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1.引言
随着科技飞速发展和社会的不断进步,生活处处开始显露出科技的重要作用。可持续发展是当今社会的一个重要课题,而能源节约是其中一个必要组成。要实现能源的节约,电能的节约是必不可少的,其直接途径是实现电器的智能化。使电器能够在完成必要工作情况下使用最少的能源下,智能遥控灯系统正是符合这种潮流的设计。本设计利用单片机作为总控制器,完成数字显示、自动调节及手动调节各种功能,以适应使用者的要求。
2.系统设计与系统功能
2.1 系统设计要求及任务
(1)只选用一个单片机实现所有的自动控制和手动控制功能。
(2)能够使用按键遥控控制LED灯的亮度。
(3)数码管可实时显示当前环境的光照强度。
2.2 设计方案
本设计方案是利用一个ST89S52单片机作为控制器实现所有功能,大大的节约了制作成本。本方案分为三个主要部分,分别是智能调节部分、手动遥控调节部分和数码管显示部分。
智能调节部分:利用光亮采集模块将采集到的数据送给单片机,单片机利用PWM技术调节LED灯的亮度,当外界光照强度变大时LED灯变暗;当外界光照强度变小时LED灯变亮。
手动遥控部分:利用遥控模块通过按下不同按键实现手动调节LED灯亮度的功能。
数码管显示部分:利用单片机在基于一定的物理知识处理光亮度采集模块送来的数据,通过数码管显示出当前环境的光照强度。
2.3 原理介绍
本设计三个部分共分为电源模块、光亮度采集模块、智能灯控制电路模块、红外发射模块、红外接收模块、数码管显示光亮度模块、驱动放大电路模块共7个模块。
(1)电源模块:由USB端口向PCB板供+5V电压(红外发射模块由电池供电)。
(2)光亮度采集模块:该模块将光敏电阻与普通电阻串联接在5V电压下,利用8位模数转换器ADC0804监测光敏电阻两端的电压,并将电压信号转换成数字信号实时的传送给单片机。
(3)智能灯控制电路模块:该模块是基于光亮度采集模块采集到的数据,通过程序使用PWM调光技术实现智能调节光亮度。
(4)红外发射模块:该模块是基于芯片PT2262利用微功率发射模块F05V向红外接受模块发射对应按键的编码。
(5)红外接收模块:该模块是基于解码芯片PT2272利用超再生接收模块J04V接收红外发射模块发射的编码信号并将其解码后送给单片机。
(6)数码显示光亮度模块:该模块是基于单片机通过程序将需要显示的数值数据经过锁存器74HC573送给数码管,数码管显示出具体数值。
(7)驱动放大模块:该模块是利用两个晶体管组成放大电路将单片机输出的电信号放大以更好的驱动LED灯。
其中光照强度的测量原理如下:
把照度测量用的传感器和标准灯放在光轨上,调整标准灯灯丝面和光传感器的测试平面,使两个平面和光轨的水平测量轴线垂直,并且中心点位于轴线上。
固定光传感器位置,揭开光传感器盖子,调节测试平面与标准灯面平行,改变标准灯与光传感器之间的距离,光传感器在多个位置得到不同的照度值,根据光照度平方反比定律(见式1)改变灯丝平面与光传感器间距离,根据距离平方反比定律,多次重复测量结果,经最小二乘法线性拟合,得到所需定标校正照度值。
(1)
式中:
e:测试面的标准照度值,单位为bc;
I:标准灯的发光强度,单位为cd;
r:标准灯的灯丝平面到光探头测试面的距离,单位为m。
2.4 系统功能和作用说明
该系统在上电后光亮度采集模块会及时采集外界环境的光照强度,单片机会输出相应大小的电信号驱动LED灯亮,但外界环境光照强度变化时LED灯也会相应的变亮、变暗。用户也可根据自己的习惯通过键盘调节LED灯的亮度。上述情况下,数码管都能实时的显示外界环境的光照强度。
