單片機(jī)控制下的自動(dòng)香蕉秸稈破碎機(jī)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)控制下的自動(dòng)香蕉秸稈破碎機(jī)設(shè)計(jì)引言目前普遍使用的香蕉秸稈處理方法是在收獲香蕉后采用人工砍伐和挖掘，將香蕉秸稈搬到田邊路旁堆放或運(yùn)走進(jìn)行焚燒。該方法勞動(dòng)強(qiáng)度高，耗費(fèi)大量的人力，而且香蕉樹與香蕉頭堆放到田邊占用很大場地，減少了耕地的利用率，且嚴(yán)重污染香蕉園內(nèi)外的生態(tài)環(huán)境。通過使用脫水香蕉秸稈破碎機(jī)，可有效解決勞動(dòng)力不足問題，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工人勞動(dòng)舒適性和勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕廢物和廢氣對(duì)人體的危害、提高資源再回收利用率，增加果農(nóng)收益，保證莊園的環(huán)境衛(wèi)生，適合低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的要求。1 自動(dòng)秸稈粉碎機(jī)的方案設(shè)計(jì)粉碎機(jī)主要由步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)及粉碎系統(tǒng)等組成。其中，步進(jìn)電機(jī)、液壓系

2、統(tǒng)是最主要的機(jī)械部分。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)主要完成送料過程，并且配合液壓系統(tǒng)完成香蕉秸稈的切割。液壓系統(tǒng)將秸稈切割為預(yù)先設(shè)計(jì)好的長度，最后送進(jìn)粉碎系統(tǒng)，完成整個(gè)粉碎過程。香蕉秸稈粉碎機(jī)的工作原理簡圖如圖 1 所示。工作流程如下: 電機(jī)。油泵轉(zhuǎn)動(dòng)，工作回初始位置。進(jìn)料。綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮的時(shí)候，通過步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)將原料通過傳送帶向下一個(gè)工作平臺(tái)傳送，直至紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮停轉(zhuǎn)。切割。由光電傳感器傳來信號(hào)，閘刀工作，將香蕉秸稈切斷。粉碎。切斷后秸稈自動(dòng)落入粉碎箱，電機(jī)啟動(dòng)開始粉碎。自動(dòng)卸載。當(dāng)閘刀切割后回到初始位置綠燈亮，步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)作。上述至連續(xù)進(jìn)行，即完成香蕉秸稈粉碎的工作過程。2 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)是

3、將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為步距角;，控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的; 同時(shí)，可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)在本自動(dòng)系統(tǒng)中通過單片機(jī)的控制完成送料。通過傳感器 4 的檢測向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)接收信號(hào)后發(fā)出脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī); 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)送香蕉秸稈到達(dá)指定位置后，傳感器 3 檢測到物體后斷電，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，閘刀切割香蕉秸

4、稈，香蕉秸稈被切斷，閘刀恢復(fù)初始位置時(shí)刻，傳感器 1 發(fā)出信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并且重復(fù)以上過程，單獨(dú)設(shè)置步進(jìn)電機(jī)開關(guān)，以便更好地操作。步進(jìn)電機(jī)控制部分電路如圖 2 所示。3 液壓控制系統(tǒng)液壓系統(tǒng)由信號(hào)控制和液壓動(dòng)力兩部分組成，信號(hào)控制部分用于驅(qū)動(dòng)液壓動(dòng)力部分中的控制閥動(dòng)作。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)送香蕉秸稈到達(dá)傳感器 2 時(shí)( 見圖 1) ，傳感器 2 發(fā)出脈沖，根據(jù)秸稈的高度液壓控制閘刀的高度以便香蕉秸稈通過閘刀口; 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)將秸稈運(yùn)送到傳感器 3 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，閘刀切割; 閘刀切割后恢復(fù)到初始位置，傳感器 1 發(fā)出脈沖，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。液壓系統(tǒng)的控制部分示意圖如圖 3 所示。4 粉碎機(jī)系統(tǒng)4

