播種機(jī)監(jiān)控裝置-機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、緒論- 1 -</p><p>　　1.1研究目的和意義- 1 -</p><p>　　1.2研究開發(fā)內(nèi)容- 2 -</p><p>　　二、監(jiān)控裝置總體方案的確定- 3 -</p><p>　　2.1、播種機(jī)的性能要求

2、及指標(biāo)- 3 -</p><p>　　2.1.1、播種機(jī)的性能要求- 3 -</p><p>　　2.1.2、播種機(jī)的性能指標(biāo)：- 3 -</p><p>　　2.2、精密播種機(jī)排種性能參數(shù)的監(jiān)控- 4 -</p><p>　　2.2.1、監(jiān)控內(nèi)容- 4 -</p><p>　　2.2.1.1、漏播監(jiān)視-

3、4 -</p><p>　　2.2.1.2、重播監(jiān)視- 4 -</p><p>　　2.2.2、監(jiān)控方法- 4 -</p><p>　　2.3、精密播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案的確定- 4 -</p><p>　　2.3.1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)- 4 -</p><p>　　2.3.2、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)- 5 -</p

4、><p>　　三、監(jiān)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　3.1、傳感器測試電路的設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　3.1.1、傳感器的選擇- 6 -</p><p>　　3.1.2、發(fā)光二極管的選擇- 7 -</p><p>　　3.1.3、受光器件的選擇- 7 -</p><p

5、>　　3.1.4、光電傳感器電路設(shè)計(jì)- 9 -</p><p>　　3.1.5、排種監(jiān)測傳感器的安裝- 10 -</p><p>　　3.2、整形放大電路的設(shè)計(jì)- 11 -</p><p>　　3.3、聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)- 11 -</p><p>　　3.3.1、聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)- 12 -</p><

6、p>　　3.3.2、燈光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)- 12 -</p><p>　　3.4、單片機(jī)硬件系統(tǒng)的選擇與配置- 12 -</p><p>　　3.4.1、單片機(jī)的選擇- 12 -</p><p>　　3.4.2、80C52單片機(jī)的功能簡介- 12 -</p><p>　　3.4.3、可編程并行I/O接口芯片8255A- 13 -

7、</p><p>　　3.4.4、8255A芯片與AT89C51的接口電路設(shè)計(jì)- 13 -</p><p>　　3.4.5、時鐘及復(fù)位電路電路設(shè)計(jì)- 14 -</p><p>　　3.4.5.1、時鐘電路- 14 -</p><p>　　3.4.5.2、復(fù)位電路- 15 -</p><p>　　3.5、顯示系統(tǒng)

8、電路的設(shè)計(jì)- 16 -</p><p>　　3.6、D/A轉(zhuǎn)化電路的設(shè)計(jì)- 16 -</p><p>　　3.7、監(jiān)控系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)- 17 -</p><p>　　四、監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)- 18 -</p><p>　　4.1、軟件系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方案- 18 -</p><p>　　4.1.1、主程序設(shè)計(jì)-

9、 18 -</p><p>　　4.1.2、播種機(jī)各性能指標(biāo)測量子程序- 19 -</p><p>　　4.1.3、D/A轉(zhuǎn)化子程序- 19 -</p><p>　　4.2、小結(jié)- 20 -</p><p>　　五、總結(jié)- 21 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 22 -</p><p&

10、gt;<b>　　一、緒論</b></p><p>　　1.1研究目的和意義</p><p>　　我國是一個農(nóng)業(yè)大國，其中75％ 的人口是農(nóng)業(yè)人口。中央非常重視“三農(nóng)”問題，投入了大量的精力和財(cái)力，解決“三農(nóng)”問題。面向未來，如何解決14億人口的吃飯問題是擺在中國人民面前的一大難題。提高農(nóng)業(yè)的機(jī)械化水平，提高耕種和收獲質(zhì)量是解決這一問題的有效途徑之一。所以提高播種機(jī)的

11、性能、工作質(zhì)量和效率已成為最終追求目標(biāo)，并成為農(nóng)業(yè)機(jī)械化首要的問題。隨著播種技術(shù)的發(fā)展，先后研制出結(jié)構(gòu)形式多樣的撒播機(jī)、條播機(jī)、穴播機(jī)和精播機(jī)等。精密播種是按農(nóng)藝要求將種子播到土層中的理想位置，一播完成作物合理的田間分布的播種方式。精密的含義包含數(shù)的精確性和位的精確性兩方面，即種子根據(jù)精確的粒數(shù)、株距、行距和播深播入土中。精密播種的作物田間分布合理，植株占有最大的營養(yǎng)面積，通風(fēng)，光照良好，便于后序作業(yè)的機(jī)械化，能達(dá)到高產(chǎn)豐收的目的。同時