红外发射模块上有四个功能按键,分别是:“开/关”按键、“转换”按键、“+”按键、“-”按键。
“开/关”按键:按一下后系统进入自动模式,(此时单片机屏蔽光亮度采集模块的数据)再按一下关灯;
“转换”按键:在开灯状态下,按一下由自动模式转换为手动模式;
“+”按键:在手动模式下增强灯光亮度;
“-”按键:在手动模式下减弱灯光亮度。
系统在自动模式下LED灯亮度自动调节,打开电源自动进入自动模式。当自然光较强时LED灯光照变暗,当自然光较暗时LED灯光照增强,使光照范围始终保持适宜的亮度同时达到节约能源的目的。
系统在手动模式下,LED灯亮度手动调节功能,手动按“+”、“-”按键,由红外发射器发射编码信号,红外接收器接收信号处理后输入到单片机,单片机接收信号输出对应占空比的PWM,再通过驱动部分调节LED灯的亮度,数码管显示此时光照亮度。这样使用者可根据的自身需求在允许范围内任意调节灯光亮度。由于灯光亮度变化范围较大,也适用于对灯光亮度有特殊要求的场合,其亮度的可调性省掉了更换灯泡等繁琐的工作。
3.系统硬件设计
本智能光控系统只采用一个单片机实现所有功能,电路简单、成本低共分为:
电源模块(见图2)、光亮度采集模块(见图3)、智能灯控制电路模块(见图4)、红外发射模块(见图5)、红外接收模块(见图6)、数码管显示光亮度模块(见图7)、驱动放大电路模块(见图8)。
该系统是ST89S52单片机为控制器件,以PWM调光技术为核心,自动模块是以8位数模转换芯片ADC0804为核心采集外界环境的光照强度变化,通过机器语言传输给单片机,通过程序实现自动控制。
手动模块采用超再生发射/接收模块F05V/J04V传输红外信号,利用编码/解码芯键盘的控制信号输送给单片机,实现对LED灯的亮度控制。
系统电路结构框图(见图1):
4.系统软件设计
该系统采用STC89S52为控制核心,系统的软件设计也是以PWM调光技术为核心,单片机不断扫描光亮度采集模块的输入端口-P0口和红外遥控模块的数据输入口-P2口;在自动模式下,P0口的数据变化直接控制数码管显示的数值并在LED灯的控制端口输出相应占空比的电信号;在手动模式下,P0口被屏蔽,单片机不断扫描P2口,通过按下不同按键,红外发射模块和红外接收模块将不同按键的编码处理后送到单片机的P2口,单片机通过扫描到得P2口的信号输出对应的控制信号。
程序结构框图(见图9):
5.系统功能测试
5.1 调试仿真
系统的硬件及软件都已经设计完成,然后利用protues进行系统仿真,按照设计要求进行调试,并在调试中不断地发现问题解决问题完善设计。仿真图如图10所示。
图10 仿真图
5.2 实物制作
当仿真效果达到预期要求以后,硬件和软件设计均没有问题,便开始实物制作。首先准备好所有需要的器件和工具,再按照原理图制作PCB板,制作好后根据实际操作情况查找错误不断调整线路以达到预期目标。
6.结论
本次项目设计是基于ST89S52单片机为核心的智能光控灯系统,通过对控制系统所要完成的功能进行分析,从而初步确定构成该系统的模块和每个模块的核心元件,根据这些元件的工作原理完善模块的功能,再将各个模块进行组合连接,完成其硬件图。
智能光控灯的主要功能依靠单片机实现,利用编程软件根据系统的功能要求进行编程并导入单片机中,再进行调试及仿真,成功达到设计期望后作出实物。
该智能光控系统最终能够利用红外遥控传送信号来调控从而实现LED灯的启动和停止以及亮度的手动或自动调节,从而满足用户对灯光亮度的不同需要和节能的目的。
参考文献
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[5]余宏生,吴建设.电子CAD技能实训[M].北京:人民邮电出版社,2006.
