机电一体化设计说明书

1、VP6洋马高速骑乘式插秧机插秧深度调节系统设计一、引言：种植深度调节系统研究的目的和意义水稻机械化插秧技术是水稻机械化生产过程中不可缺少的关键环节。不仅改变了千百年来农民“背朝黄土，弯腰千百年”的人工插秧方式。生产的重要组成部分的革命。当前，水稻生产机械化发展已成为我国农业机械化发展的难点、热点和亮点。实践证明，水稻育秧机械化技术的实施具有5大优势：一是稳产高产。能保证株距、行距、种植深度一致，满足每公顷出苗数的要求；可实现浅移栽，第一个分蘖节都在表面，提高了分蘖率，增加了产量。二是节省人工和成本。可节省种子、农药、化肥、人工；可培育壮苗，保证机插质量。三是避灾增效。四、大大降低劳动强度。可以

2、将广大农民从繁重的体力劳动中解放出来，从事二、三产业。五是保苗，提高粮田利用率。机插质量是水稻高产稳产的关键。为避免出现漏植、伤苗、浮苗等现象，机械移栽在保证移栽深度的一致性方面尤为重要（以苗土层上表面为基准，一般移栽深度为0 -10 毫米）。基于此目的，本课题组设计了VP6洋马高速骑乘式插秧机插秧深度调节系统。2. VP6机身自带种植深度调节系统如图 1-1 所示，VP6 机身上装有育苗深度调节装置。一般工作原理是：种植部分下端的浮舟4感应水田的软硬产生上下方向的位移，感应线与之相连。 3（力感应线）这个位移的变化转化为液压控制系统的控制阀1的启闭大小的变化，从而改变液压系统，最后控制液压缸

3、调节高度整个种植第5部分，并实现了改变。苗木种植深度的目的。车身自带的控制系统虽然达到了控制播种深度的目的，但在响应速度上，钢丝连接的力传导系统远不如电子传感系统灵敏；在精度方面，机器长时间使用后，机械装置的疲劳现象也是系统本身灵敏度的明显下降。基于此，我们计划设计电子传感器代替传力线，通过电路控制液压控制阀的开启和关闭，以达到预期的目的。3、改进种植深度调节系统的设计1.方案展示方案一：在参考原机构的基础上，初步选择机械传感装置。它最大的特点是简单易实现。该方案如图 3-1 所示。动触头2随浮舟1上下移动，分别与静触头3或4相连，控制电磁阀6阀芯左右移动，打开不同的液压。循环达到控制目的。方

4、案二：使用PSD位置敏感探测器红外三角原理传感器。 Position Sensitive Detector PSD（位置敏感器件）是一种半导体器件。它是一种对入射光斑在其感光面上的重心位置敏感的光电器件。即当入射光斑落在器件感光面的不同位置时，PSD会相应地输出不同的电信号。通过处理输出的电信号，可以确定入射光斑在PSD中的位置。入射光的强度和大小与PSD的位置输出信号无关。 PSD的位置输出只与入射光的“重心”位置有关。 PSD的主要特点是位置分辨率高、响应速度快、光谱响应范围宽、可靠性高、处理电路简单、感光面上无盲区、可同时检测该位置的光强。测量结果与光斑大小和形状无关。由于其独特的性能，

5、可以获得目标位置的连续变化信号，越来越广泛地应用于位置、位移、距离、角度及其相关量的检测。选项 3：使用涡流位移传感器。涡流传感器能够以非接触、高线性、高精度、高分辨率的静态和动态方式测量被测金属导体表面与探头表面之间的相对位移变化。它是一种非接触式线性化计量工具。在高速旋转机械和往复机械的状态分析、振动研究、分析和测量中，可以连续、准确地采集转子振动状态的各种参数，用于非接触式高精度振动和位移信号。如轴的径向振动、振幅和轴向位置。在所有与机器状态相关的故障征兆中，机械振动测量是最权威的，因为它包含幅度、相位和频率信息。机械振动测量具有优势的另一个原因是它反映了对机械的所有损坏并且易于测量。从

