油菜移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

肖名濤　孫松林　周惠根　李軍政　張利峰

摘要：油菜移栽機(jī)在工作時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)漏栽和堵塞等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)一套以STM32為核心的檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)以4個(gè)光電開關(guān)及相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管、警報(bào)器等作為光電傳感器的發(fā)射端接收端和提示端，精確檢測(cè)全程漏栽的具體行數(shù)和排數(shù)。移栽機(jī)沒有把油菜苗調(diào)入移栽的栽植器時(shí)，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，在數(shù)碼管上顯示漏栽的排數(shù)；發(fā)光二極管亮起，顯示移栽的具體行數(shù)。當(dāng)移栽機(jī)全部移栽完畢后，人工查補(bǔ)漏栽秧苗，能夠提高移栽機(jī)的工作效率。

關(guān)鍵詞：油菜移栽機(jī)；漏栽；設(shè)計(jì)；檢測(cè)

中圖分類號(hào)：S223.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）09-0020-04

油菜移栽機(jī)的技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為現(xiàn)代移栽技術(shù)的主要特征。應(yīng)用移栽機(jī)移栽油菜苗以后，人工快速、準(zhǔn)確地找到漏栽的油菜苗，是確保人工補(bǔ)栽效率和防止油菜苗出現(xiàn)少栽的重要環(huán)節(jié)。移栽作業(yè)整個(gè)過程中都是在全封閉的狀態(tài)下進(jìn)行，無法避免出現(xiàn)漏播的現(xiàn)象，而作業(yè)人員很難覺察到。因此，需要設(shè)計(jì)一種性價(jià)比較高的檢測(cè)系統(tǒng)以確保移栽效果和機(jī)械性能。

移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)，能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)移栽機(jī)漏栽等異?，F(xiàn)象，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。本系統(tǒng)可以適用于多種移栽機(jī)，成本低、經(jīng)濟(jì)效益高。從生產(chǎn)角度看，可以大大提高移栽的效率和質(zhì)量。

1 油菜移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)由傳感器模塊、STM32模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊和通訊模塊等5個(gè)模塊組成。其中STM32模塊為整個(gè)系統(tǒng)的核心。總體方案設(shè)計(jì)如圖1。

移栽機(jī)移栽檢測(cè)系統(tǒng)原理圖如圖2，其主要由傳感器、STM32控制系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)及輸入與輸出系統(tǒng)組成。

移栽機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中的4個(gè)光電傳感器對(duì)應(yīng)4個(gè)栽植器采集信號(hào)，由于4個(gè)栽植器的移栽基本同步，所以只要有一個(gè)光電傳感器有信號(hào)，數(shù)碼管上就會(huì)增加一次，以代表移栽的排數(shù)。當(dāng)光電開關(guān)沒有檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的LED會(huì)亮起，同時(shí)報(bào)警裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音來提示作業(yè)人員有苗漏栽。這樣作業(yè)人員就可以從數(shù)碼管和LED燈上知道在哪排哪行漏栽。因?yàn)橐圃詸C(jī)轉(zhuǎn)彎要使得后面的移栽結(jié)構(gòu)不受地面的沖撞，所以當(dāng)移栽完四行時(shí)，移栽結(jié)構(gòu)有一個(gè)通過液壓大幅度的上升結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)彎結(jié)束后又要使得移栽機(jī)構(gòu)放下來。通過這樣的機(jī)械升高與降低，可以采用超聲波傳感器來測(cè)定距離。轉(zhuǎn)彎后，超聲波傳感器檢測(cè)到移栽機(jī)又開始移栽，從而使數(shù)碼管上顯示為零。這樣可以重復(fù)使用監(jiān)測(cè)裝置，在大面積移栽后，工作人員很容易找到漏栽的油菜苗，通過人工補(bǔ)栽達(dá)到無漏栽的效果。

2 油菜移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

移栽機(jī)移栽系統(tǒng)硬件方案由多個(gè)模塊組成，圖3為整個(gè)工作的電路圖。

移栽機(jī)的漏栽檢測(cè)傳感器用于檢測(cè)有無油菜苗通過移栽的栽植器，其主要作用是將油菜苗下落到栽植器的情況變成電信號(hào)。因此，它的好壞直接影響移栽監(jiān)測(cè)裝置的工作性能。為確保檢測(cè)的可靠性，需要對(duì)每一個(gè)栽植器進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)移栽機(jī)漏栽的檢測(cè)裝置要求，傳感器應(yīng)安裝在栽植器邊上。