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关键词:单片机;车位锁;遥控;误操作
中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)18-0227-03
Design of Remote Control Intelligent Parking Lock Based on Single Chip Microcomputer
SONG Bo,LI Lei,WANG Yu-tao
(Chuzhou University, Chuzhou 239000, China)
Abstract: This paper introduces a remote control intelligent parking space lock which is based on 51 single chip microcomputer. The lock completes transmitting and receiving the remote control signal by using the wireless transceiver module and the coding and decoding chip. And it achieves the purpose of automatic lifting of parking spaces through the single-chip microcomputer effectively deal with the decoded signal to the stepper motor. In order to prevent the faulty operation of the remote control, the lock introduces the ultrasonic module as detection unit to monitor whether there is a car at the top of parking spaces , effectively avoid economic losses of vehicle mechanical parts caused by opening parking lock wrongly when parking above spaces. Compared with the manual parking lock, the lock is more convenient, and has the advantage of preventing the mistake operation of the remote control, and has highly practical value.
Key words: singlechip; parking lock; remote control; error operation
1 背景
近年来,随着人们生活水平的提高和国内汽车价格的下降,汽车逐渐走进了普通家庭,对停车场地的需求也随之增加,停车难、乱停车问题已经成为了社会关注的焦点之一[1],车主为防止自己的停车位被占而选择购买车位锁。但目前,市面上的大多数车位锁为手动车位锁,无论车主进停车位还是出停车位都需要下车打开或者关闭车位锁,不仅耽误时间,具有造成交通拥堵的潜在性,若遇到恶劣天气更糟糕。为解决以上问题,本文设计了一款基于单片机的遥控车位锁装置,车主在接近停车位无需下车的情况下通过手中的遥控器即可操作,相对于市面上已有的遥控车位锁,本装置的创新点在于能够防止人为的遥控器误操作造成的车辆剐蹭,有效解决了传统车位锁操作的不便并弥补了已有遥控车位锁功能不全的缺点,具有一定的经济效益。
2 设计方案
本文设计的无线遥控车位锁,主要是为了方便车主实现锁的上锁(升起)与解锁(下降)。使车主在距离车位一定距离范围内不用上下车,而是利用遥控器控制车位锁内部的步进电动机,通过步进电机的正反转来实现锁的上锁和解锁。本装置主要由发射模块、接收模块和控制模块三部分组成 ,如图1所示。
