摘要：中草藥在進(jìn)行采摘后的初加工需要對(duì)其進(jìn)行切片晾曬，研磨成粉。而傳統(tǒng)中草藥的干燥晾曬是在太陽光下進(jìn)行的，晾曬場(chǎng)地具有局限性，且太陽光強(qiáng)和光照方向是實(shí)時(shí)變化的，不能持續(xù)性地高效利用太陽光照就使得一般人工晾曬需要周期較長。本文講解了一款中草藥晾曬機(jī)的設(shè)計(jì)，該機(jī)器可以通過跟蹤系統(tǒng)高效利用太陽能，完成自動(dòng)晾曬，以此便捷相關(guān)生產(chǎn)生活作業(yè)并順應(yīng)社會(huì)發(fā)展高效利用清潔能源。

　　關(guān)鍵字：北斗定位;中草藥;機(jī)器人

　　1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

　　以“中草藥晾曬”為關(guān)鍵詞，研究數(shù)據(jù)綜合收錄了中外文獻(xiàn)的中國知網(wǎng)和萬方數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)兩大網(wǎng)站發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)加以分析。

　　國外發(fā)表的中草藥晾曬裝置相關(guān)文獻(xiàn)暫且未查詢到。國內(nèi)關(guān)于中草藥晾曬裝置共發(fā)文45篇，最早發(fā)文于2003年，設(shè)計(jì)人韓希英提出中草藥晾曬器并申請(qǐng)專利，其設(shè)計(jì)概念為羅底以鋼絲網(wǎng)制作增加通氣性能，羅底下方放置木板防細(xì)粉藥物掉落，裝置主要性能為通風(fēng)透氣，加快晾曬速度。其中2016年，發(fā)明人唐燕明發(fā)明了一款具有追蹤太陽功能的中草藥晾曬板系統(tǒng)，系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向裝置、回轉(zhuǎn)裝置、控制裝置、機(jī)架以及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，主要研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。最新發(fā)文于2020年6月，截止2020年9月份全年共發(fā)文7篇，其中設(shè)計(jì)者樓國樺最新提出在設(shè)備中設(shè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，當(dāng)檢測(cè)天氣異常時(shí)可自動(dòng)收納中草藥。國內(nèi)關(guān)于中草藥晾曬裝置設(shè)計(jì)理念大概可分為三種，一種為分層晾曬，有效增加晾曬數(shù)量;一種為通過設(shè)通氣孔、改善晾曬架材質(zhì)等提高通氣程度，加快晾曬速度;另一種即增設(shè)烘干系統(tǒng)，在陰雨天對(duì)中草藥進(jìn)行烘干作用，防止發(fā)霉。綜上，國內(nèi)對(duì)于中草藥晾曬多采用傳統(tǒng)人工方法，對(duì)于自動(dòng)晾曬、自動(dòng)收納以及智能手機(jī)控制缺乏一定的研究。

　　2.研究內(nèi)容

　　(1)太陽能跟蹤系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)采用的支架為X-Y雙軸設(shè)計(jì)，可根據(jù)太陽的不同角度實(shí)現(xiàn)全方位的跟蹤。結(jié)構(gòu)由一號(hào)電機(jī)帶動(dòng)二號(hào)電機(jī)水平方向旋轉(zhuǎn)，二號(hào)電機(jī)帶動(dòng)晾曬板垂直旋轉(zhuǎn)。本文論述的中草藥晾曬機(jī)依據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤原理對(duì)太陽能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、跟蹤功能。

　　視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤是一種利用天文地理信息的主動(dòng)式跟蹤方法，即根據(jù)太陽的運(yùn)動(dòng)軌跡與當(dāng)?shù)貢r(shí)刻、緯度和赤緯角計(jì)算出太陽的高度角和方位角。北斗衛(wèi)星于今年組網(wǎng)成功并正式投入商用，定位導(dǎo)航系統(tǒng)強(qiáng)大，因此將北斗定位原理應(yīng)用到太陽跟蹤領(lǐng)域是很有必要性。

　　該機(jī)器計(jì)劃利用北斗模塊獲取當(dāng)前位置的經(jīng)緯度位置和時(shí)間通過STM32單片機(jī)計(jì)算套用高度角公式和方位角公式得到當(dāng)前太陽方位，確定俯仰角為電機(jī)驅(qū)動(dòng)晾曬版轉(zhuǎn)動(dòng)提供信息。用于視日運(yùn)動(dòng)軌跡方法的兩種常見跟蹤運(yùn)動(dòng)控制方法包括：連續(xù)跟蹤和間歇跟蹤。太陽的高度角與方位角在發(fā)生變化時(shí)是不均勻的而且還隨日期而變化。因此，系統(tǒng)采用間歇跟蹤方法，通過給定時(shí)間間隔的方式來達(dá)到調(diào)整晾曬板的目的，在時(shí)間間隔之內(nèi)，晾曬板所在當(dāng)前機(jī)構(gòu)的位置固定不變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能的實(shí)時(shí)跟蹤。