在傳感器的選型上，應(yīng)從頻率特性、靈敏性和發(fā)光元件的覆蓋性等方面進(jìn)行分析。本系統(tǒng)采用了歐姆龍光電傳感器。它具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)多個(gè)參數(shù)，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，非常適合移栽機(jī)漏栽的檢測(cè)裝置。光電傳感器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)。它采用了施密特整形電路，先對(duì)傳感器傳來的電流進(jìn)行整形，之后經(jīng)過門電路進(jìn)行邏輯判斷并發(fā)出脈沖信號(hào)給STM32模塊。

2.1 STM32模塊

STM32控制模塊是檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分的控制核心。采用芯片STM32F103ve，它一共有8個(gè)通用Timer，其中TIMER1和TIMER8是高級(jí)定時(shí)器，其他的是普通定時(shí)器。此外，還有一個(gè)Systick，這個(gè)定時(shí)器通常在操作系統(tǒng)中作為系統(tǒng)的任務(wù)切換周期。還有一個(gè)RTC，它是一個(gè)毫秒定時(shí)器，支持秒級(jí)中斷，用來做實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，從而緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。芯片F(xiàn)103ve電路圖如圖4。

處理器作為核心部分，從傳感器模塊接收脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作邏輯判斷，再將處理過的數(shù)據(jù)通過通訊模塊傳給顯示模塊和LED模塊。

2.2 DC-DC電源模塊

由于在移栽機(jī)漏栽檢測(cè)裝置的工作壞境中只有12.0 V的工作電源，而檢測(cè)裝置需要5.0 V和3.3 V電壓供電。所以，需要將12.0 V電壓通過DC-DC轉(zhuǎn)換為5.0 V和3.3 V。

芯片LM2596S和LM1117電路圖如圖5。

2.3 顯示模塊和LED模塊

油菜移栽機(jī)記錄的栽苗行數(shù)，是通過數(shù)碼管顯示出來的。為了讓工作人員知道哪一行漏栽，LED燈上會(huì)亮起不同顏色的光。電路圖見圖6。

2.4 通信模塊的設(shè)計(jì)

移栽通信廣泛采用了MAX232ACSE串行總線標(biāo)準(zhǔn)。它采用的平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模的干擾能力。由于采用了半雙工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。工作電路圖如圖7。

3 系統(tǒng)軟件方案及流程

軟件設(shè)計(jì)主要用于支持硬件系統(tǒng)的運(yùn)行和工作。由于主控器選用的單片機(jī)STM32，而C語言十分適合應(yīng)用在它的編程中。同時(shí)，考慮到C語言效率高，執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此本檢測(cè)系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。軟件程序主要包括主程序、定時(shí)中斷子程序和通訊子程序，分別完成工作位信號(hào)采集、邏輯判斷與警報(bào)和數(shù)據(jù)傳輸。主程序流程圖如圖8。

4 系統(tǒng)抗干擾防誤報(bào)方案的設(shè)計(jì)

抗干擾措施的設(shè)置是提高測(cè)試系統(tǒng)可靠性的重要手段。移栽機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)工作壞境比較復(fù)雜，為確保系統(tǒng)在任何條件下都能保持良好的工作狀態(tài)，對(duì)整個(gè)電路采取一系列的抗干擾措施。內(nèi)部電路最大限度減少調(diào)整元件，并用熱熔膠固定，加強(qiáng)這個(gè)電路板的穩(wěn)定性。軟件方面，通過軟件攔截方法防止程序跑飛和陷入死循環(huán)，確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

5 結(jié)論

運(yùn)用了傳感器技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于STM32F103ve單片機(jī)的移栽檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、準(zhǔn)確記載漏栽的行數(shù)和排數(shù)，報(bào)警準(zhǔn)確及時(shí)，傳感器抗塵性能比較明顯。通過模塊化的軟件設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)漏栽進(jìn)行準(zhǔn)確的記載，使得移栽機(jī)的智能控制水平和自動(dòng)化水平得到極大地提高。提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，減少了操作人員的工作量。