车主根据需要选择打开或关闭车位锁,只需按下发射模块遥控装置相应的按键,由编码芯片给出开启或闭合的编码信息,经调制放大后由无线模块发射,这就完成了发射模块的功能。车位锁接收模块的无线接收器接收到相应信号,经过滤波放大还原成电信号,送往解码芯片解码,解码后的信号送往单片机,通过程序控制实现控制电机的正反转,通过电机的正反转带动车位锁移动实现锁的开启和闭合。超声波模块通过检测停车位上面有无车,通过电路对解码芯片地址码的更改从而实现对遥控器的屏蔽或者使之有效,以防止遥控器误操作。
3 系统设计
3.1 遥控收发电路设计
本模块由DF数据发射和可再生接收模块,PT2262/2272编解码芯片共同构成。DF数据发射模块的工作频率为315M,采用声表谐振器SAW稳频,频率稳定度极高并采用ASK方式调制,以降低功耗,当数据信号停止时发射电流降为零。PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441组合地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚[2]。从发射芯片PT2262的17脚发出的电信号,含有一整套编码,其中包含地址码、同步码以及数据码。该电信号经过DF数据发射模块调制后发射,经过接收模块的解调发送给PT2272,当信息被PT2272接收后,做2次和地址码的比对,当它们一致后,VT引脚有高电平输出,数据引脚同时输出与PT2262数据端对应电平。
3.2 车位锁升降控制电路
控制电路如图2所示,采用了ATMEL公司的低功耗、高性能8位CMOS单片机AT89S51作为核心微控制器,片内具有4KB的FLASH程序存储器,可系统在线编程,128B的数据存储器,5个中断源,2个中断优先级,可实现两层中断嵌套,具有2个16位可编程定时器/计数器,全双工串口,看门狗电路等丰富的资源[3]。
图中电路中,按钮、电阻、和电容组成系统的上电复位和手动复位电路,晶体振荡器和瓷片电容、构成单片机的外置晶振电路。功能电路中,P1.0-P1.3为步进电机的控制口,通过此IO发送控制器对步进电机的步进脉冲信号[4]。P3.1和P3.2口为单片机的两个外部中断口,PT2272解码后的信号通过此口向单片机申请中断。P0.0口与PT2272的1脚相连,当车位锁上没有车时,此信号输出低电平,从而保证了与PT2262地址码相同可以实现解码,但当车位锁上有车辆时,此引脚输出高电平,使得P2272和PT2262的地址码不相同,无论PT2272接收到了什么控制信号都不会解码,从而实现了对遥控器的屏蔽作用。图中的发光二极管作为指示灯来提示用户当前车位锁的状态。P2.1和P2.2口接超声波模块的信号引脚[5],以实现对车位锁上有无车辆的检测。
4 软件设计
当车主靠近停车位时,车主通过控制手中的遥控器发送解锁信号,信号经过接收解码后送往单片机,根据外部中断请求信号,执行不同的指令,如图5所示。单片机根据超声波信号不断判断车位锁上面是否有车,若有车则屏蔽遥控器,使得遥控器无法工作,以避免误操作,若无车,则遥控器保持有效。在屏蔽遥控器的情况下,若车驶出停车位,则马上恢复遥控器的有效性,车位可以选择通过手中的遥控器上锁,同时在车主忘记上锁的情况下,15s后车位锁自动上锁,以防止停车位被占,如图6流程图所示。
5 结束语
本文提出并设计了一种新型遥控车位锁,以51单片机为主控进行了硬件电路的设计,降低了产品成本,采用无线通信实现遥控信号的收发,引入编解码芯片,重码概率低,通过编解码芯片大大降低了人工编程的效率,缩短了实时反应时间,提高了运行效率同时也使遥控距离更加远,遥控更加准确。超声波实时监测车位锁上有无车辆做好屏蔽遥控器的准备,以防止遥控器误操作,并基于Keil C51进行了程序的实现。该方案的提出不但有效增强了车位锁的使用便利性 ,而且有效减少了车主下车操作车位锁时因车辆占道而造成的出人拥堵。
参考文献:
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[3] 李朝青. 单片机原理及接口技术[M]. 北京: 北京航天航空大学出版社, 2005.
关键词:MEMS;加速度计;陀螺仪;分批估计理论;传感器融合
中图分类号:TN919文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)19-4639-02
Data Processing of MEMS motion sensor in Smart Remote System
LI Lei1, LIU Wei-dong1,2
