棉花打顶机自动控制系统的制作方法 [0002]棉花打顶作业是棉花田间管理中重要的生产活动，也是棉花生产中提高棉铃数量、增产增效的重要手段。棉花打顶存在着作业期短的问题，由于棉花种植存在密度大、枝叶多、冠层高度不均等问题，给机械打顶带来极大的困难，因此目前仍采用人工打顶的方式。随着劳动力缺乏和劳动成本的增长，在棉花打顶时节造成棉花打顶不及时、打顶劳动强度大等现象。目前，研宄开发的棉花打顶机主要存在棉花冠层高度测量误差较大、机器响应速度慢等问题，工作过程中容易造成棉花顶芽过打、漏打现象，使得棉花产量大幅下降。为提高棉花打顶机的工作效率和打顶质量、解决棉花打顶劳动力缺乏的问题，提出一种棉花打顶机的自动控制系统。 [0003]本实用新型采用红外线发射器和红外线接收器通过竖直排列的方式，通过冠层高度数据处理系统检测棉花的冠层高度，由棉花冠层高度数据处理系统将检测数据进行滤波、调制、比较分析后，将比较分析的结果输入传动电机控制系统及打顶电机控制系统，驱动棉花打顶机的执行机构，使棉花打顶机构实时准确地到达打顶位置。
[0004]针对目前棉花打顶存在成本高、用工量大和机械打顶过打、漏打等问题，提出一种棉花打顶机的自动控制系统，能够根据棉花冠层高度实时精确地控制棉花打顶机构的打顶位置。 [0005]本实用新型解决其技术问题所采用的方案是:棉花打顶机自动控制系统由红外线传感器接收端、红外线传感器发射端、滤光片、冠层高度数据处理系统、传动电机控制系统、打顶电机控制系统、上位微动开关、下位微动开关、拉线编码器、旋转编码器、蓄电池、打顶执行机构等构成。红外线传感器接收端和红外线传感器发射端与冠层高度数据处理系统分别连接，传动电机控制系统、上位微动开关、下位微动开关、拉线编码器、旋转编码器与冠层高度数据处理系统连接，传动电机控制系统与打顶电机控制系统连接，打顶电机控制系统分别与打顶执行机构连接，蓄电池与冠层高度数据处理系统、传动电机控制系统、打顶电机控制系统、打顶执行机构连接。棉花打顶机在棉田中行进时，冠层高度数据处理系统通过对红外线接收端进行不断扫描，检测棉花冠层的高度。传动电机控制系统和打顶电机控制系统根据冠层高度数据处理系统检测的棉花冠层高度和目标打顶高度分别进行转动方向及转速的控制，实现打顶执行机构位置的精确控制，达到棉花准确打顶的目的。
[0006]红外线传感器的接收端前方安装有滤光片，红外线传感器的发射端和红外线传感器接收端竖直排布，成对安装，一一对应，并分别与棉花冠层高度数据处理系统连接。棉花打顶机工作中，红外线传感器发射端发射的红外线通过滤光片的滤光作用后由红外线传感器接收端接收信号，棉花冠层高度数据处理系统通过扫描红外线传感器接收端的状态后，根据红外线传感器接收端接和红外线传感器发射端的安装高度确定棉花冠层的高度。
[0007]拉线编码器的拉线一端与打顶执行机构连接，另一端安装在固定位置，拉线编码器的信号线与传动电机控制系统连接；上位微动开关和下位微动开关安装在打顶执行机构运动的上极限位置和下极限位置，上位微动开关和下位微动开关的信号线分别与传动电机控制系统连接。工作过程中拉线编码器拉出的长度为打顶执行机构移动的实际距离，通过拉线编码器实时向传动电机控制系统反馈打顶执行机构的实际位置，实现打顶执行机构运动距离PID控制，使打顶执行机构的位置精确可控。打顶执行机构运动至上极限位置时，触动上位微动开关，上位微动开关将信号传送给传动电机控制系统，传动电机控制系统输出反转信号，使打顶执行机构反向运动。打顶执行机构运动至下极限位置时，触动下位微动开关，下位微动开关将信号传送给传动电机控制系统，传动电机控制系统输出反转信号，使打顶执行机构反向运动。
[0008]旋转编码器安装在棉花打顶机的行走轮上，旋转编码器与冠层高度数据处理系统连接。工作过程中，旋转编码器输出的脉冲输入冠层高度数据处理系统接口，冠层高度数据处理系统依据旋转编码器输出的脉冲，计算棉花打顶机的行走距离，进行棉花冠层平均高度的分析测算；通过对冠层高度的测算控制打顶执行机构动作的频率。




[0009]图为本实用新型棉花打顶机自动控制系统各模块连接示意图。


[0010]在图所示实施例中，棉花打顶机自动控制系统由红外线传感器接收端、红外线传感器发射端、滤光片、冠层高度数据处理系统、传动电机控制系统、打顶电机控制系统、上位微动开关、下位微动开关、拉线编码器、旋转编码器、蓄电池、打顶执行机构等构成。棉花打顶机自动控制系统开启后，蓄电池提供为红外线发射器提供电能，红外线发射端向外发射红外线，未经棉花冠层遮挡的红外线接收端接受到信号，棉花冠层遮挡的红外线接收端无法接受到信号。棉花冠层高度数据处理系统通过扫描红外线接收端，比较分析后计算出棉花冠层实际高度。若实时监测的棉花冠层高度低于棉花冠层高度数据处理系统设定的目标打顶高度时，棉花冠层高度数据处理系统不对传动电机控制系统传递任何信号，使打顶执行机构和打顶电机控制系统保持现有工作状态；若实时监测的棉花冠层高度高于棉花冠层高度数据处理系统设定的目标打顶高度时，棉花冠层高度数据处理系统根据拉线编码器确定打顶执行机构的实际位置确定传动电机控制系统的控制方式。若打顶执行机构位置高于目标打顶高度，传动电机控制系统输出正向转动量和转动速度，大小由目前打顶执行机构位置及运动速度决定，打顶机构在打顶电机控制系统的控制作用下实现棉花顶芽的去除；相反若打顶执行机构位置低于目标打顶高度，传动电机控制系统输出反向转动量和转动速度，大小由目前打顶执行机构位置及运动速度决定，打顶机构在打顶电机控制系统的控制作用下实现棉花顶芽的去除。打顶机构的转速由打顶电机控制系统根据传动电机控制系统的信号确定。棉花打顶机自动控制系统通过实时检测棉花冠层高度，实现执行机构位置的准确控制，达到了棉花的精确打顶。