基于MSP430F149的水稻插秧機水平智能控制系統(tǒng)

摘要：以超低功耗微處理器MSP430F149為核心，設(shè)計一種水稻插秧機的水平智能控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)實現(xiàn)對插植部位置的實時、有效控制，保證插植部的傾角范圍控制在±4°以內(nèi)。介紹了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、軟硬件設(shè)計及結(jié)果分析。實驗證明該控制系統(tǒng)可靠性高、移植能力強，可控制的角度范圍在±45°以內(nèi)，可方便應(yīng)用于各種智能控制插秧機。
關(guān)鍵詞：MSP4310F149；插秧機；水平控制；智能控制；農(nóng)業(yè)機械

隨著我國農(nóng)業(yè)機械化、智能化的發(fā)展，對農(nóng)業(yè)機械的要求越來越高。傳統(tǒng)的插秧機工作時，插秧深度位于同一水平面，當遇到田地低陷時，秧苗的入土深度就會減少，反之，當田土抬高時，秧苗的入土深度就會增加，在一定程度上會影響秧苗的存活率。因此需要一個控制系統(tǒng)，使插秧機的機身相對支撐的高度隨田地的起伏做相應(yīng)調(diào)整，控制插秧臂的工作高度，使秧苗的根部進入泥土的深度基本保持一致。為此，這里設(shè)計了一種基于MSP430F149單片機的水稻插秧機水平智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在插秧機工作過程中實時調(diào)整控制插植部的水平高度，即使行走傾斜，但依靠傾斜角度傳感器感應(yīng)也能夠保持插植部的水平。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計
該系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是保證水稻插秧機在工作過程中的插秧質(zhì)量。在插秧機行走過程中，當插植部偏離水平位置，傾斜角傳感器感應(yīng)后，信息以模擬信號形式發(fā)送給單片機，單片機會根據(jù)偏離程度，向電機控制器發(fā)送命令，來控制水平調(diào)整電機實現(xiàn)復(fù)位調(diào)整，使插植部保持水平，保證插秧質(zhì)量。該控制系統(tǒng)主要由傾斜角度傳感器、單片機MSP430F149系統(tǒng)、控制器、執(zhí)行電機等4部分構(gòu)成。圖l為系統(tǒng)整體設(shè)計框圖。

單片機MSP430F149作為核心部件，具有片內(nèi)集成的12位A／D轉(zhuǎn)換模塊，將傾斜角度傳感器所測得的插植部水平角度信號送入MSP430F149進行A／D轉(zhuǎn)換、處理和存儲并通過RS232通訊接口發(fā)送相應(yīng)的控制命令。傾斜角度傳感器要盡量安裝在使其敏感軸與插秧部的旋轉(zhuǎn)軸垂直，以保證傳感器工作在最佳的狀態(tài)。其測量范圍為±45°，輸入直流電壓8～24 V，輸出直流電壓0～5V，水平位置為基準參考位置，基準輸出電壓為2．5V。輸出電壓與測量角度的變化是標準的線性關(guān)系，即每1°的變化將引起直流輸出電壓56 mV的變化。
控制器采用高達32位的硬件PID器件，能完美實現(xiàn)對直流電機的位置與速度控制，其所有的配置參數(shù)(驅(qū)動模式、輸入／輸出設(shè)置等)及濾波參數(shù)都可以通過RS232口輸入并保存在運動控制器的內(nèi)置存儲器(EEPROM)中，易于編程，同時該控制器還具備體積小巧，易于安裝，連接靈活等顯著特點。電機采用RE40系列直流電機，是一種高質(zhì)量的驅(qū)動元件，它裝有高性能的稀土磁鋼，專利的空芯杯轉(zhuǎn)子是電機的核心，這使得電機具備小體積、低慣量的顯著特性，電機額定轉(zhuǎn)速能達到6930 r／min，額定扭矩為0．17 N?m，借助于精密的齒輪箱，可獲得更寬的轉(zhuǎn)矩范圍，外置HEDL5540編碼器，編碼器分辨率是500線。由于電機安裝位置有限，減速電機部分采用的是渦輪蝸桿減速電機，減速比為50：1，這樣電機扭矩可放大至8.5 N?m，完全能夠帶動插植部。