摘要：油菜移栽機(jī)在工作時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)漏栽和堵塞等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)一套以STM32為核心的檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)以4個(gè)光電開關(guān)及相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管、警報(bào)器等作為光電傳感器的發(fā)射端接收端和提示端，精確檢測(cè)全程漏栽的具體行數(shù)和排數(shù)。移栽機(jī)沒有把油菜苗調(diào)入移栽的栽植器時(shí)，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，在數(shù)碼管上顯示漏栽的排數(shù)；發(fā)光二極管亮起，顯示移栽的具體行數(shù)。當(dāng)移栽機(jī)全部移栽完畢后，人工查補(bǔ)漏栽秧苗，能夠提高移栽機(jī)的工作效率。

關(guān)鍵詞：油菜移栽機(jī)；漏栽；設(shè)計(jì)；檢測(cè)

中圖分類號(hào)：S223.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）09-0020-04

油菜移栽機(jī)的技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為現(xiàn)代移栽技術(shù)的主要特征。應(yīng)用移栽機(jī)移栽油菜苗以后，人工快速、準(zhǔn)確地找到漏栽的油菜苗，是確保人工補(bǔ)栽效率和防止油菜苗出現(xiàn)少栽的重要環(huán)節(jié)。移栽作業(yè)整個(gè)過程中都是在全封閉的狀態(tài)下進(jìn)行，無法避免出現(xiàn)漏播的現(xiàn)象，而作業(yè)人員很難覺察到。因此，需要設(shè)計(jì)一種性價(jià)比較高的檢測(cè)系統(tǒng)以確保移栽效果和機(jī)械性能。

移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)，能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)移栽機(jī)漏栽等異常現(xiàn)象，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。本系統(tǒng)可以適用于多種移栽機(jī)，成本低、經(jīng)濟(jì)效益高。從生產(chǎn)角度看，可以大大提高移栽的效率和質(zhì)量。

1 油菜移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)由傳感器模塊、STM32模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊和通訊模塊等5個(gè)模塊組成。其中STM32模塊為整個(gè)系統(tǒng)的核心?？傮w方案設(shè)計(jì)如圖1。

移栽機(jī)移栽檢測(cè)系統(tǒng)原理圖如圖2，其主要由傳感器、STM32控制系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)及輸入與輸出系統(tǒng)組成。

移栽機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中的4個(gè)光電傳感器對(duì)應(yīng)4個(gè)栽植器采集信號(hào)，由于4個(gè)栽植器的移栽基本同步，所以只要有一個(gè)光電傳感器有信號(hào)，數(shù)碼管上就會(huì)增加一次，以代表移栽的排數(shù)。當(dāng)光電開關(guān)沒有檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的LED會(huì)亮起，同時(shí)報(bào)警裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音來提示作業(yè)人員有苗漏栽。這樣作業(yè)人員就可以從數(shù)碼管和LED燈上知道在哪排哪行漏栽。因?yàn)橐圃詸C(jī)轉(zhuǎn)彎要使得后面的移栽結(jié)構(gòu)不受地面的沖撞，所以當(dāng)移栽完四行時(shí)，移栽結(jié)構(gòu)有一個(gè)通過液壓大幅度的上升結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)彎結(jié)束后又要使得移栽機(jī)構(gòu)放下來。通過這樣的機(jī)械升高與降低，可以采用超聲波傳感器來測(cè)定距離。轉(zhuǎn)彎后，超聲波傳感器檢測(cè)到移栽機(jī)又開始移栽，從而使數(shù)碼管上顯示為零。這樣可以重復(fù)使用監(jiān)測(cè)裝置，在大面積移栽后，工作人員很容易找到漏栽的油菜苗，通過人工補(bǔ)栽達(dá)到無漏栽的效果。

2 油菜移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

移栽機(jī)移栽系統(tǒng)硬件方案由多個(gè)模塊組成，圖3為整個(gè)工作的電路圖。

移栽機(jī)的漏栽檢測(cè)傳感器用于檢測(cè)有無油菜苗通過移栽的栽植器，其主要作用是將油菜苗下落到栽植器的情況變成電信號(hào)。因此，它的好壞直接影響移栽監(jiān)測(cè)裝置的工作性能。為確保檢測(cè)的可靠性，需要對(duì)每一個(gè)栽植器進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)移栽機(jī)漏栽的檢測(cè)裝置要求，傳感器應(yīng)安裝在栽植器邊上。