12、，精播可節(jié)省種子和減少間苗工作量。精密播種技術(shù)具有省種、高產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，精密播種機(jī)受到了國內(nèi)外的普遍重視，使得精密播種技術(shù)有了更廣闊的發(fā)展前景。因此，精密播種機(jī)己成為現(xiàn)代播種技術(shù)的標(biāo)志，成為播種機(jī)的主要發(fā)展方向。由于精播機(jī)在播種作業(yè)時具有播種過程全封</p><p>　　目前國內(nèi)研制的精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)重點(diǎn)只在于解決漏播、重播的問題。本設(shè)計(jì)針對這一不足點(diǎn)，考慮一種能夠全面監(jiān)測

13、各項(xiàng)性能指標(biāo)的精密播種機(jī)自動監(jiān)測系統(tǒng)，不但能防止漏播，保證播種量，提高播種的質(zhì)量和農(nóng)作物產(chǎn)量，而且大大減輕勞動者強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合的機(jī)電一體化技術(shù)將逐漸進(jìn)入精密播種機(jī)的監(jiān)測裝置?；谠摷夹g(shù)下的監(jiān)測系統(tǒng)不但有監(jiān)測、報(bào)警功能，還具有執(zhí)行動作機(jī)構(gòu)，可以完成不正常播種的糾正。因此，運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)的精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)是將

14、來的主要發(fā)展方向。</p><p><b>　　1.2研究開發(fā)內(nèi)容</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要研制一種能夠全面監(jiān)測各項(xiàng)性能指標(biāo)的精密播種機(jī)自動監(jiān)測系統(tǒng)。它由傳感器、報(bào)警裝置、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、步進(jìn)電機(jī)及單片機(jī)等組成。監(jiān)測裝置自動測試播種機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如：排種量，排種速度，播種面積，合格率，重播率，漏播率，粒距合格率等，并利用計(jì)算機(jī)軟件編程來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的運(yùn)算

15、處理，顯示并且實(shí)時監(jiān)控播種機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，使其達(dá)到指定要求。本研究內(nèi)容包括以下幾個方面：( 1 ）根據(jù)精密播種機(jī)排種性能確定其監(jiān)控方案；( 2 ）精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)；( 3 ）精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)；</p><p>　　二、監(jiān)控裝置總體方案的確定</p><p>　　2.1、播種機(jī)的性能要求及指標(biāo)</p><p>　　2.1.1、播種機(jī)

16、的性能要求</p><p>　　播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以獲取播種機(jī)排種性能參數(shù)為主，因此需要對播種機(jī)性能有一定的了解。播種機(jī)的性能要求，包括農(nóng)業(yè)技術(shù)要求和使用要求兩個方面。</p><p>　?。?）、播種機(jī)的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求：要求條播機(jī)的播種量符合農(nóng)業(yè)技術(shù)要求，行距一致、播種均勻；種子播入濕土層中且用濕土覆蓋，播深一致，種子損傷率低。對單粒精密播種機(jī)的要求是每穴1 粒，株距精密。表2-1列出了玉米作

17、物播種的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。</p><p>　　2-1 玉米作物播種的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求</p><p>　　（2）、播種機(jī)的使用要求：通用性好，能播多種種子，不損傷種子，調(diào)整、換種方便可靠；在田作、套種、播種的同時，能進(jìn)行施肥、開溝、筑埂、起壟及鎮(zhèn)壓等作業(yè)。</p><p>　　2.1.2、播種機(jī)的性能指標(biāo)：</p><p>　?。?）、排種量穩(wěn)定性

18、 指排種量不隨時間變化而保持穩(wěn)定的程度。</p><p>　?。?）、各行排種量一致性 各排種器相同條件下排種量一致程度。</p><p>　　（3）、排/播種均勻性 排種器排種的均勻程度和種子在種床上分布的均勻程度。</p><p>　?。?）、穴粒數(shù)合格率</p><p>　?。?）、粒距合格率 以0.5t＜株距t≤1.5t為合格。<

19、;/p><p>　?。?）、播深穩(wěn)定性 指種子上面所覆土層厚度的穩(wěn)定程度。</p><p><b>　　（7）、種子破損率</b></p><p>　　2.2、精密播種機(jī)排種性能參數(shù)的監(jiān)控</p><p>　　2.2.1、監(jiān)控內(nèi)容</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)主要是精密播種機(jī)自動監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)，比較