5、1 粉碎機(jī)由圖 1 可知，原料被切割過后自動(dòng)進(jìn)入了粉碎桶中。由壓力傳感器檢測到壓力后發(fā)出脈沖，粉碎機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，并且通過螺旋輸送機(jī)構(gòu)自動(dòng)將粉碎后的秸稈傳送入裝置 9 中; 當(dāng)傳感器組的所有傳感器都有感應(yīng)，通過與非芯片 74HC00 單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。4 2 傳感器組當(dāng)原料被送入粉碎桶的時(shí)候，粉碎機(jī)開始工作，傳感器組用于檢測粉碎桶中原料的容量; 當(dāng)傳感器組的所有傳感器都檢測到信號(hào)則由與非門 74HC00 芯片向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)( 見圖 5，其中引腳 CH1、CH2、CH3分別是圖 1 中傳感器組中的 3 個(gè)傳感器) ，單片機(jī)隨即控制步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn); 傳感器組與傳感器 1 都沒有信號(hào)時(shí)，

6、總電源斷電，粉碎機(jī)停止工作。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5 1 系統(tǒng)程序流程香蕉秸稈粉碎機(jī)是一套全自動(dòng)控制工作的設(shè)備，每一步的運(yùn)行都是基于上一步的結(jié)果或者后續(xù)步驟的完成信號(hào)，所以整個(gè)結(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密，前后不可分離。系統(tǒng)的程序流程圖如圖 4 所示。5 2 基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)單片機(jī)的控制電路是結(jié)合反相器 ULN2003A 芯片、與非門 74HC00 芯片以及 STC89C51 芯片的功能構(gòu)成的電路。在控制過程中，傳感器就是開關(guān)，單片機(jī)接收傳感器以及其他芯片發(fā)來的信號(hào)并對(duì)信號(hào)做相應(yīng)的處理。通過此組合系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，得以完成秸稈粉碎機(jī)的運(yùn)算控制操作。為了實(shí)

7、現(xiàn)香蕉秸稈粉碎機(jī)的自動(dòng)控制，單片機(jī)采用控制電路組成的系統(tǒng)進(jìn)行控制。其 I/O 接線順序功能圖如圖 5 和圖 6 所示。轉(zhuǎn)換條件和輸出分別表示如下:X0: 啟動(dòng)開關(guān)?？刂普麄€(gè)電路的電源。X1: 高壓空氣開關(guān)。吹掃臺(tái)面、粉碎桶，保持裝置中無雜物。X2: 光電傳感器 4。檢測原料有無，控制步進(jìn)電機(jī)工作。X3: 高度傳感器 2。檢測秸稈的高度，調(diào)節(jié)閘刀的高度。X4: 光電傳感器 1。檢測閘刀是否恢復(fù)初始位置，控制步進(jìn)電機(jī)工作。X5: 光電傳感器 3。檢測秸稈有無，控制步進(jìn)電機(jī)工作。X6: 獨(dú)立步進(jìn)電機(jī)工作開關(guān)。X7: 傳感器組。檢測粉碎箱秸稈有無，控制步進(jìn)電機(jī)工作; 。X10: 停止開關(guān)。6 結(jié)語本項(xiàng)

8、目基于單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、液壓系統(tǒng)等設(shè)計(jì)，可有效緩解勞動(dòng)力不足、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工人勞動(dòng)舒適性和勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕廢物和廢氣對(duì)人體的危害、提高資源再回收利用率、增加果農(nóng)收益、保證莊園的環(huán)境衛(wèi)生，符合低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的要求。經(jīng)機(jī)器加工后的脫水香蕉秸稈可轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦湍茉?，用作養(yǎng)殖飼料、生產(chǎn)食用菌的基料以及工業(yè)原料。參考文獻(xiàn):1 楊華，許繼宏 香蕉副產(chǎn)品的凈化處理與綜合利用J 云南農(nóng)業(yè)科技，2006( 4) : 62642 吳建明 粉碎節(jié)能理論與輥壓機(jī)J 國外金屬礦選礦，1993( 10) : 36423 郝靜，張凱，趙衛(wèi)兵 錘擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)設(shè)計(jì)J 農(nóng)機(jī)化研究，2009，31( 11) : 1651684 M D 弗拉維爾 碎磨回路的設(shè)計(jì)和裝備M 北京: 冶金工業(yè)出版社，19905 馬少健，陳炳 辰顎式破碎機(jī)破碎物料影響因素的研究C/ /第四