在傳感器的選型上，應(yīng)從頻率特性、靈敏性和發(fā)光元件的覆蓋性等方面進(jìn)行分析。本系統(tǒng)采用了歐姆龍光電傳感器。它具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)多個(gè)參數(shù)，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，非常適合移栽機(jī)漏栽的檢測(cè)裝置。光電傳感器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)。它采用了施密特整形電路，先對(duì)傳感器傳來的電流進(jìn)行整形，之后經(jīng)過門電路進(jìn)行邏輯判斷并發(fā)出脈沖信號(hào)給STM32模塊。

2.1 STM32模塊

STM32控制模塊是檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分的控制核心。采用芯片STM32F103ve，它一共有8個(gè)通用Timer，其中TIMER1和TIMER8是高級(jí)定時(shí)器，其他的是普通定時(shí)器。此外，還有一個(gè)Systick，這個(gè)定時(shí)器通常在操作系統(tǒng)中作為系統(tǒng)的任務(wù)切換周期。還有一個(gè)RTC，它是一個(gè)毫秒定時(shí)器，支持秒級(jí)中斷，用來做實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，從而緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。芯片F(xiàn)103ve電路圖如圖4。

處理器作為核心部分，從傳感器模塊接收脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作邏輯判斷，再將處理過的數(shù)據(jù)通過通訊模塊傳給顯示模塊和LED模塊。

2.2 DC-DC電源模塊

由于在移栽機(jī)漏栽檢測(cè)裝置的工作壞境中只有12.0 V的工作電源，而檢測(cè)裝置需要5.0 V和3.3 V電壓供電。所以，需要將12.0 V電壓通過DC-DC轉(zhuǎn)換為5.0 V和3.3 V。

芯片LM2596S和LM1117電路圖如圖5。

2.3 顯示模塊和LED模塊

油菜移栽機(jī)記錄的栽苗行數(shù)，是通過數(shù)碼管顯示出來的。為了讓工作人員知道哪一行漏栽，LED燈上會(huì)亮起不同顏色的光。電路圖見圖6。

2.4 通信模塊的設(shè)計(jì)

移栽通信廣泛采用了MAX232ACSE串行總線標(biāo)準(zhǔn)。它采用的平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模的干擾能力。由于采用了半雙工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。工作電路圖如圖7。

3 系統(tǒng)軟件方案及流程

軟件設(shè)計(jì)主要用于支持硬件系統(tǒng)的運(yùn)行和工作。由于主控器選用的單片機(jī)STM32，而C語言十分適合應(yīng)用在它的編程中。同時(shí)，考慮到C語言效率高，執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此本檢測(cè)系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。軟件程序主要包括主程序、定時(shí)中斷子程序和通訊子程序，分別完成工作位信號(hào)采集、邏輯判斷與警報(bào)和數(shù)據(jù)傳輸。主程序流程圖如圖8。

4 系統(tǒng)抗干擾防誤報(bào)方案的設(shè)計(jì)

抗干擾措施的設(shè)置是提高測(cè)試系統(tǒng)可靠性的重要手段。移栽機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)工作壞境比較復(fù)雜，為確保系統(tǒng)在任何條件下都能保持良好的工作狀態(tài)，對(duì)整個(gè)電路采取一系列的抗干擾措施。內(nèi)部電路最大限度減少調(diào)整元件，并用熱熔膠固定，加強(qiáng)這個(gè)電路板的穩(wěn)定性。軟件方面，通過軟件攔截方法防止程序跑飛和陷入死循環(huán)，確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

5 結(jié)論

運(yùn)用了傳感器技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于STM32F103ve單片機(jī)的移栽檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、準(zhǔn)確記載漏栽的行數(shù)和排數(shù)，報(bào)警準(zhǔn)確及時(shí)，傳感器抗塵性能比較明顯。通過模塊化的軟件設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)漏栽進(jìn)行準(zhǔn)確的記載，使得移栽機(jī)的智能控制水平和自動(dòng)化水平得到極大地提高。提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，減少了操作人員的工作量。