20、全面地自動測試播種機(jī)排種性能的各項(xiàng)指標(biāo)，并利用計(jì)算機(jī)編程軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，存儲，解決播種機(jī)實(shí)時監(jiān)控問題。2.2.1.1、漏播監(jiān)視</p><p>　　當(dāng)播種機(jī)正常工作時，種子有規(guī)律的下落并通過傳感器檢測空間，遮斷紅外二極管光束，光敏電阻將接收到的斷續(xù)光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號，經(jīng)過整形放大電路傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)；當(dāng)種 箱空或排種器不正常播種時，接收管收到的強(qiáng)光信號持續(xù)時間變長，此時監(jiān)控系統(tǒng)將對漏播進(jìn)行提示。<

21、/p><p>　　2.2.1.2、重播監(jiān)視</p><p>　　當(dāng)排種管堵塞或其他原因?qū)е侣浞N加快時，接收管收到的強(qiáng)光信號持續(xù)時間變短，此時聲光報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)將對重播進(jìn)行提示。</p><p>　　2.2.2、監(jiān)控方法</p><p>　　監(jiān)控裝置由傳感器、聲光報(bào)警裝置、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)及步進(jìn)電機(jī)等組成。將所采用的傳感器，安裝在排種器出種口附近。

22、傳感器的作用是將輸種管中種子流動的情況變換成電信號，并將其信號經(jīng)過整形放大電路送入單片機(jī)，對播種機(jī)作業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。</p><p>　　該播種機(jī)共有六路，每一路設(shè)置一個LED燈，正常播種時，各燈有規(guī)律的閃爍，當(dāng)某一路由于種箱空或輸種管堵塞漏播時，該路對應(yīng)的燈熄滅并有蜂鳴聲，當(dāng)某一路由于開溝器堵塞或其它原因重播時，該路對應(yīng)的燈持續(xù)發(fā)光并發(fā)出蜂鳴聲。</p><p>　　2.3、精密播種

23、機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案的確定</p><p>　　2.3.1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)各個物理信號的采集、放大、整形、處理和轉(zhuǎn)換。該監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要由傳感器測試電路，整形放大電路，聲光報(bào)警電路，單片機(jī)系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)電路，輸出控制電路等組成。</p><p>　　傳感器測試電路主要完成對播種量、排種速度、播種間距、漏

24、播等信息的采集，并且將這些非電量的模擬量轉(zhuǎn)換成電信號。</p><p>　　報(bào)警電路的主要功能是當(dāng)出現(xiàn)漏播或排種器堵塞時進(jìn)行聲光報(bào)警。單片機(jī)選用INTEL公司生產(chǎn)的80C52 單片機(jī)。它是一種低功耗、高性能的8 位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個8K 字節(jié)的ROM ，256 B 的 RAM，采用了CHMOS 工藝,具有高速度、高密度、低功耗的特點(diǎn)。</p><p>　　輸出控制電路由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、變頻

25、器及步進(jìn)電機(jī)組成。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換器選用DACO832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易。它的主要功能是進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號經(jīng)過變頻器送給步進(jìn)電機(jī)，從而控制排種器的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　圖2-1 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成框圖</p><p>　　2.3.2、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用匯編語

26、言編寫程序，其中心思想是把一個復(fù)雜的應(yīng)用程序按整體功能劃分為若干相對獨(dú)立的程序模塊，各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，然后再進(jìn)行綜合調(diào)試。主要介紹了主程序的設(shè)計(jì)，聲光報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)，D/A 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　三、監(jiān)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)總體方案的設(shè)計(jì)，本章將各部分的設(shè)計(jì)過程作以具體說明。根據(jù)不同功能模塊，本章分為傳感器測試電路、整形放大電路、聲光報(bào)

27、警電路、單片機(jī)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、電機(jī)控制等幾部分。</p><p>　　3.1、傳感器測試電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1、傳感器的選擇</p><p>　　傳感器是一種能按一定規(guī)律將各種被檢測量或信息轉(zhuǎn)換成便于處理的物理量的裝置或器件。傳感器位于系統(tǒng)的入口處，是獲取信息的第一個環(huán)節(jié)。播種檢測傳感器用于檢測有無種子通過檢測截面，傳感器的作用

28、是將輸種管中種子流動的情況變換成電信號。傳感器采用光電元件（包括可見光和紅外光等），安裝在輸種管附近，當(dāng)種子通過傳感器的種子通道時，遮斷光束，使光電管發(fā)出信號，表示有種子通過。當(dāng)某一行或者數(shù)行發(fā)生故障時，無種子通過，將發(fā)出報(bào)警聲響，因此它的性能好壞直接影響著排種監(jiān)控裝置的工作性能。為確實(shí)保證監(jiān)控的可靠性，對每一行均需進(jìn)行可靠的監(jiān)視。因此，檢測傳感器的檢測元件的選擇至關(guān)重要，它直接影響到監(jiān)測的精確度、靈敏度和可靠性。</p>