6、转子动力学和轴承科学的理论分析来看，大型旋转机械的运动状态主要取决于其核心转轴，而涡流传感器可以直接测量转轴非接触状态，如转子不平衡、不对中，如轴承磨损、轴裂纹和摩擦发生等机械问题的早期识别提供了关键信息。此外，涡流位移传感器还有以下两点：涡流传感器可以准确测量被测物体（必须是金属导体）与探头端面的相对位置。2、方案对比方案一虽然机制简单，易于实现，但存在较大误差。另外，农机本身的振动和工作环境都比较差。机器工作一定时间后，纯机械结构容易因疲劳而产生各种疲劳。因此，从长远的经济效益来看，频繁更换零件并不是最合理的。方案2中的传感器主要依靠光学原理进行距离测量。考虑到插秧机的工作环境，泥水多，湿

7、度大，对光源的影响很大，虽然这种传感器应用越来越广泛。 ，但在这种设计中不是很合理。方案3中，涡流位移传感器长期可靠性好，灵敏度高，抗干扰能力强，非接触式测量，响应速度快，不受油水等介质影响。长期实时监控轴振动、轴转速等参数，可以分析设备的工作状态和故障源，对设备进行有效的保护和预测性维护。因此，本设计采用涡流位移传感器进行信号采集和分析。4. 涡流位移传感器的选择一、传感器的工作原理传感器系统的工作机制是涡流效应。当传感器系统通电时，前端会产生高频电流信号，通过电缆将信号送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场H1。如果磁场 H1 的外壳附近没有金属导体材料，则发射到外壳的能量将全部释放；相反

8、，如果探头附近有金属导体材料，交变磁场H1会在导体表面产生涡流场，涡流场会产生一个方向相反的交变磁场H2 H1。由于H2的反应，探头线圈高频电流的幅值和相位会发生变化，即感应线圈的有效阻抗会发生变化。这种变化不仅与涡流效应有关，还与静磁场效应有关，即与电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、励磁电流频率以及线圈到金属导体的距离有关。金属导体的其他参数。有关的。假设金属导体是均质的，其性能是线性的和各向同性的，那么线圈-金属导体系统的物理特性通常可以通过金属导体的磁导率样本 、电导样本 、尺寸 r、线圈与金属导体的距离If、线圈励磁电流强度I和采样频率等参数来描述。这个线圈的阻抗可以用函数 Z=

9、F(,r,I,) 来表示。如果控制 、r、I、 为常数，则阻抗 Z 变为距离 的单值函数。根据麦克斯韦公式可知，该函数为非线性函数，其曲线为“S”形曲线，在一定范围内可近似为线性函数。在实际应用中，通常将线圈密封在探头中，通过封装在预调节器中的电子电路的处理，将线圈阻抗的变化转化为电压或电流输出。该电子电路不直接测量线圈的阻抗，而是采用并联谐振的方法，如图4-2所示，即固定电容C 0和探测线圈Lx 与晶体管T in 并联。前置放大器构成振荡器，振荡器的振荡幅度Ux与线圈阻抗成正比，振荡器的振荡幅度Ux会随着探头与被测物的距离而变化。 Ux经过检测、滤波、放大、非线性校正后，输出电压Uo，Uo与

10、的关系如图4-3所示。可以看出，曲线呈“S”形，即在线性区域的中点0处。线性度（对应输出电压U0）最好，其斜率（即灵敏度）比较大。在线性区域的末端，斜率（灵敏度）逐渐减小，线性度变差。 (1, U1) -线性起点，(2, U2) -线性终点。2.传感器选择在对浮筒上下浮动2030mm进行测量后，经过综合比选（见附件），最终选用了精信仪电生产的JX20XL传感器。 JX20XL系列涡流位移传感器是JX20系列产品的全新升级。零部件，在继承JX20系列稳定可靠的优良性能的前提下，全面提升产品的外观和品质，可完全替代美国宾利（BN）公司的3300和3300XL系列产品。传感器的技术参数如下：A：探头

11、直径：50mm线性范围：25mm非线性误差：2%B：动态特性：频率响应：010kHz幅频特性：01kHz 衰减小于1%，10kHz 衰减小于5%相频特性：01kHz 相位差小于-10，10kHz 相位差异小于-100 C：互换性误差5% D：工作温度探头：工作温度-50+175C，温漂0.05%/ CC E：工作介质：空气、油、水. F：探头最大工作压力：12Mpa5、单片机和模数转换器的选用1、单片机选型MCS-51 微控制器系列 80312. A/D转换器及接口程序(1)。模数转换器选择ADC0809分辨率：8 位。模拟输入通道：8通道。转换时间：100us。总不可调误差：在 +-(1/2