(1.College of Information Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2.Hisense Electric Co. Ltd, Qingdao 266071, China)
Abstract: In this paper, it's described that data from MEMS accelerator/gyroscope is processed for motion detection, bias-offset update and compensation, sensor fusion and other methods applied in smart remote system.
Key words: MEMS; accelerator; gyroscope; patch estimation theory ; sensor fusion
MEMS惯性器件[7]具有成本低、体积小、功耗低、抗冲击能力强等优点。鉴于MEMS惯性器件广阔的应用领域和精度的不断提升,对于MEMS惯性传感器的研究已经成为各国研究的热点。MEMS加速度计/陀螺仪已经广泛的应用于各类电子消费品中,如手机、空中鼠标、游戏手柄等。与此同时,智能电视的发展对人机交互终端有着越来越高的需求,我们把MEMS加速度计/陀螺仪应用到遥控系统中,这样普通的遥控器就可以作为空中鼠标或体感手柄来使用。
1 MEMS加速度计/陀螺仪在智能遥控系统中的硬件设计
我们将三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计集成到一个传感器小板上,陀螺仪和加速度计之间是通过I2C进行通信的。遥控器端(Remote)的微控制器(MCU)获取陀螺仪和加速度计中的传感器数据,进行数据处理后,将数据按照射频(RF)传输协议传送给主机端的外置接收器(Dongle),外置接收器再对接收到的数据做相应处理,发送给主机端,供上层应用程序使用。
2 MEMS加速度计/陀螺仪数据处理
我们从MEMS加速度计/陀螺仪获取六轴传感器数据,对这些运动数据进行动作检测、偏移量更新、校准、传感器融合等数据处理,然后将处理后的数据传送给外置设备,如运行3D应用程序的第三方操作系统,或者将数据填充到规定的数据包格式中,最终在外置接收器端将数据映射为空中鼠标的X和Y坐标数据,可以实现空中鼠标的功能。数据处理的具体流程如图2所示。
2.1 传感器动作检测
在对传感器数据进行偏移量校准和传感器融合等处理之前,我们需要先判断传感器的运动是否处在工作区域,如果不在,则不对读取到的传感器数据进行下一步处理。
首先,我们将读取到FIFO数据缓存中六轴传感器(三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪)数据进行数据融合。我们采用的数据融合[2]方法是基于分批估计理论的算法 。
所谓分批估计[3]是指将同一时刻处在不同空间位置的多个传感器的检测数据进行分批处理以求得更优的结果。我们对陀螺仪和加速度计输出的数据分别作如下处理[4]:
以加速度计为例,设其输出数据为x1,x2,… ,xn,将数据分成k批,每一批测量数据可记为xp1,xp2,…,xpm,(p=1,2,…,k)。然后分别计算各批测量数据的算术平均值,记为x1,x2,…,xk则
(1)
相应的标准差记为σ1,σ2,…,σk,则
(2)
由于各批测量数据之间没有任何有关测量的统计信息,因此,在此之前测量结果的方差可认为σ_=∞ ,即(σ_)-1=0。由分批估计理论可知,分批估计后得到的数据融合结果为:
(3)
式中:σ+ ――分批估计数据融合结果的方差;H ――测量方程的系数矩阵;R ――测量噪声的协方差;x- ――上次数据融合结果。
再根据参考文献[3]中的数据融合算法公式4可计算得出融合后的加速度计数据。
(4)
然后,我们将计算得到的数据与设定的工作区阈值范围相比较,判断得出传感器的运动是否在工作区。若小于设定的阈值范围,则判断为“不动作”,反之,则进行下一步传感器偏移量更新、校准等处理。对陀螺仪的动作检测与加速度计采用同样的方法,不再赘述。
2.2 传感器数据偏移量更新及偏移量漂移校准
由于MEMS陀螺仪自身的固有特性、温度及积分过程的影响,它会随着工作时间的延长产生漂移误差,我们需要将这些偏移量从陀螺仪的有效数据中去除。偏移量漂移校准[1]的具体步骤如下:
1)我们读取偏移量数据,建立一个3×3的陀螺仪方向矩阵A;
2)获取旋转偏移向量={α1, α2, α3};
3)由公式(5)计算得到旋转偏移向量={b1,b2,b3};
=・A(5)
4)获取前一次的偏移量数据,并将现在计算所得的偏移量与之前的偏移量数据累加求和;
5)最后,将偏移量累加求和所得的数据从陀螺仪的有效数据中减去。
传感器的偏移量是实时更新的,我们不断读取这部分偏移量来对传感器数据进行校正,从而确保数据的准确有效。
2.2 传感器融合
传感器融合是一种将从多个信号源处获取的信号整合到一起的方法。通过传感器融合可以将从不同信号源处获取的信息整合成一个单一的信号或信息。单独的陀螺仪或者加速度计数据不能准确有效的表明方向或姿态。陀螺仪能够提供瞬间的动态角度变化,但是由于其自身的固有特性、温度及积分过程的影响,它会随着工作时间的延长产生漂移误差。加速度计能够提供静态的角度,但是容易受到噪声的干扰,使数据变化较大。为了克服这些问题,我们选用的芯片是利用卡尔曼滤波来对信号进行数据融合的[1,6]。
假设要估算k时刻的实际角度值。首先要根据k-1时刻的角度值来预测k时刻的角度。根据预测得到的k时刻的角度值得到该时刻的高斯噪声的方差,然后卡尔曼滤波器不断的进行方差递归,从而估算出最优的角度值。通过模型与测量的噪声矩阵Q与R,对卡尔曼滤波进行校正。Q与R矩阵[8]的形式如下:
在实际的计算过程中,设定q_inc=0.001;q_gyro=0.0015;r_meas=0.001。
同时卡尔曼增益K会随不同的时刻而改变,以满足在状态估计时对信息加权。并且K的取值与Q/R的比值大小有相同的趋势,即Q/R大,K也大,通过K值的大小,确定对于预测值和测量值的可信度,同时估算k时刻的最优角度偏差。最终得到k时刻的最优角度值。其递推公式如下:
(6)
式中Фk,k-1为转移矩阵,K为卡尔曼增益,Ck为量测矩阵,且初始值0=0|0。
将陀螺仪和加速度计传感器数据融合之后,要按照设定的旋转数据包格式填充到数据包中,如旋转矩阵、四元数矩阵、欧拉角、线性数据、角度数据等。将填充好的数据打包发送后,可在主机端通过外置接收器将相应的数据映射为鼠标的X轴和Y轴坐标数据,从而实现空中鼠标的功能。也可以将处理后的数据直接发送给上层应用程序使用,如游戏应用程序。
3 结论
本文从MEMS加速度计/陀螺仪在智能遥控系统中的硬件设计、传感器数据的算法处理等多方面阐述了MEMS惯性传感器数据在智能遥控系统中的处理和应用。通过反复试验论证,我们的惯性传感器应用于对精度、灵敏度要求较高的3D体感游戏中还存在着测量灵敏度不够高的问题,若要有效的解决这一问题,可以通过增加一个三轴的地磁感应计来实现,即建立一个九轴的惯性传感器系统。在今后的研发工作中,我们将重点解决灵敏度和测量范围等一系列问题。
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在我国,温室的卷膜和放膜仍然主要靠人工手动操作完成的。当温室的面积很大或者温室较多时,采用手动卷膜方式势必加大劳动强度。于是,温室电动卷膜器出现了,其通过电机运转带动卷膜轴转动,使得塑料膜被卷膜轴一层一层地卷起,极大地提高了生产效率,降低了劳动强度。
目前,常用的电动卷膜器一般采用220V交流电,配备电源和减速电机,输出扭矩大,卷放膜的质量也很大。其缺点是卷膜和放膜工作不够平稳,控制也不太方便。但是,这种卷膜器只能通过按键或开关控制。并且,卷膜器启动时,必须有人守在电源和控制器旁。如果控制器安装的位置不合适,操作者往往看不见室外卷膜的动作情况。实际生产中,为了防水,其控制器往往安放在温室的两端,如此一来,操作者就无法直观地看到卷膜的状态。另外,常用电动卷膜器采用了电机和其他机械结构,成本也较大。
系统设计
本系统的组成
温室卷膜器遥控系统主要由电源变换模块、遥控收发模块、电机控制模块、转换按键,以及电机和其他机械部分组成。系统框图如图1。
卷膜器控制系统采用了密封封装,除电机外,电源部分和整个控制系统全部封装在防潮的控制盒子内,电机与控制盒之间采用防水接头连接。防水接头可以有效地避免电缆被拖曳时,外力对内部控制系统的影响,从而保证控制系统安全有效地运行。控制盒盖沿结合处设有密封垫圈,盖紧后可使盒子内部与外界隔离,防止水的渗透,从而起到防水防潮的作用。