29、<p>　　選擇設(shè)計(jì)光電檢測傳感器的原則：</p><p>　　（1）、覆蓋性能：首先必須保證檢測范圍能夠覆蓋排種管徑，這樣才能確保無誤的檢測落種情況。其次要求發(fā)光元件照明均勻，受光面積越大越好。</p><p>　　（2）、頻率特性：種子通過光電檢測器檢測截面的時間一般為幾個毫秒，按最短時間1ms考慮，相當(dāng)于是頻率1kHz 的光脈沖。因此一般選用光敏器件時，對截止頻率的要求是

30、不低于被測頻率的10 倍，即10kHz ，對應(yīng)的時間常數(shù)應(yīng)該小于O .lms ，才能保證種子通過檢測截面時能夠可靠轉(zhuǎn)換為電信號。</p><p>　?。?）、光譜特性：發(fā)光元件和接收元件的光譜特性要吻合，發(fā)光元件的光譜峰值波長與接收元件的光譜靈敏度必須一致或相近。</p><p>　?。?）、抗塵特性：播種機(jī)在田間作業(yè)時，環(huán)境比較惡劣，灰塵交大，在傳感器表面會不斷積累灰塵，影響光信號的傳遞

31、，因此應(yīng)選用抗塵性較好的發(fā)光器件和光敏器件以保證檢測精度。</p><p>　　綜合上述幾個原則，考慮采用光電傳感器，其主要原因在于其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、抗電磁干擾性能好，尤其是它對種子的運(yùn)動沒有任何影響。</p><p>　　3.1.2、發(fā)光二極管的選擇 </p><p>　　常用的發(fā)光二極管有普通發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管、紅外激光二極管等。

32、</p><p>　　與普通發(fā)光二極管相比較，紅外發(fā)光二極管的穿透能力比可見光二極管強(qiáng)，而且受灰塵的影響程度比可見光二極管小。紅外發(fā)光二極管的更大優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動電路簡單，可在很寬的溫度范圍工作，器件壽命比激光二極管壽命長。同時，紅外發(fā)光二極管要比激光二極管便宜，經(jīng)濟(jì)性較好。</p><p>　　綜合上述幾方面的比較，本設(shè)計(jì)選用紅外發(fā)光二極管作為光電傳感器的光源。型號為：參數(shù)如下：</p&

33、gt;<p>　　紅外發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管相似，對于砷化稼紅外發(fā)光二極管其正向壓降在1V-2V 之間，使用時驅(qū)動電源電壓的數(shù)值應(yīng)大于其正向壓降，其反向擊穿電壓不得超過5V 。輸種管的直徑26-4Omm 之間（一般取30mm ) ，而光電傳感器的發(fā)光二極管和光敏二極管的直徑約為5mm ，故將4對傳感器水平均勻安裝在輸種管上組成傳感器組，其檢測范圍能覆蓋整個輸種管，其電路如圖3-1 所示。</p>&

34、lt;p>　　圖3-1 發(fā)光二極管電路</p><p>　　3.1.3、受光器件的選擇</p><p>　　常用受光器件有光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻等。</p><p>　　紅外光敏二極管具有線性好，響應(yīng)速度快，但光敏管直徑只有 3mm 和 5mm 兩種，如果用一支管作為受光面，容易產(chǎn)生很大的盲區(qū)，覆蓋性差，如果采用多個管受光，可以增加受光面積，但各個受

35、光面之間也有盲區(qū)。另外，光電管對接是根據(jù)接收到的不同的光強(qiáng)返回不同的高低電平信號，當(dāng)有灰塵時，接收管可能檢測不到微弱的光信號，導(dǎo)致檢測結(jié)果不精確。光敏三極管同二極管，不予以考慮。</p><p>　　光敏電阻也是一種光敏器件，它根據(jù)半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)制成，具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）、光敏電阻對光特別敏感，光的有無或者強(qiáng)弱能使其電阻值有幾十倍乃至幾萬倍的變化，灰塵不會影響信號

36、的傳遞；</p><p>　?。?）、光敏電阻有不同的尺寸，最大直徑20mm，該尺寸與輸種管道尺寸近似，因此只需一個光敏電阻即可；</p><p>　　（3）、光敏電阻價(jià)格便宜，經(jīng)濟(jì)性好；</p><p>　　（4）、光敏電阻靈敏度范圍為可見光到紅外光，光譜范圍寬，尤其對紅外輻射有較高的響應(yīng)速度。</p><p>　　分析比較各種受光元件，采

