引言
目前普遍使用的香蕉秸稈處理方法是在收獲香蕉后采用人工砍伐和挖掘，將香蕉秸稈搬到田邊路旁堆放或運走進行焚燒。該方法勞動強度高，耗費大量的人力，而且香蕉樹與香蕉頭堆放到田邊占用很大場地，減少了耕地的利用率，且嚴重污染香蕉園內外的生態環境。通過使用脫水香蕉秸稈破碎機，可有效解決勞動力不足問題，降低工人勞動強度，提高工人勞動舒適性和勞動生產率，減輕廢物和廢氣對人體的危害、提高資源再回收利用率，增加果農收益，保證莊園的環境衛生，適合低碳環保、可持續發展的要求。
1 自動秸稈粉碎機的方案設計
粉碎機主要由步進電機系統、液壓控制系統及粉碎系統等組成。其中，步進電機、液壓系統是最主要的機械部分。步進電機系統主要完成送料過程，并且配合液壓系統完成香蕉秸稈的切割。液壓系統將秸稈切割為預先設計好的長度，最后送進粉碎系統，完成整個粉碎過程。香蕉秸稈粉碎機的工作原理簡圖如圖 1 所示?！緢D1】
工作流程如下: ①電機。油泵轉動，工作回初始位置。②進料。綠色信號燈點亮的時候，通過步進電機運動將原料通過傳送帶向下一個工作平臺傳送，直至紅色信號燈點亮停轉。③切割。由光電傳感器傳來信號，閘刀工作，將香蕉秸稈切斷。④粉碎。切斷后秸稈自動落入粉碎箱，電機啟動開始粉碎。⑤自動卸載。
當閘刀切割后回到初始位置綠燈亮，步進電機開始運作。上述②至⑤連續進行，即完成香蕉秸稈粉碎的工作過程。2 步進電機控制系統步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響。當驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的; 同時，可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。
步進電機在本自動系統中通過單片機的控制完成送料。通過傳感器 4 的檢測向單片機發出信號，單片機接收信號后發出脈沖驅動步進電機; 步進電機轉動，運送香蕉秸稈到達指定位置后，傳感器 3 檢測到物體后斷電，步進電機停止轉動。此時，閘刀切割香蕉秸稈，香蕉秸稈被切斷，閘刀恢復初始位置時刻，傳感器 1 發出信號，步進電機開始轉動，并且重復以上過程，單獨設置步進電機開關，以便更好地操作。步進電機控制部分電路如圖 2 所示?！緢D2】
3 液壓控制系統
液壓系統由信號控制和液壓動力兩部分組成，信號控制部分用于驅動液壓動力部分中的控制閥動作。
當步進電機運送香蕉秸稈到達傳感器 2 時\\( 見圖 1\\) ，傳感器 2 發出脈沖，根據秸稈的高度液壓控制閘刀的高度以便香蕉秸稈通過閘刀口; 當步進電機將秸稈運送到傳感器 3 時，步進電機停轉，閘刀切割; 閘刀切割后恢復到初始位置，傳感器 1 發出脈沖，步進電機運轉。液壓系統的控制部分示意圖如圖 3 所示?！緢D3】
4 粉碎機系統
4． 1 粉碎機
由圖 1 可知，原料被切割過后自動進入了粉碎桶中。由壓力傳感器檢測到壓力后發出脈沖，粉碎機開始運轉，并且通過螺旋輸送機構自動將粉碎后的秸稈傳送入裝置 9 中; 當傳感器組的所有傳感器都有感應，通過與非芯片 74HC00 單片機發出信號，步進電機停止轉動。
4． 2 傳感器組
當原料被送入粉碎桶的時候，粉碎機開始工作，傳感器組用于檢測粉碎桶中原料的容量; 當傳感器組的所有傳感器都檢測到信號則由與非門 74HC00 芯片向單片機發出信號\\( 見圖 5，其中引腳 CH1、CH2、CH3分別是圖 1 中傳感器組中的 3 個傳感器\\) ，單片機隨即控制步進電機停轉; 傳感器組與傳感器 1 都沒有信號時，總電源斷電，粉碎機停止工作。
5 系統軟件設計
5． 1 系統程序流程
香蕉秸稈粉碎機是一套全自動控制工作的設備，每一步的運行都是基于上一步的結果或者后續步驟的完成信號，所以整個結構聯系緊密，前后不可分離。系統的程序流程圖如圖 4 所示?！緢D4】
5． 2 基于單片機的控制系統
單片機的控制電路是結合反相器 ULN2003A 芯片、與非門 74HC00 芯片以及 STC89C51 芯片的功能構成的電路。在控制過程中，傳感器就是開關，單片機接收傳感器以及其他芯片發來的信號并對信號做相應的處理。通過此組合系統能夠存儲和執行指令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，得以完成秸稈粉碎機的運算控制操作。
為了實現香蕉秸稈粉碎機的自動控制，單片機采用控制電路組成的系統進行控制。其 I/O 接線順序功能圖如圖 5 和圖 6 所示。
轉換條件和輸出分別表示如下:
X0: 啟動開關?？刂普麄€電路的電源。
X1: 高壓空氣開關。吹掃臺面、粉碎桶，保持裝置中無雜物。
X2: 光電傳感器 4。檢測原料有無，控制步進電機工作。
X3: 高度傳感器 2。檢測秸稈的高度，調節閘刀的高度。
X4: 光電傳感器 1。檢測閘刀是否恢復初始位置，控制步進電機工作。
X5: 光電傳感器 3。檢測秸稈有無，控制步進電機工作。
X6: 獨立步進電機工作開關。
X7: 傳感器組。檢測粉碎箱秸稈有無，控制步進電機工作; 。
X10: 停止開關?！緢D5-6】
6 結語
本項目基于單片機、步進電機、液壓系統等設計，可有效緩解勞動力不足、降低工人勞動強度、提高工人勞動舒適性和勞動生產率、減輕廢物和廢氣對人體的危害、提高資源再回收利用率、增加果農收益、保證莊園的環境衛生，符合低碳環保、可持續發展的要求。經機器加工后的脫水香蕉秸稈可轉變為新型能源，用作養殖飼料、生產食用菌的基料以及工業原料。
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