間；

所述棉花輸送控制單元(8)包括光耦繼電器模組(24)、調速器(26)、棉花輸送電機(25)，當所述喂棉檢測傳感器(14)檢測到棉花從喂入輥(35)喂入到輸棉皮帶(36)上時，中央控制器(3)發出信號到光耦繼電器模組(24)，從而啟動棉花輸送電機(25)進行棉花輸送；

進一步地，通過上位機控制臺(5)可以調節調速器(26)的脈沖信號從而控制棉花輸送電機(25)對棉花輸送速度進行調節；

進一步地，中央控制器輸出電壓為5V，無法直接利用普通繼電器進行驅動，因此采用5V轉24V光耦繼電器模組(24)，通過中央控制器(3)發出信號驅動光耦繼電器模組(24)吸合完成棉花輸送電機的啟動與停止；

所述棉模成型控制單元(9)包括成型電機(28)、成型電機驅動器(27)，當來自信號檢測單元(1)的棉模尺寸檢測傳感器(15)與棉模密度傳感器(41)檢測到棉模的尺寸與密度時，將模擬量由信號調理單元塊(2)上的信號變送器(21)處理以后輸入到中央控制器(3)，中央控制器(3)將信號通過A/D轉換模塊輸入到上位機控制臺(5)，通過上位機控制臺(5)可以了解棉模成型時的密度與直徑值，所述棉模尺寸檢測傳感器(15)為超聲波測距傳感器，所述棉模密度傳感器(41)為拉力傳感器，所述成型電機驅動器(27)與中央控制器(3)相連，成型電機(28)驅動執行機構(7)中的成型皮帶張緊裝置(37)與成型輥(38)完成成型；

所述信號檢測單元(1)中棉模密度檢測傳感器(41)采用拉力檢測傳感器，喂棉檢測傳感器(14)采用NPN對射型光敏電阻；其中拉力檢測傳感器，NPN對射型光敏電阻將檢測到的信號輸入至信號調理單元(2)，由信號調理單元(2)進行處理后送入中央控制器(3)，上位機控制臺(5)予以顯示；

所述信號調理單元(2)包括調理模塊(20)，信號變送器(21)；所述調理模塊(20)采用LM2596SDC-DC可調降壓模塊，該模塊將喂棉檢測傳感器(14)所測得電壓值降壓以后輸送到中央控制器3，由于喂棉檢測傳感器(14)采用的是NPN對射型光敏電阻，當所述NPN對射型光敏電阻檢測到信號時，由于輸出的電壓值過大，無法直接輸入到中央控制器(3)；因此，通過信號調理單元(2)將電壓值降至中央控制器(3)所能接受到的最大電壓即3.3V，此時表明棉花喂入；當喂棉檢測傳感器(14)未檢測到喂入信號時，信號調理單元(2)輸入到中央控制器(3)的電壓值為0V，表示棉花未喂入；

進一步地，所述信號變送器(21)采用DY510信號變送器，將棉模密度檢測傳感器(41)檢測到的信號經過放大后，其電壓值為0-3.3V，可供中央控制器(3)的ADC模塊直接采集；其中，棉模密度與棉模密度檢測傳感器(41)所測電壓之間的換算關系為：

其中，ρ為棉模密度，X_t為t時刻所測棉模密度傳感器檢測到的電壓值，W為傳感器量程，V_t為t時刻棉模體積，可由所述棉模尺寸檢測傳感器(15)檢測到的直徑值算出；

進一步地，成型皮帶張緊裝置(37)的運動情況是垂直上下移動，因此將成型皮帶張緊裝置(37)豎直移動的距離L與棉模直徑D的增加值近似視為線性關系，棉模尺寸檢測傳感器(15)的電壓變化U與成型皮帶張緊裝置(37)豎直移動的距離L關系為：

其中，成型皮帶張緊裝置(37)在成型過程中垂直移動的最大距離為Lmax，棉模尺寸檢測傳感器(15)安裝位置與成型皮帶張緊裝置(37)之間的初始距離為L0，棉模直徑為D，棉模最大直徑為Dmax，從而可以得到所測棉模尺寸D與棉模尺寸檢測傳感器(15)的電壓變化U之間的關系為：

進一步地，若需要調節棉模成型的密度，則通過調節所述成型電機(28)的轉速；所述成型電機采用直流電機，通過控制占空比即可調節成型電機轉速，其中占空比由中央控制器(3)的比較寄存器CCR的值決定。