37、用光敏電阻作為受光元件，型號為20517，直徑20 mm ，外觀圖如下：</p><p>　　圖3-2 光敏電阻外觀圖</p><p>　　圖3-3給出了光敏電阻的光譜響應(yīng)特性，可知其光譜范圍為400~800 mm，范圍較寬，且對于不同頻率的光的相對靈敏度不同，在600~680可達(dá)80%以上。</p><p>　　圖3-3 光敏電阻的光譜響應(yīng)特性</p>

38、;<p>　　3.1.4、光電傳感器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　綜上所述，本檢測電路選用紅外光敏二極管作為受光器件，它與紅外發(fā)光二極管一起組成一對紅外發(fā)射接收管，對播種機(jī)下種情況進(jìn)行監(jiān)測，以下是一對光電二極管電路圖的設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3-4 光電二極管電路圖</p><p>　　3.1.5、排種監(jiān)測傳感器的安裝</p>&

39、lt;p>　　氣吸式播種機(jī)簡介：如圖3- 所示，氣吸式排種器由真空室、種箱和吸種盤等組成。在吸種盤周邊均勻分布有若干個吸種孔，吸種盤一面為真空，一面連接種箱，負(fù)壓由風(fēng)機(jī)提供，風(fēng)機(jī)與真空室連接。工作室在風(fēng)機(jī)作用下，使真空室形成負(fù)壓，當(dāng)吸種盤轉(zhuǎn)動時，使種子吸附到上面，當(dāng)吸附有種子的吸種孔轉(zhuǎn)出真空室時，種子靠重力下落，進(jìn)入輸種管道。</p><p>　　圖3-5 氣吸式精密播種機(jī)排種器結(jié)構(gòu)簡圖</p>

40、<p>　　排種監(jiān)測的內(nèi)容包括漏播、重播和粒數(shù)統(tǒng)計(jì)，漏播時包括種箱空和排種器出種口堵塞，重播包括開溝器堵塞和排種盤轉(zhuǎn)速過快，根據(jù)這兩種情況，把傳感器安裝在出種口下端部位，傳感器安裝結(jié)構(gòu)簡圖如下：</p><p>　　圖3-6 傳感器安裝結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　3.2、整形放大電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的要求，傳感器檢測到的信號必

41、須經(jīng)過放大、限幅和整形處理才能輸入單片機(jī)進(jìn)行記數(shù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用通用運(yùn)算放大器作為比較器。按運(yùn)放是開環(huán)還是反饋回路，可分為單限電壓比較器和遲滯電壓比較器。為了提高電壓比較器的抗干擾能力，通常將電壓比較器的輸出信號反饋回同相端形成正反饋，組成遲滯電壓比較器，遲滯比較器與簡單電壓比較器在電路上差一個反饋電阻。由于正反饋加速了翻轉(zhuǎn)過程，使傳輸特性更加接近理想化。</p><p>

42、;　　綜合上述分析，本設(shè)計(jì)選用如下整形放大電路。</p><p>　　圖3-7 整形放大電路</p><p>　　3.3、聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在播種作業(yè)中，若出現(xiàn)漏種或輸種管堵塞故障時，就應(yīng)啟動聲光報(bào)警裝置，提示駕駛員停車排除故障。</p><p>　　3.3.1、聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>

43、;　　系統(tǒng)中共用一套聲音報(bào)警裝置，所以要求當(dāng)各行正常工作時，報(bào)警器不報(bào)警；倘若某行不下種或堵種時，除該行的所對應(yīng)的發(fā)光二極管閃爍之外，同時警報(bào)裝置發(fā)出警報(bào)響聲。本電路采用了連續(xù)聲的蜂鳴器作為報(bào)警器件。</p><p>　　圖3-8 聲音報(bào)警電路圖</p><p>　　3.3.2、燈光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)發(fā)生故障時，為防止在嘈雜環(huán)境駕駛員聽不到聲音

44、警報(bào)，還需設(shè)置燈光報(bào)警電路，同時還利用指示燈指示故障所在行。本系統(tǒng)采用發(fā)光二極管（LED ）作為指示燈，為區(qū)分重播和漏播兩種不同故障，使LED燈的發(fā)光狀態(tài)發(fā)生改變。 </p><p>　　3.4、單片機(jī)硬件系統(tǒng)的選擇與配置</p><p>　　3.4.1、單片機(jī)的選擇</p><p>　　INTEL 公司的51系列單片機(jī)片內(nèi)有8KB程序存儲器，這種CHMOS工藝的存