控制盒的电源直接采用220V交流电,通过电源模块将交流电直接转化为24V直流电。电源模块输出电压可以微调,基准可上调达4V。电源部分设计了短路保护电路,当发生短路故障时,其指示灯将会由绿色变为黄色,从而有效地保护控制系统。电源开关采用了带LED指示灯的拨动开关,如果开关接通,指示灯会亮起来,显示电源接通。开关全密封,防水效果良好。
控制盒上安装了2个转换开关,一个作为模式切换开关,另一个作为电机正反转控制按钮。转换开关为双刀双掷开关,模式切换开关为两位控制,设置遥控和手动两档,默认为手动档;电机正反转控制按钮是三位控制,设置卷膜、停止和放膜三档,默认为停止档。
系统功能的实现
本系统关键是实现使用遥控器控制卷膜和放膜作业。无线收发模块采用PT2262和PT2272开发,遥控距离可达100m。芯片带有锁存功能,即只要收到遥控器发出的信号,即将该信号对应的编码输出,I/O口状态维持不变,直到遥控器发出新的指令。
当使用手动控制时,遥控器将不起作用,电机将与继电器控制脱开,连接到控制面板上的正反转控制开关。拨动按钮就可以控制卷膜器的控制状态,向上拨,电机正转,卷膜器卷膜:向下拨,电机两侧的电源正负极会交换,电机反转,卷膜器放膜;在中间位置时,电机处于悬空状态,电机不会有任何动作。
当模式切换开关拨到下位时,电机将与继电器控制连接,卷膜器使用遥控器控制。按下遥控器任何一个键,无线接收模块上的指示灯都会闪烁,表示接收成功。表1为遥控状态对应表。
对电机的控制部分,设有继电器继电保护电路,两个继电器互锁,保证任何时候只有一个继电器可以接通或者全部闭合,避免两个继电器全部接通发生短路故障。
电源转换模块将交流电转换为24V直流电,为直流电机提供工作电源。电机采用24V直流供电,电源模块输出电压可以微调,从而微调转速;相对于直接交流供电,安全性更高。电机控制电路接人了限位开关,当放膜或卷膜到尽头时,限位开关会动作,电机停止转动,避免破坏塑料膜。
采用LM318稳压芯片将24V转为5V,为单片机系统提供5V电源。LM318为高精度电源稳压芯片,其输出电压取决于调节电阻和基准电阻,电阻必须采用精密电阻,否则影响稳压精度。另外,为避免电压的波动,在输入端和输出接入电容,根据本系统电路的特点,输入端电容为1μF,输出端电容为0.1μF,保证输出稳定。控制器采用89S52单片机,复位电路提供上电自动复位和人工复位。
系统特色
本系统能十分方便地控制温室卷放膜作业,在保留了传统的手动控制功能的基础上,新增了遥控控制。两种模式之间可以随时相互切换,方便控制。图2为系统主机实物,可将主机放于温室中,手持遥控器作业非常方便。
系统默认为手动控制,通过拨动系统设定的按钮可控制电机的正转、停止和反转:当切换到遥控方式时,通过遥控器上的控制键,实现温室的卷膜和放膜,免于工作人员手工实时控制和留守在控制器旁。而且,这两种模式之间可以相互切换,既方便控制,又能使工作人员在远离温室时,全景观察卷膜放膜状况。卷膜器运行过程中,可以随时控制启停,显著提高了工作效率。
另外,采用了锐进直流减速电机,运行平稳,断电后自锁,不再惯性动作,控制可靠;限位开关会串入电机控制电路,避免破坏塑料膜。
应用
该系统在国家精准农业示范基地进行了实验和应用,对蔬菜大棚的塑料膜进行了卷膜和放膜作业。实践表明,本系统卷膜和放膜工作平稳,可以随时控制工作状态,可靠性高。相比于传统的手动卷膜,明显地减轻了劳动强度,提高了生产效率。通过遥控控制卷膜和放膜,使得人可以在有效范围的任意位置进行控制,突破了位置的局限,并可以直观观测运行状态,使得温室的卷放膜工作更加轻松自如。
在模式切换时,最好确保电机停止运转。电机在转动时不要控制使之马上反转,应使之先停一段时间,再反转,这样可以有效地保护电机。
展望
电动卷膜器应用效果好,节本增效显著,深受菜农欢迎,推广前景广阔。据调查,在我国现有的塑膜大棚中,有相当一部分适宜安装遥控电动卷膜机,随着新棚的建设和旧棚改造速度的加快,数量还要继续增大,遥控卷膜机也将占有越来越大的市场份额。
据实地试验,一个70m长的温室,人工卷放一次需要2h,而电动卷放一次仅需用10min,每个温室每天卷放一次可节省0.3个人工日。每年平均每个温室卷放膜的天数约220天,每个温室每年电动卷膜比人工卷膜可以节省66个人工日。这样应用的高效遥控卷膜机,大大地减轻了劳动强度,降低了生产成本。
另外,由于遥控电动卷膜比人工卷膜缩短了作业时间,能够做到适时卷放,这样就相对延长了光照时间,增加了室内积温。在同等条件下,间接提高了蔬菜的产量和品质。