引言
香蕉是全世界貿易量最大的水果之一，中國則是世界香蕉主產國之一，香蕉產業已成為我國熱帶南亞熱帶地區農業支柱產業之一。香蕉作為熱帶作物，具有生長周期短和生物量高的特點，每年盛產香蕉的同時都會產生等量的香蕉副產品。因此，如何正確有效地處理大量的香蕉秸稈已經成為蕉農的一大難題。長久以來，我國的香蕉種植業都是采用人工處理的方式安置香蕉秸稈，將收獲后的香蕉秸稈逐棵砍伐，或就近丟入臭水溝、搬運到田邊集中堆放，最后任其腐爛，這是一件極其繁重的勞動。然而，這種看似簡單的傳統處理方式卻帶來了許多弊端，對經濟、環境、人體都造成了很大的危害。其弊端主要有以下幾點: ①香蕉秸稈堆放到田邊或丟入臭水溝，會占用很大的場地，減少耕地的利用率，堵塞下水通道，污染環境。②工作效率會大大降低，勞動強度增大，作業成本提高。③由于單單依靠人力難以及時處理香蕉秸稈，因此目前大部分種植的香蕉都留有多年苗，品種逐漸老化，進而使香蕉品質一年不如一年。④有機肥料的浪費，香蕉秸稈中富含大量的有機質、鉀、氮、磷和微量元素，是良好的有機肥料，如果能合理利用，可獲得最佳培肥地力的效果，實現保護性、循環性耕作。
⑤香蕉秸稈在田邊或臭水溝廢棄后，有些帶病的香蕉秸稈\\( 如香蕉枯萎病—亦稱巴拿馬病、黃葉病等\\) 病菌很容易隨水流擴散，造成大面積染病，使疫情難以控制。這是海南香蕉種植地區香蕉林易患香蕉枯萎病的主要原因之一，在很大程度上制約了香蕉種植業的規?；l展。為此，主要介紹了一種集切割、粉碎于一體的香蕉秸稈粉碎機械。該系統通過壓力傳感器的檢測與步進電機控制的有效結合，從喂料、切割、粉碎和出料進行全過程的自動控制，大大提高了處理香蕉秸稈的工作效率。
1 粉碎方法及原理
1． 1 粉碎方法
目前生產發明的破碎機種類相當繁多，包括顎式破碎機、圓錐破碎機、單齒輥破碎機、振動式破碎機、立軸式破碎機、回轉式破碎機、錘式破碎機，以及不斷研制出的多功能破碎機，為工業生產帶來了極大的便利。這里主要介紹了一種集切割與粉碎一體的自動香蕉秸稈粉碎機，該系統基于單片機進行全程自動控制，壓力傳感器與步進電機合理配合實現各步驟運動，在香蕉秸稈的各種加工與處理中，主要進行秸稈粉碎的處理。
1． 2 粉碎原理
粉碎機開始工作時，通過傳感器 1 的檢測向單片機發出信號，單片機接受信號之后發出脈沖步進電機轉動; 步進電機開始轉動之后通過傳送帶運送香蕉秸稈到達指定位置，傳感器 4 檢測到物體后斷電，步進電機停轉; 此時，傳感器 2 發出信號，主電機帶動帶傳動機構使刀片旋轉，同時在配重平衡力的作用下，Z 向電機驅動渦輪運動從而帶動蝸桿運動; 渦輪帶動搖臂上下擺動，刀具實現切割香蕉秸稈運動，刀具回復初始位置時刻，傳感器 3 發出信號，步進電機開始轉動重復以上步驟，并且單獨設置步進電機開關以便更好的操作。當被切割的香蕉秸稈進入到粉碎室后，傳感器 5 發出信號，電動機帶動滾筒切刀旋轉，動刀片與定刀片將香蕉秸稈切碎，并利用滾筒刀片將切碎后的秸稈沿切線方向從出料口排出入收集箱中。
2 基本結構及功能
2． 1 基本結構
香蕉秸稈粉碎機的結構簡圖如圖 1 所示?！緢D1】
2． 2 壓力傳感器
傳感器 1 裝在初始傳送帶的位置，用來檢測有無秸稈，控制步進電機的停轉; 傳感器 2 裝在刀具的上方，用來控制主電機的運轉使刀具向下運動; 傳感器 3裝在刀具下方，當刀具回復初始位置時刻，發出信號，步進電機開始轉動并重復切割運動; 傳感器 4 裝在末端傳送帶的位置，用來檢測秸稈是否到達指定位置，控制步進電機的停轉; 傳感器 5 裝在粉碎室喂料口，用來檢測是否有秸稈進入到粉碎室中，控制電機的停轉，由此構成一個傳感器組。當傳感器組沒有信號時，總電源斷電，粉碎機停止工作。