摘要：油菜移栽機(jī)在工作時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)漏栽和堵塞等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)一套以STM32為核心的檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)以4個(gè)光電開關(guān)及相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管、警報(bào)器等作為光電傳感器的發(fā)射端接收端和提示端，精確檢測(cè)全程漏栽的具體行數(shù)和排數(shù)。移栽機(jī)沒有把油菜苗調(diào)入移栽的栽植器時(shí)，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，在數(shù)碼管上顯示漏栽的排數(shù)；發(fā)光二極管亮起，顯示移栽的具體行數(shù)。當(dāng)移栽機(jī)全部移栽完畢后，人工查補(bǔ)漏栽秧苗，能夠提高移栽機(jī)的工作效率。

關(guān)鍵詞：油菜移栽機(jī)；漏栽；設(shè)計(jì)；檢測(cè)

中圖分類號(hào)：S223.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）09-0020-04

油菜移栽機(jī)的技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為現(xiàn)代移栽技術(shù)的主要特征。應(yīng)用移栽機(jī)移栽油菜苗以后，人工快速、準(zhǔn)確地找到漏栽的油菜苗，是確保人工補(bǔ)栽效率和防止油菜苗出現(xiàn)少栽的重要環(huán)節(jié)。移栽作業(yè)整個(gè)過程中都是在全封閉的狀態(tài)下進(jìn)行，無法避免出現(xiàn)漏播的現(xiàn)象，而作業(yè)人員很難覺察到。因此，需要設(shè)計(jì)一種性價(jià)比較高的檢測(cè)系統(tǒng)以確保移栽效果和機(jī)械性能。

移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)，能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)移栽機(jī)漏栽等異常現(xiàn)象，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。本系統(tǒng)可以適用于多種移栽機(jī)，成本低、經(jīng)濟(jì)效益高。從生產(chǎn)角度看，可以大大提高移栽的效率和質(zhì)量。

1 油菜移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)由傳感器模塊、STM32模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊和通訊模塊等5個(gè)模塊組成。其中STM32模塊為整個(gè)系統(tǒng)的核心。總體方案設(shè)計(jì)如圖1。

移栽機(jī)移栽檢測(cè)系統(tǒng)原理圖如圖2，其主要由傳感器、STM32控制系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)及輸入與輸出系統(tǒng)組成。

移栽機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中的4個(gè)光電傳感器對(duì)應(yīng)4個(gè)栽植器采集信號(hào)，由于4個(gè)栽植器的移栽基本同步，所以只要有一個(gè)光電傳感器有信號(hào)，數(shù)碼管上就會(huì)增加一次，以代表移栽的排數(shù)。當(dāng)光電開關(guān)沒有檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的LED會(huì)亮起，同時(shí)報(bào)警裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音來提示作業(yè)人員有苗漏栽。這樣作業(yè)人員就可以從數(shù)碼管和LED燈上知道在哪排哪行漏栽。因?yàn)橐圃詸C(jī)轉(zhuǎn)彎要使得后面的移栽結(jié)構(gòu)不受地面的沖撞，所以當(dāng)移栽完四行時(shí)，移栽結(jié)構(gòu)有一個(gè)通過液壓大幅度的上升結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)彎結(jié)束后又要使得移栽機(jī)構(gòu)放下來。通過這樣的機(jī)械升高與降低，可以采用超聲波傳感器來測(cè)定距離。轉(zhuǎn)彎后，超聲波傳感器檢測(cè)到移栽機(jī)又開始移栽，從而使數(shù)碼管上顯示為零。這樣可以重復(fù)使用監(jiān)測(cè)裝置，在大面積移栽后，工作人員很容易找到漏栽的油菜苗，通過人工補(bǔ)栽達(dá)到無漏栽的效果。

2 油菜移栽機(jī)漏栽檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

移栽機(jī)移栽系統(tǒng)硬件方案由多個(gè)模塊組成，圖3為整個(gè)工作的電路圖。

移栽機(jī)的漏栽檢測(cè)傳感器用于檢測(cè)有無油菜苗通過移栽的栽植器，其主要作用是將油菜苗下落到栽植器的情況變成電信號(hào)。因此，它的好壞直接影響移栽監(jiān)測(cè)裝置的工作性能。為確保檢測(cè)的可靠性，需要對(duì)每一個(gè)栽植器進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)移栽機(jī)漏栽的檢測(cè)裝置要求，傳感器應(yīng)安裝在栽植器邊上。

