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智能型日光温室卷帘机研制 　　摘要：设计了一种智能型卷帘机，拥有双动力机构、卷帘轴、位置检测装置和水平校正装置。其中双动力机构解决了日光温室卷帘过程中出现卷帘轴一端卷不到位的问题，位置检测装置中的测距传感器可以检测卷帘时卷帘轴左右两端的倾斜程度，结合水平矫正装置中的执行器件实现自动水平矫正。卷帘机拥有现场手动、近程遥控和远程手机短信三种控制模式，在卷帘过程中通过行程开关和时间保护实现双重安全限位保护。 　　关键词：卷帘机；位置检测装置；水平矫正装置；遥控；手机短信 　　中图分类号：S625.3文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）05-0021-05 　　日光温室在农业发展中具有重大意义，在提供反季节蔬菜、缩短农作物生长周期，以及大幅度提高农作物的成活率等方面起到了巨大作用[1～3]。卷帘机自发明以来，不断进行技术革新，取得了巨大发展，但其安全问题仍十分突出。后置卷绳上拉式卷帘机因为拉绳太多，暴露的危险点覆盖在整个温室屋面上，全面的安全防护难度比较大；前置卷轴上推式卷帘机在卷帘机主机的下方区域总要留有1 m左右的区域不能自动卷帘；侧置卷轴上推式卷帘机输出扭矩不平衡，卷帘机主机另一侧卷帘不到位，靠近主机一侧的卷帘轴有时会发生断裂[4]。针对上述三种卷帘机存在的诸多缺点，设计了一种智能型卷帘机，具有双动力机构，解决了侧置卷轴上推式卷帘机卷帘过程中远离动力一侧卷不到位的问题，而且卷帘机中的位置检测装置和水平校正装置可以实现卷帘轴的水平校正。 　　1机械结构设计 　　该卷帘机主要由动力机构、卷帘轴、位置检测装置和水平矫正装置四部分组成（如图1）。通过齿轮将动力机构中电动机的动力传动到减速器，驱动输出轴旋转，输出轴与卷帘轴连接，草（布）帘一端固定在卷帘轴上，通过卷帘轴旋转带动草（布）帘完成卷帘和闭帘工作，在卷帘过程中卷帘轴一端发生倾斜时，水平矫正装置可以实现卷帘轴水平矫正。 　　1.1动力机构 　　动力机构主要由三相交流异步电动机和减速器组成，其中减速器采用减速比为40∶1的蜗轮蜗杆减速机构，充分利用了蜗轮蜗杆减速机成本低、传递扭矩大、能实现自锁的优点[5]，动力机构分别安装在卷帘轴的两端，克服了侧置卷轴上推式卷帘机输出扭矩不平衡而导致的主机另一侧卷帘不到位，靠近主机一侧的卷帘轴断裂情况的发生。 　　1.2卷帘轴 　　由无缝钢管构成。无缝钢管具有抗拉、柔韧性高等特点，而且性能可靠，安装方便，长度可以根据日光温室的实际长度自定。卷帘轴上可以安装扭矩传感器，实时监测卷帘轴的扭力。当卷帘机工作过程中出现（卷人、卷物等）故障状态，卷帘轴的扭力突然增大时，可以立即切断电源，使卷帘机停止工作，从而保障人身财产安全。 　　1.3位置检测装置 　　主要由轴承、钢柱、钢块、超声波测距传感器组成（如图2）。 　　位置检测装置中的轴承安装在卷帘轴上，轴承与钢块通过钢柱进行竖直连接，超声波测距传感器安装在钢块下端，在钢块重力的作用下，超声波测距传感器的发射端和接收端始终竖直向下，确保可以正确检测到卷帘轴左右两端的竖直高度。 　　1.4水平矫正装置 　　主要由轴承、无缝钢管、连接钢件、抱死装置组成（如图3）。其中抱死装置主要由橡胶套、拉力弹簧、电磁离合器和支架组成（如图4）。水平校正机构通过轴承可以有效地实现转动；无缝钢管通过连接钢件与抱死装置连为一体。打开抱死装置（即电磁离合器吸合，将支架吸上，橡胶套将无缝钢管抱死），无缝钢管因受到橡胶套的摩擦力而不能上下移动，水平校正机构的有效长度不变，卷帘轴一端只能原地转动而不能沿墙体上下移动；关闭抱死装置（即电磁离合器分开，在弹簧拉力的作用下拉动支架带动橡胶套将无缝钢管分开），无缝钢管可以上下移动，水平校正机构的有效长度发生变化，卷帘轴一端既能原地转动又能沿墙体上下移动。当卷帘轴一端发生倾斜时，打开相应位置的电磁离合器，可以实现卷帘轴水平矫正。 　　2控制系统硬件结构设计 　　控制系统硬件主要由单片机、遥控器、GSM模块、SD卡、测距模块和动作执行器件组成（如图5）。可以实现手动、近程遥控和远程手机短信三种模式控制。其中测距模块可以检测卷帘轴的倾斜程度，通过启动相应的执行器件，完成卷帘轴的自动水平矫正。 　　2.1单片机选择 　　STM32系列单片机是基于要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核的单片机[6～9]。该系统是STM32F103增强型，其时钟频率达到72 MHz，是同类型中性能最高的产品。片上资源丰富，内置RTC时钟模块，通过程序可以设置当前时间，同时可搭配12864模块实现数据的实时显示和不同操作模式的切换，通过USART串口模块实现与GSM模块之间的通信。 　　2.2遥控器设计 　　遥控器可使用户在日光温室不同位置完成卷帘和闭帘操作任务，避免了每次操