45、儲器，保持了HMOS的高速度和高密度特點(diǎn)和CMOS的低功耗的特點(diǎn)。它對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。根據(jù)研究的特點(diǎn)，經(jīng)過比較分析，選用INTEL公司生產(chǎn)的80C52 單片機(jī)。</p><p>　　3.4.2、80C52單片機(jī)的功能簡介</p><p>　　80C52單片機(jī)采用40 線雙列直插封裝（DIP ）方式。下面簡要介紹這些引腳的功能。</p><p>

46、;　?。?）、主電源引腳 VCC 為電源端，GND 為接地端</p><p>　?。?）、時鐘電路引腳 XTAL1 和XTAL2</p><p>　?。?）、控制信號引腳 RST 、ALE / PROG、PSEN和EA / VPP</p><p>　　(4)、輸入輸出引腳 P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7</p&g

47、t;<p>　　表3-1 P3口第二功能定義</p><p>　　3.4.3、可編程并行I/O接口芯片8255A</p><p>　　對于本系統(tǒng)的要求，由于系統(tǒng)外圍配置和應(yīng)用電路的需要，現(xiàn)有并行I/O 口已經(jīng)不能滿足，故需對系統(tǒng)的FO 線進(jìn)行擴(kuò)展。</p><p>　　可編程并行I/O接口芯片8255A 是一個為8080 / 8085 微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可

48、編程通用并行接口電路。由于80C52 單片機(jī)與Intel公司的MCS -51 系列是兼容的，故選用Intel 公司的通用型可編程I/O接口擴(kuò)展芯片8255A ( 3 *8 ）來擴(kuò)展I/O口線最為簡捷可靠。擴(kuò)展方法選用廣泛采用的總線擴(kuò)展方法。擴(kuò)展的8255A芯片的數(shù)據(jù)輸入線取自AT89C51的Pl口。</p><p>　　數(shù)據(jù)總線（8 條）DO-D7 為雙向數(shù)據(jù)總線，用于單片機(jī)和8255A之間的數(shù)據(jù)傳送和控制信息的

49、傳送。</p><p>　　數(shù)據(jù)端口PA 、PB 、PC 可以編程選擇為輸入或輸出端口。</p><p>　　控制線（6 條）RESET 為復(fù)位線，高電平有效。復(fù)位時控制寄存器被清零，各端口設(shè)置成輸入方式。CS為片選線，RD為讀信號線，WR為寫信號線，均為低電平有效。Al 、AO 為端口選擇信號端，用來選中PA口、PB口、PC口和控制寄存器中的哪一組工作。</p><p

50、>　　3.4.4、8255A芯片與80C52的接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-9 8255A芯片與80C52的接口電路</p><p>　　圖中8255A的端口選擇信號線A0和A1分別接AT89C51的P2.5、P2.4端，片選CS接P2.3端，復(fù)位引腳接AT89C51的RESET端，8255A 的讀寫控制線RD和WR分別接AT89C51的RD和WR端，數(shù)據(jù)線D0～D7接P

51、1.0～P1.7端。</p><p>　　本系統(tǒng)中8255芯片A口擴(kuò)展為輸入端口，B口擴(kuò)展為輸出端口，連接DAC0832，C口擴(kuò)展為輸出端口，連接六路LED燈。使8255A工作于方式0，此時A 、B 、C 口均為基本輸入輸出方式，輸出鎖存，輸入三態(tài)。</p><p>　　3.4.5、時鐘及復(fù)位電路電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.5.1、時鐘電路</p&g

52、t;<p>　　時鐘電路是單片機(jī)電路的重要組成部分，它決定著單片機(jī)工作速度。在MCS-51 芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時鐘電路，時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二次分頻之后，才能成為單片機(jī)的時鐘脈沖信號。</p><p>　

53、　圖3-10 時鐘振蕩電路</p><p>　　電容C1和C2 取30PF 左右，晶體的振蕩頻率范圍是0-24MHz 。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。本系統(tǒng)采用12MHz的晶振，電容取3OpF。</p><p>　　3.4.5.2、復(fù)位電路</p><p>　　單片機(jī)復(fù)位是使CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從

54、這個狀態(tài)開始工作，同時復(fù)位電路還是單片機(jī)系統(tǒng)上電瞬間時鐘振蕩電路正常起振的條件。</p><p>　　本系統(tǒng)采用RC 復(fù)位電路中的上電復(fù)位電路（如圖示）。RST復(fù)位輸入引腳通過一電容接至VCC端，同時經(jīng)過一個電阻接地。上電復(fù)位的過程是在加電時，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著VCC對電容的充電過程而逐漸回落。只要保證RST為高電平的時間大于兩個機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。</p