在傳感器的選型上，應(yīng)從頻率特性、靈敏性和發(fā)光元件的覆蓋性等方面進(jìn)行分析。本系統(tǒng)采用了歐姆龍光電傳感器。它具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)多個(gè)參數(shù)，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，非常適合移栽機(jī)漏栽的檢測(cè)裝置。光電傳感器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)。它采用了施密特整形電路，先對(duì)傳感器傳來的電流進(jìn)行整形，之后經(jīng)過門電路進(jìn)行邏輯判斷并發(fā)出脈沖信號(hào)給STM32模塊。

2.1 STM32模塊

STM32控制模塊是檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分的控制核心。采用芯片STM32F103ve，它一共有8個(gè)通用Timer，其中TIMER1和TIMER8是高級(jí)定時(shí)器，其他的是普通定時(shí)器。此外，還有一個(gè)Systick，這個(gè)定時(shí)器通常在操作系統(tǒng)中作為系統(tǒng)的任務(wù)切換周期。還有一個(gè)RTC，它是一個(gè)毫秒定時(shí)器，支持秒級(jí)中斷，用來做實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，從而緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。芯片F(xiàn)103ve電路圖如圖4。

處理器作為核心部分，從傳感器模塊接收脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作邏輯判斷，再將處理過的數(shù)據(jù)通過通訊模塊傳給顯示模塊和LED模塊。

2.2 DC-DC電源模塊

由于在移栽機(jī)漏栽檢測(cè)裝置的工作壞境中只有12.0 V的工作電源，而檢測(cè)裝置需要5.0 V和3.3 V電壓供電。所以，需要將12.0 V電壓通過DC-DC轉(zhuǎn)換為5.0 V和3.3 V。

芯片LM2596S和LM1117電路圖如圖5。

2.3 顯示模塊和LED模塊

油菜移栽機(jī)記錄的栽苗行數(shù)，是通過數(shù)碼管顯示出來的。為了讓工作人員知道哪一行漏栽，LED燈上會(huì)亮起不同顏色的光。電路圖見圖6。

2.4 通信模塊的設(shè)計(jì)

移栽通信廣泛采用了MAX232ACSE串行總線標(biāo)準(zhǔn)。它采用的平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模的干擾能力。由于采用了半雙工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。工作電路圖如圖7。

3 系統(tǒng)軟件方案及流程

軟件設(shè)計(jì)主要用于支持硬件系統(tǒng)的運(yùn)行和工作。由于主控器選用的單片機(jī)STM32，而C語言十分適合應(yīng)用在它的編程中。同時(shí)，考慮到C語言效率高，執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此本檢測(cè)系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。軟件程序主要包括主程序、定時(shí)中斷子程序和通訊子程序，分別完成工作位信號(hào)采集、邏輯判斷與警報(bào)和數(shù)據(jù)傳輸。主程序流程圖如圖8。

4 系統(tǒng)抗干擾防誤報(bào)方案的設(shè)計(jì)

抗干擾措施的設(shè)置是提高測(cè)試系統(tǒng)可靠性的重要手段。移栽機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)工作壞境比較復(fù)雜，為確保系統(tǒng)在任何條件下都能保持良好的工作狀態(tài)，對(duì)整個(gè)電路采取一系列的抗干擾措施。內(nèi)部電路最大限度減少調(diào)整元件，并用熱熔膠固定，加強(qiáng)這個(gè)電路板的穩(wěn)定性。軟件方面，通過軟件攔截方法防止程序跑飛和陷入死循環(huán)，確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

5 結(jié)論

運(yùn)用了傳感器技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于STM32F103ve單片機(jī)的移栽檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、準(zhǔn)確記載漏栽的行數(shù)和排數(shù)，報(bào)警準(zhǔn)確及時(shí)，傳感器抗塵性能比較明顯。通過模塊化的軟件設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)漏栽進(jìn)行準(zhǔn)確的記載，使得移栽機(jī)的智能控制水平和自動(dòng)化水平得到極大地提高。提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，減少了操作人員的工作量。