本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，尤其涉及一種株間電驅(qū)鋤草控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的除草方式有人工除草和化學藥劑除草。人工除草勞動強度大、耗時費力以及作業(yè)效率低；化學藥劑除草容易造成環(huán)境污染和農(nóng)產(chǎn)品藥劑殘留，從而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和人類飲食健康。因此，田間機械鋤草具有重要的研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。
按照雜草在田間相對作物的生長位置區(qū)分，機械鋤草可分為行間鋤草和株間鋤草。常見的中耕鋤草多為行間鋤草，而株間鋤草是目前的研究難點和熱點。魏兆凱等設(shè)計了一種大豆苗間除草松土機。張朋舉，陳樹人等設(shè)計了一種八爪式機械株間除草裝置和基于LabVIEW 的控制系統(tǒng)。試驗顯示平均株距在30cm 以上的作物傷苗率控制在10%以內(nèi)，株間間隙覆蓋率達到50%以上。張春龍等設(shè)計了三指手爪鋤草機械手，三指公轉(zhuǎn)，其中一指為活動手指可同時自轉(zhuǎn)，苗間鋤草仿真試驗結(jié)果顯示除草率達90%以上。胡煉等研制了基于爪齒余擺運動的株間機械除草裝置，室內(nèi)試驗傷苗率小于8%，能夠滿足株距20cm 及以上栽種的作物株間除草要求。Athanasios P.Dedousis 等概述了圓盤鋤刀的發(fā)展、并對其進行設(shè)計與計算。大田試驗結(jié)果表明：分別在作物移栽后16、23 和33 后以1.8km/h 的速度進行機械鋤草，株間除草率為87%以上，且機械鋤草費用大大低于人工鋤草費用。M.N?rremark等人設(shè)計并優(yōu)化了一種基于實時動態(tài)全球定位系統(tǒng)（RTKGPS）的自走式無人駕駛株間鋤草系統(tǒng)。用塑料棒模擬作物進行場地試驗，結(jié)果表明：在不傷苗的情況下最高前進速度為0.52m/s；前進速度為.31/s 時橫向偏差為±16mm，前進速度為.31/s 時橫向偏差為±22mm。M.J.O’Dogherty，N.D.Tillet 等介紹了一個數(shù)學模型用于優(yōu)化設(shè)計圓盤鋤刀，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于機器視覺導(dǎo)航的行間和株間鋤草一體化機械，在移栽甘藍田間試驗結(jié)果顯示除草率為62~87%。比較大田種植，溫室大棚種植具有空間狹小、環(huán)境密閉等特點，因此對溫室大棚內(nèi)作業(yè)機械的能耗、噪聲及污染等提出了更高的要求，電驅(qū)鋤草機械的發(fā)展應(yīng)運而生。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對溫室大棚種植空間狹小、環(huán)境密閉等特點，設(shè)計了一種株間電驅(qū)鋤草控制系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
株間電驅(qū)鋤草控制系統(tǒng)由刀苗距信息獲取模塊、速度信息獲取模塊、運動執(zhí)行單元及電動機角度歸零模塊組成。刀苗距信息獲取模塊由攝像機實時動態(tài)獲取田間苗草圖像并輸入PC機進行圖像處理得出刀苗距信息。速度信息獲取模塊通過安裝在測速地輪軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器對前進速度進行實時測量。運行執(zhí)行單元由驅(qū)動器與電動機組成，電動機帶動圓盤鋤刀運動。本設(shè)計中涉及三個相互獨立的運行執(zhí)行單元的控制。電動機角度歸零模塊采用霍爾傳感器信號輸入相應(yīng)驅(qū)動器并使電動機轉(zhuǎn)角歸零。核心理器實時獲取刀苗距信息、速度信息及電動機轉(zhuǎn)角信息，通過控制算法計算出實時轉(zhuǎn)速信息并輸入驅(qū)動器控制電動機轉(zhuǎn)動。