3 自動粉碎過程及控制系統
3． 1 自動粉碎工作過程
①主電機。Z 向步進電機轉動，工作回初始位置。
②進料。系統開始啟動后，通過步進電機運動將原料通過傳送帶運送到指定位置，直至傳感器 4 發出脈沖信號使步進電機停轉。③切割。傳感器 2 發出信號，主電機帶動帶傳動機構使刀片旋轉，同時在配重平衡力的作用下，Z 向電機驅動渦輪運動從而帶動蝸桿運動，渦輪又帶動搖臂上下擺動，進而實現秸稈的切割運動。④粉碎。當傳感器 5 檢測到被切斷后的秸稈，電機帶動滾筒切刀旋轉，動刀片與定刀片將香蕉秸稈切碎，并利用滾筒刀片將切碎后的秸稈沿切線方向從出料口排出。⑤自動卸載。當刀具切割后回到初始位置，步進電機開始運轉。上述②至⑤步驟連續進行，完成香蕉秸稈的自動粉碎工作過程。根據粉碎機的工作過程，系統的程序流程圖如圖 2 所示?！緢D2】
3． 2 控制系統
3． 2． 1 步進電機控制系統
步進電機是將電脈沖信號轉變為線位移或者角位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的停止和轉速調節位置只取決于脈沖信號的脈沖數和頻率，并不受負載的影響。當驅動器接收到一個新脈沖信號時，它將驅動步進電機按設定的方向轉過一個固定的角度，稱為是“步距角”。其通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而可以達到準確定位的目的，也可以通過控制脈沖的頻率來控制電機轉動的加速度和速度，進而達到調速的目的。步進電機控制部分電路如圖 3 所示。
3． 2． 2 基于單片機的控制系統
單 片 機 的 控 制 電 路 AT89C2051 芯 片 和THB6064H 芯片的功能構成的電路。在控制過程中，傳感器是開關，單片機接受傳感器以及其他芯片發來的信號并對信號做出相應的處理，能夠存儲和執行指令，進行邏輯運算、定時、算數運算和順序控制等操作，而得以完成秸稈粉碎機的運算控制操作。為了實現整個機械的自動控制，將由單片機組成的控制電路進行全程控制。其 I/O 接線圖如圖 4、圖 5 所示。
其中轉換條件分別表示如下:X0: 啟動開關，控制整個電路系統的電源;X1: 光電傳感器 1，用來檢測原料有無，控制步進電機的停轉;X2: 光電傳感器 2，用來控制主電機的運轉使刀具向下運動;X3: 光電傳感器 3，檢測刀具是否恢復初始位置;X4: 光電傳感器 4，用來檢測秸稈是否到達指定位置，控制步進電機的停轉;X5: 光電傳感器 5，用來檢測秸稈是否進入帶粉碎室，制電機工作;X6: 獨立步進電機開關;X10: 停止開關?！緢D3-5略】
4 結束語
基于單片機、步進電機、壓力傳感器等進行了香蕉秸稈粉碎機的設計，可有效提高工人勞動舒適性、勞動生產率及資源再回收利用率。同時，可增加果農收益，提高生活水平，解決勞動力不足，降低工人勞動強度，減輕廢物和廢氣對人體、環境的危害，適合低碳環保、可持續發展的要求。經機器粉碎的香蕉秸稈可轉變為新型能源，用作養殖飼料喂養動植物，作為生產食用菌的基料和工業原料，可促進香蕉種植業的產業化、規?；蜕虡I化發展，提高經濟效益。
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