　　(2)自動(dòng)收取

　　晾曬作業(yè)時(shí)鋪攤面積大，晾曬完畢后收取工作量多，考慮到天氣因素(如臨時(shí)降水)等各種需要即時(shí)收取的情況，我們追加設(shè)計(jì)了自動(dòng)收取功能。通過功能按鍵或工作人員遠(yuǎn)程控制驅(qū)動(dòng)Y軸使晾曬板調(diào)整至一定傾斜角度，中草藥克服靜摩擦力落入收儲(chǔ)箱中。收儲(chǔ)箱采用搖蓋設(shè)計(jì)，靈活搖蓋自動(dòng)閉合，晾曬版采用窄六邊形設(shè)計(jì)，其中一條窄邊于收儲(chǔ)箱搖蓋契合，便于蓋子打開，其余五邊加上防掉落擋板保證晾曬草藥有序滑落。

　　(3)避風(fēng)功能

　　中草藥晾曬機(jī)結(jié)合天氣因素、裝置設(shè)計(jì)因素等加入風(fēng)傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)速等級(jí)，避免大風(fēng)帶來的不穩(wěn)定性對(duì)中草藥和裝置造成的損失。在設(shè)置好基準(zhǔn)風(fēng)向之后， 風(fēng)傳感器能夠準(zhǔn)確將風(fēng)向和風(fēng)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流， 并將信號(hào)傳送至單片機(jī)。默認(rèn)情況下，當(dāng)風(fēng)傳感器檢測(cè)到風(fēng)速等級(jí)<5級(jí)時(shí)，只進(jìn)行追蹤功能;當(dāng)風(fēng)速>=5級(jí)時(shí)，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并由偏航編碼器計(jì)算此時(shí)晾曬板與風(fēng)向的夾角，調(diào)整晾曬板角度使晾曬板與風(fēng)向平行，避免大風(fēng)帶來的損失;當(dāng)風(fēng)傳感器檢測(cè)到風(fēng)速等級(jí)>=8級(jí)時(shí)，對(duì)裝置和晾曬物造成直接影響則自動(dòng)收取后進(jìn)行避風(fēng)動(dòng)作。用戶終端可在“小曬助手”APP根據(jù)晾曬板大小自行設(shè)置風(fēng)速閾值。

　　(4)遠(yuǎn)程控制

　　本設(shè)計(jì)所采用的控制器以單片機(jī)為核心，配置ATK-ESP8266串口WiFi模塊，連接到物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器，云端發(fā)送數(shù)據(jù)到8266模塊，用戶終端連接熱點(diǎn)通過“小曬助手”實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置系統(tǒng)控制。調(diào)用天氣預(yù)報(bào)查詢接口，根據(jù)經(jīng)緯度或城市名查詢天氣情況，給晾曬工作提供參考。在遠(yuǎn)程控制的手機(jī)界面加入天氣和風(fēng)速顯示，同時(shí)還有自動(dòng)收取、定時(shí)提醒功能，便捷晾曬作業(yè)。

　　3.創(chuàng)新點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

　　(1)裝載北斗模塊。目前 BDS 系統(tǒng)已經(jīng)具備全球定位服務(wù)能力，且是亞太地區(qū)定位性能最優(yōu)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，建成后將成為全球定位性能最優(yōu)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一。通過裝在北斗模塊提高太陽能系統(tǒng)精確追蹤太陽方位的可靠性，并以此調(diào)整晾曬板的角度和俯仰角達(dá)到更高的晾曬效率。

　　(2)裝載避風(fēng)系統(tǒng)。通過風(fēng)向傳感器檢測(cè)到的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)字信號(hào)傳遞給系統(tǒng)控制單元令晾曬板調(diào)整避風(fēng)動(dòng)作，使晾曬平面與風(fēng)向平行，保護(hù)太陽能跟蹤系統(tǒng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　(3)自動(dòng)和定時(shí)收取功能。晾曬板斜下方設(shè)置有搖蓋設(shè)計(jì)的收儲(chǔ)箱，晾曬板被設(shè)計(jì)為窄六邊形，使其在收集時(shí)具有更高的準(zhǔn)確度。通過物聯(lián)網(wǎng)控制模塊，當(dāng)遠(yuǎn)程控制命令下達(dá)時(shí)，晾曬板轉(zhuǎn)動(dòng)使中草藥材滑落至收集箱中。

　　4.結(jié)束語

　　中草藥在進(jìn)行采摘后的初加工需要對(duì)其進(jìn)行切片晾曬，研磨成粉。而傳統(tǒng)中草藥的干燥晾曬是在太陽光下進(jìn)行的，晾曬場(chǎng)地具有局限性，且太陽光強(qiáng)和光照方向是實(shí)時(shí)變化的，不能持續(xù)性地高效利用太陽光照就使得一般人工晾曬需要周期較長。本文設(shè)計(jì)的這款中草藥晾曬機(jī)有效的解決了晾曬時(shí)間長，人工勞作大等問題，推進(jìn)了中草藥的發(fā)展。

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