所述的控制系統(tǒng)采用MC9S12DG128單片機作為主控芯片。
所述的旋轉(zhuǎn)編碼器選用增量式， 型號為RI30-O/1000AR·34KB。該傳感器輸入電壓為5VDC，分辨率為1000CPR，相位差90°雙通道輸出。
所述的霍爾傳感器選用NPN常開型，型號為JK5002C。該傳感器輸入電壓為5VDC，未檢測到磁鐵時呈高電平，檢測到磁鐵時呈低電平。
所述的直流無刷伺服電動機采用型號為SLD48-12-E3-N3-1LN。供電電壓48VDC；額定電流12A；額定扭矩1.1N2m；額定轉(zhuǎn)速3000r/min；允許三倍過載，允許連續(xù)過載2min。
所述的驅(qū)動器根據(jù)電動機選取MOTECαMLD系列驅(qū)動器，適用于驅(qū)動大功率直流無刷伺服電動機。供電電壓 18~160VDC；最大連續(xù)電流達30A；具有位置控制模式、速度控制模式和電流（轉(zhuǎn)矩）控制模式；支持RS232、RS485和CAN總線通信，3種總線均可多驅(qū)動器組網(wǎng)控制；具有溫度保護，過流、過壓、欠壓保護等功能，可靠性高。
本發(fā)明的有益效果是：
電驅(qū)株間鋤草控制系統(tǒng)設(shè)計為電驅(qū)鋤草機械的設(shè)計與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，更好地滿足溫室大棚內(nèi)作業(yè)環(huán)境的需求?；鵐C9S12DG128單片機、直流伺服電動機及多傳感器融合，設(shè)計一種圓盤鋤刀株間鋤草控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過實時控制三把鋤刀株間轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角實現(xiàn)株間鋤草和避苗。通過拖拉機前懸掛連接鋤草機械，溫室大棚內(nèi)電驅(qū)株間鋤草試驗表明，拖拉機前進速度約為1.2km/h時，鋤草傷苗率小于10%。。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖1所示，株間電驅(qū)鋤草控制系統(tǒng)由刀苗距信息獲取模塊、速度信息獲取模塊、運動執(zhí)行單元及電動機角度歸零模塊組成。刀苗距信息獲取模塊由攝像機實時動態(tài)獲取田間苗草圖像并輸入PC機進行圖像處理得出刀苗距信息。速度信息獲取模塊通過安裝在測速地輪軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器對前進速度進行實時測量。運行執(zhí)行單元由驅(qū)動器與電動機組成，電動機帶動圓盤鋤刀運動。本設(shè)計中涉及三個相互獨立的運行執(zhí)行單元的控制。電動機角度歸零模塊采用霍爾傳感器信號輸入相應(yīng)驅(qū)動器并使電動機轉(zhuǎn)角歸零。核心理器實時獲取刀苗距信息、速度信息及電動機轉(zhuǎn)角信息，通過控制算法計算出實時轉(zhuǎn)速信息并輸入驅(qū)動器控制電動機轉(zhuǎn)動。
工作時，鋤草機械向前運動，搭載在鋤草機械上的視覺系統(tǒng)動態(tài)采集圖像并輸入PC 機，PC機進行圖像處理后輸出刀苗距信息到鋤刀控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)融合霍爾傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入信息，實時輸出轉(zhuǎn)速信息給電動機。圓盤鋤刀一側(cè)開有一定角度的豁口，工作時，鋤刀向前運動的同時繞電動機軸旋轉(zhuǎn)，完成切割、鏟除雜草動作。鋤刀控制系統(tǒng)實時輸出轉(zhuǎn)速信息到電動機，達到對電動機不同位置的轉(zhuǎn)角控制。使得在相鄰兩株苗間，鋤刀剛好轉(zhuǎn)動一圈，同時當鋤刀處于苗位置時豁口剛好對齊苗，完成避免動作。