12、)LSB 和 +-1LSB 之间。电源：+5V。模拟输入电压范围：单极0+5V，双极+-5V+-10V。具有可控的三态输出锁存器。启动转换控制方式：正脉冲。上升沿清除内部寄存器，下降沿开始 A/D 转换。(2)。程序查询接口程序模拟量由通道 0 输入，转换成对应的数字量并存储在 RAM 的 40H 单元中。奥格1000HMOV A,#0移动 DPTR，#7FF8HMOVX DPTR,AP3.2,$MOVX A, DPTRMOV 40H,A结尾3. D/A转换器选择、接口和正弦波程序(1)。数模转换器选择DAC0832它是一个8位电流输出D/A转换器，有两个输入数据寄存器，电流稳定时间为1us，

13、可以工作在单缓冲器、双缓冲器或直通模式。使用单电源（+5V+15V），可以直接连接MCS-51单片机，无需任何额外的I/O接口芯片。由于只有一个模拟输出，本设计采用单缓冲模式。因为在后续系统中，控制量不仅与大小有关，还与控制量的极性有关，所以本设计要求D/A转换器的输出为双极性。(2)。接口程序当 P2.6=0 时MOV DPTR，#0BFFFHMOV A,#数据MOVX DPTR,A(3)。正弦波程序将数字量转换为模拟量，正弦波稳定性好，电压为双极性电压SIN: MOV R7,#00HDAS0：MOV A，R7MOV DPTR，#TABMOVC A,A+DPTRMOV DPTR，#0BFFF

14、HMOVX DPTR,AINC R7LJMP DAS0选项卡：DB 80H 83H 86H 89H 8DHDB 90H 93H 96H 99H 9CHDB 9FH 0A2H 0A5H 0A8H 0ABH 0AEH.DB 69H 6CH 6FH 72H 76H 79H 7CH 80H6、整体方案设计一、初步计划1 从使用说明书中，我们知道浮筒有六个档位，1-2 工作在软地面，3 是工厂设置，4-6 工作在硬地面。因此，设置3档为参考位置，由传感器测量对应的电压U0。当探头上下移动时，电压Ui随之变化。使用电压比较器将输出电压 Ui 与 U0 进行比较。2 将输出的模拟电压输入A/D转换器进行转换

15、，输出一个数字量，将此数字信息输入单片机，用程序控制二极管的通断，实现通断PLC 按钮。从而控制线圈KM1和KM2的通断。3 线圈KM1和KM2的接通和断开可以控制三位四通电磁阀的左右移动。是的，液压缸伸缩控制插补部分必须上下浮动。实现调整。4液压缸运动示意图，如图6-1所示：5 初步方案的系统原理及电路图2. 初步计划的改进在初步计划的基础上，省略PLC部分，我们最终可以得到：1 改进后的整体系统图2 改进后的电路图7. 3D 模拟1.模拟说明说明：这部分是对原有机械结构的合理改进，用于服务和传感器操作。金属板和探头封装在外壳内，金属板可以相对于外壳上下滑动。在保证传感器正常工作的前提下，避

16、免了水田中的泥水和振动对传感器灵敏度的影响。2.仿真结果展示附录一JX20XL 涡流传感器规格：1 、线性范围、线性范围、线性中点、非线性误差、最小被测面非线性误差是指实际输出值与理论值之间的最大误差（按标准特性方程计算）。 2.平均灵敏度（线性范围输出变化除以线性范围）平均灵敏度误差：5% 3、动态特性频率响应：010kHz幅频特性：01kHz衰减小于1%，10kHz衰减小于5%相频特性：01kHz相位差小于-10 , 10kHz 相位差小于-100 4. 互换性误差5% 5. 工作温度探头：工作温度-50+175C 温漂0.05%/C预处理器：工作温度-50 +120温漂0.05%/ 6、工作介质：空气、油、水。 7、探头最大工作压力：12Mpa附录二团队成员设计分工方案分析设计：小杜家金北电路图系统图设计：金北PPT设计：杜佳设计规范准备：肖参考1 单片机原理与接口技术/郭文川，主编，中国农业，2007.82 液压与气动传动/吉海宋金春，高智春主编，高等教育，2009.53 传感器原理的设计与应用/国防科技大学迎春主编，1989.24 0809