55、><p>　　圖3-11 上電復(fù)位電路</p><p>　　3.5、顯示系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示系統(tǒng)用來實(shí)時顯示精密播種機(jī)的各項(xiàng)排種性能指標(biāo)。單片機(jī)從傳感器信息采集系統(tǒng)得到各項(xiàng)目標(biāo)信號，將它們經(jīng)過運(yùn)算處理，得出各項(xiàng)性能指標(biāo)，然后驅(qū)動顯示設(shè)備顯示，供駕駛員觀察參考。在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED。</p><

56、;p>　　本設(shè)計(jì)采用動態(tài)顯示方式，數(shù)碼管采用共陰極LED，選通電平為低電平。工作時輪流顯示，并且使每位保持延時一段時間，以使視覺暫留效果，看起來不會有閃動的感覺。顯示接口電路8位段選線接擴(kuò)展芯片8255A的PA輸出端口，4位位選線分別接AT89C51的P3.0、P3.1、P3.2和P3.3端口。</p><p>　　圖3-11 led顯示電路</p><p>　　3.6、D/A轉(zhuǎn)化

57、電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)輸出的8位控制信號為數(shù)字信號，需要轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號才能輸入變頻器的控制端。本系統(tǒng)選用DACO832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易。DACO832 由八位輸入鎖存器、八位DAC 寄存器、八位D /A轉(zhuǎn)換電路組成。本系統(tǒng)采用單緩沖方式。</p><p>　　DACO832 的數(shù)據(jù)輸入端DO～D7接單片機(jī)80C52的數(shù)據(jù)口Pl，由于該端口

58、同時又作為顯示電路的輸出口，故對其進(jìn)行擴(kuò)展，DAC0832 接擴(kuò)展芯片8255的PB口，WR1、WR2接地，數(shù)據(jù)允許鎖存信號端ILE 接+5V電壓，CS和XFER接單片機(jī)P2.6引腳。當(dāng)P2.6輸出低電平時選通DAC0832工作，數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后輸出控制變頻器進(jìn)行電機(jī)調(diào)速。</p><p>　　圖3-11 DAC0832與AT89C51的接口電路</p><p>　　3.7、監(jiān)控系統(tǒng)電

59、源設(shè)計(jì)</p><p>　　以拖拉機(jī)的12V電瓶為電源，其優(yōu)點(diǎn)在于與交流電網(wǎng)沒有直接關(guān)系，干擾小，無需整流，12V直流經(jīng)集成穩(wěn)壓芯片7805的穩(wěn)壓電路，獲得5V直流，可滿足本裝置各個模塊TTL工作電平的需要。</p><p>　　本裝置額電源模塊、控制和報(bào)警模塊集中在一個機(jī)殼內(nèi)構(gòu)成主機(jī)，主機(jī)安放于拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)，傳感器通過電纜與主機(jī)連接，電纜用于主機(jī)與傳感器信號、電流的交換。為在保證拖拉機(jī)

60、的顛簸中使傳感器的信號可靠傳輸，使用12航空接頭主要包括傳感器測試電路設(shè)計(jì)，整形放大電路設(shè)計(jì)，聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)系統(tǒng)的選擇配置及端口擴(kuò)展，顯示系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)和D / A 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　四、監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)完成后，需要經(jīng)過軟件設(shè)計(jì)，將傳感器獲取的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過整形放大電路，送入微機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后才能輸出用做顯示器的顯示數(shù)或控制器

61、的控制數(shù)據(jù)。因此軟件背負(fù)著對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的重任，本軟件采用匯編語言進(jìn)行編制程序。</p><p>　　4.1、軟件系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方案</p><p>　　4.1.1、主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件主程序的功能是對單片機(jī)及其它芯片的工作狀態(tài)進(jìn)行初始化，同時組織調(diào)用各子程序，按預(yù)定要求完成控制功能。程序具體功能包括：</p><p&

62、gt;　　( l ）對單片機(jī)及其它芯片進(jìn)行初始化。</p><p>　　( 2 ）調(diào)用各性能指標(biāo)測量子程序。</p><p>　　( 3 ）當(dāng)出現(xiàn)漏種或輸種管堵塞故障時，調(diào)用聲光報(bào)警子程序。</p><p>　　( 4 ）調(diào)用D / A 轉(zhuǎn)換子程序。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.

