文学赏析

适用于温室蔬菜播种机的激光走直系统研究,农业机械化论文

  0引言  目前,我国已经成为温室蔬菜种植大国,温室蔬菜种植面积已占到全世界种植面积的80%以上,主要分布在山东、河北、北京、东北三省等地.2012年中央一号文件与全国农业机械化发展第十二个五年规划强调,实现精准农业,加快发展现代设施农业,提高设施农业装备智能化、自动化水平[1].蔬菜准直播种技术具有节省种子、减少间苗用工量、出苗齐整、群体结构合理、成熟期一致等特点,便于一次收获,并能提高蔬菜产量和质量,可避免由于人工操作播种机播种不精直给机械化收割带来弊端.目前,种植主要是通过人工画线和起垄的方式来保证播种精直,生产效率低,劳动强度大.  因此,研究开发一种适用于温室蔬菜播种机的激光走直系统,可实现播种过程自动走直,减少人工劳动量,同时可以大幅度降低农业生产成本,提高设施农业土地利用率,在我国设施农业中具有广阔的市场前景.  1主体结构及激光走直原理  主体结构  温室蔬菜播种机激光走直系统主要由激光发射装置、激光接收器、转向执行机构和电子控制部分组成,如图1所示.    激光走直原理  在大棚中安置激光发射器,工作时输出激光垂直面,为蔬菜播种机提供导向信号,蔬菜播种机上的两个直流电推杆协同工作.播种机前端的激光接收器为蔬菜播种机提供直线行走、左转、右转输入信号.  当激光导引信号照射在接收器正中时,左右两电推杆不运动,蔬菜播种机沿激光导引信号直行;当信号照射在接收器左侧时,说明小车偏右,控制器同时控制右电推杆伸长和左电推杆收缩,小车左转,直到导引信号回到正中;当导引信号照射在接收器右侧,说明小车偏左,控制器同时控制右电推杆收缩和左电推杆伸长,小车右转,直到激光信号回到接收器中间位置,实现蔬菜播种机沿激光导向信号直线行走.  2关键部件的设计  转向执行机构  前轮转向执行机构如图2所示.整个转向执行机构由前转向轮转轴、前转向轮、转向轮支架和左右电推杆组成,电推杆与转向轮支架和电推杆支架通过铰链链接.转向时,左右电推杆协同工作:当向右转时,左电推杆伸长,右电推杆收缩,实现右转;当向左转时,左电推杆收缩,右电推杆伸长,实现左转.    激光发射器  激光发射器是一种由干电池供电的激光束发生装置,由半导体激光器、光学准直压缩系统、旋转平台和水平校正系统组成.半导体激光器经过激励产生可视、低功率的激光束.常见的激光发射器产生的激光束是波长在630~680nm范围内的红光.由于激光束发散角较大,采用了光学准直压缩系统,进行激光束准直和发散角压缩.经过准直压缩后,激光束垂直入射旋转平台上的五棱镜,五棱镜使激光束转向90后出射,旋转平台通过由水平校正系统控制的电机拖动可以实现旋转.水平校正系统利用重锤原理判断激光发射器的水平状态:当激光发射器水平状态符合工作要求时,水平校正系统发出信号使电机和激光器工作,实现激光束扫射.  经过对比国内外多种激光发射器的主要性能指标、价格等因素,选择了国产福田激光水平仪EK-155AP(如图3所示)作为激光控制系统的激光信号源.此激光信号发射器能够发射水平激光线和垂直线,采用自动调平方式,给校准工作提供精确的水平和垂直基准,操作简单,可全天候工作,用途广泛.红光波段波长635nm,自动安平范围±,工作半径在50m以上,精度±1mm/5m.    激光接收器  激光接收器是激光控制系统的一个重要组成部分.激光发射器在作业时发射垂直光束,形成一个垂直激光束基准面;激光接收器作为一座连接激光发射器与控制器的桥梁,实时接收微弱低频的激光束信号,经过处理,传送位置偏差信号给控制器.  激光接收器的设计关键在于光电传感器,适用于激光接收的光电传感器主要有光电二极管、光电三极管和光电池等.3种光电传感器的性能比较如表1所示.经比较,本系统选择光电池作为光电传感器.    硅光电池的排列方法:将两片硅光电池(20mm10mm)水平横向排列放置.激光接收器如图4所示,输出3个状态为:左硅光电池接收信号、右硅光电池接收信号、两片硅光电池同时接收信号.。

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