63、1.2、播種機(jī)各性能指標(biāo)測量子程序</p><p>　　本系統(tǒng)采用光電傳感器采集播種機(jī)各性能指標(biāo)，包括播種機(jī)排種量、排種速度等。</p><p>　　圖4-2 檢測程序流程圖 </p><p>　　4.1.3、D/A轉(zhuǎn)化子程序</p><p>　　以播種機(jī)的作業(yè)速度為參考值，由單片機(jī)將排種速度信息與播種機(jī)作業(yè)速度相比較，當(dāng)排種速度大于參

64、考值時，降低排種速度，反之，則提高排種速度。其中的數(shù)據(jù)傳送由D / A 轉(zhuǎn)換子程序來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖4-3 D/A轉(zhuǎn)化子程序流程圖</p><p><b>　　4.2、小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了數(shù)據(jù)采集完成后單片機(jī)對數(shù)據(jù)的處理方法以及監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。。主要介紹了主程序的設(shè)計(jì)，聲光報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)，D /

65、A 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì)，顯示子程序的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是對我們大學(xué)所學(xué)有關(guān)自動化方面的一個總結(jié)，內(nèi)容方面主要偏檢測、信號處理，單片機(jī)知識，這和我們以往所做的機(jī)械方面的課程設(shè)計(jì)有所不同。在確定課題之后，我們小組到農(nóng)機(jī)化教室仔細(xì)探討了吸氣式精密播種機(jī)的工作原理，以及其監(jiān)測系統(tǒng)的工作要求。在近一周的時間里，通

66、過查詢資料，我們對監(jiān)測系統(tǒng)的原理和要求有了很好的認(rèn)識，通過大家的探討，最終確定了設(shè)計(jì)任務(wù)的重點(diǎn)，即種箱和排種管道的種子信號檢測與處理，并確定了最終方案。</p><p>　　在整個課程設(shè)計(jì)中，我們主要用到了機(jī)械工程檢測技術(shù)，自動控制原理，單片機(jī)方面的知識，為了做好課程設(shè)計(jì)，我們又重新查閱課本，將有關(guān)知識復(fù)習(xí)一遍。在整個設(shè)計(jì)過程中，我們溫習(xí)了知識，再次學(xué)習(xí)了一下論文的排版格式，為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了一定基礎(chǔ)。最重要

67、的還是我們學(xué)到了團(tuán)結(jié)與包容，小組成員有考研的同學(xué)，找工作的同學(xué)，大家對課程設(shè)計(jì)的心態(tài)不是很一致，但是在設(shè)計(jì)過程中，大家相互理解，最終還是團(tuán)結(jié)在一起完成了本次課程設(shè)計(jì)，這種團(tuán)結(jié)與包容的精神對我們今后的工作和學(xué)習(xí)都會起到重要作用！</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)我深深的感到了理論和實(shí)踐之間的巨大差距及其聯(lián)系。平時大家的理論知識很好，但在課程設(shè)計(jì)中并不能得心應(yīng)手，在做設(shè)計(jì)時需要全面考慮，將所學(xué)知識揉合在一起，但我

68、們做的并不好。我們搞設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方法有很多，但是要做好，我們就需要考慮到各種細(xì)節(jié)，將所有問題綜合考慮，有關(guān)設(shè)計(jì)方面的語言我們從課本上讀過不少，但是真正做到的卻不多，我們喜歡將問題簡單化，不愿去深究，這樣又如何能做出滿意的成果來呢？</p><p>　　最后我們很感謝所有的指導(dǎo)老師們，謝謝您們在寒冷的冬日里準(zhǔn)時到教室為我們講解，幫助大家分析機(jī)器及設(shè)計(jì)方案的確定。課程設(shè)計(jì)快結(jié)束了，我們的大學(xué)也快要結(jié)束了，真心的再

69、次感謝所有的指導(dǎo)老師！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李敏，孟臣，張錫智．《精密播種智能監(jiān)視儀的研制 》；</p><p>　　[2]陸黎，胡建平，王韓偉，《精密播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及創(chuàng)新研究》；</p><p>　　[3]楊景芝，付麗娟．《基于光電傳感器的精密播種機(jī)排種檢測

70、報(bào)警系統(tǒng)》；</p><p>　　[4]匡麗紅，張偉．《精密播種機(jī)種肥智能檢測系統(tǒng)》；</p><p>　　[5]劉淑霞，孫耀杰等．《精密播種機(jī)微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)研究》；</p><p>　　[6]鄭送軍，楊衛(wèi)民．《精密播種機(jī)排種器自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)》；</p><p>　　[7]陳紹斌，呂新民，張麗君．《精密播種機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)》；</