精量穴播器排種性能自動檢測裝置設計

李秉旭

(佳木斯大學機械工程學院，黑龍江 佳木斯 154003)

我國是農業(yè)大國，農業(yè)對我國影響深遠，所以要加快農業(yè)的發(fā)展，就要提高農業(yè)機械化的水平。在農業(yè)機械中，排種器尤為重要，穴播器作為排種器的一種，研究穴播器及其性能檢測是十分重要的。穴播器是按一定行距和穴距，將種子成穴播種的種植機械。每穴可播一?；驍?shù)粒種子，分別稱單粒精播或多粒穴播。穴播器主要用于日常生活中各種農作物的耕種，穴播器出現(xiàn)漏播、多播現(xiàn)象，對于農作物的收成影響十分巨大。但通常檢測穴播器的各項性能十分不易，不僅價格昂貴還容易受到場地和環(huán)境的影響。因此，設計一款價格便宜、操作簡單、能夠穩(wěn)定測量穴播器性能的檢測裝置是很有必要的[1-9]。

1 整體方案設計

本裝置主要通過傳送帶和鏈傳動來進行動力的傳遞，先將穴播器使用固定支架來固定在機架上，讓穴播器在排種時能將種子直接排在下方的傳送帶上，傳送帶進行反向的運動，此時傳送帶的運動速度就是在模擬情況下播種機的前進速度。在傳送帶上可以有效觀察種子的情況，可以看出種子是否有漏播現(xiàn)象。這種方案結構十分簡單，便于設計和安裝，并且所使用的成本也較低[10-22]。精量穴播器檢測裝置方案圖如圖1所示。

圖1 精量穴播器檢測裝置方案圖1.穴播器；2.撥桿；3.傳動鏈齒；4.支座一；5.壓桿；6.接近傳感器；7.實驗臺架；8.轉速調節(jié)裝置；9.調速電機一；10.排種顯示控制器；11.傳送帶鏈齒；12.調速電機二；13.支座二；14.光幕傳感器；15.光幕傳感器支架；16.傳送帶

2 控制系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)硬件構成

穴播器性能檢測試驗臺系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。主要由微處理器及其外圍電路，檢測模塊、光電傳感器，人機交互模塊、液晶顯示電路，執(zhí)行器模塊和電源模塊組成。

圖2 系統(tǒng)結構框圖

微處理器是整個系統(tǒng)的核心部件，主要作用是接收光幕傳感器產生的信號，對信號進行計算和處理，并且輸出到LCD顯示屏完成交互。

2.2 微處理器及外圍電路設計

在整個控制系統(tǒng)中，微處理器要接收來自傳感器的信號并對接收的數(shù)據(jù)進行運算處理，所以處理器的性能十分重要。在本次設計中，需要處理器來對光電傳感器采集的脈沖信號進行檢測和計算，同時向連接的液晶顯示屏輸出相應的數(shù)據(jù)。

2.2.1 芯片選擇

根據(jù)所需要求，本次選用STC89C52RC處理器作為微處理器，該處理器具有8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，可以滿足信號的采集計算與液晶顯示的要求。

2.2.2 單片機外圍電路設計

單片機的外圍電路包括晶振電路、復位電路、相關電源連接、與傳感器的連接和液晶顯示電路。單片機外圍電路如圖3所示。

圖3 單片機外圍電路

2.3 系統(tǒng)程序設計

本設計的系統(tǒng)軟件主要包括初始化模塊，LCD顯示模塊和檢測模塊。選用C語言作為軟件程序的開發(fā)語言。

2.3.1 應用程序的結構

本設計軟件部分主要包括初始化模塊、LCD顯示模塊和傳感信號接收模塊三部分組成。系統(tǒng)軟件模塊關系圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件模塊關系圖

系統(tǒng)通電后，對各個模塊進行初始化，然后啟動傳感器，接收傳感器的采集信號并發(fā)送給微處理器進行信號處理，最終將處理完的數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上。

2.3.2 初始化模塊

系統(tǒng)在通電進行復位之后，需要首先對整個系統(tǒng)進行初始化設置，包括對LCD顯示、中斷和定時器計數(shù)器的初始化。系統(tǒng)初始化程序流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)初始化程序流程圖

初始化程序如下：

1.液晶初始化程序

void initlcd()//

完成液晶顯示的初始化工作

{

r=0；//寫選擇

lcden=0；//使能信號

write_com(0x38)；//設置 16×2 顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口

write_com(0x0c)；//設置開顯示，不顯示光標

write_com(0x06)；//寫一個字符后地址指針加 1

write_com(0x01)；//顯示清 0，數(shù)據(jù)指針清 0

}

2.中斷初始化程序

void init()//

完成中斷的初始化工作

{

IT0=1；//外部中斷 0 為電平觸發(fā)方式，低電平有效

IT1=1；//外部中斷 1 為電平觸發(fā)方式，低電平有效

EX0=1；//允許外部中斷 0

EX1=1；//允許外部中斷 1

EA=1；//開總中斷

PX0=1；//外部中斷 0 較高優(yōu)先級

TMOD=1；//定時器方式寄存器為工作方式 1

TH0=41968/256；//給定時器 0 高八位賦初值

TL0=41968%256；//給定時器 0 低八位賦初值

ET0=1；//允許定時器 0 的中斷

TR0=1；//啟動定時器

}

3 結論

在本次設計中，主要進行了精量穴播器檢測裝置機械部分和控制部分的設計，將軟硬件結合，可以檢測出精量穴播器的實時排種率。

(1)本設計主要采取傳送帶式的機體結構來進行檢測裝置設計，傳動部分采用了帶傳動和鏈傳動。

(2)完成了檢測裝置總體的結構設計。檢測裝置基本尺寸為2 000 mm×600 mm×725 mm，檢測裝置的機架材料選用不銹鋼。

(3)完成了電機的選型設計和計算。選用Z2BLD60-24GN直流電機提供檢測裝置的動力。

(4)完成了傳感器部件的設計和安裝。選用光電傳感器的型號為E3F-DS30C4光電傳感器對理論播種量和實際播種量進行檢測。

(5)完成了單片機控制系統(tǒng)的設計。選用STC89C52RC單片機作為微處理器，選用LCD1602作為顯示屏，軟件部分使用C語言進行編程，其他模塊的程序采用流程圖的形式給出。

(6)根據(jù)研究表明：在容種高度為30～120 mm、傳送帶運行速度在4～4.5 km/h的情況下，精量穴播器漏播率小于3%、種子破碎率小于0.1%，隨著穴播器轉速的升高，漏播率和種子破碎率都會提高。

運用了機械設計理論、計算機技術和單片機技術，根據(jù)這些技術相互結合設計了一種精量穴播器性能檢測裝置，該裝置具有結構簡單、體積不大、成本低的特點，還可以通過對穴播器轉速的調整和傳送帶帶速的調整來進行不同情況下排種率的檢測。

本次設計的精量穴播器檢測裝置可以對穴播器進行檢測，但依然有一些局限性，主要有以下方面的不足：

(1)不能實時查詢兩個電機和穴播器以及傳送帶的具體轉速。

(2)檢測的穴播器是指定尺寸的穴播器，進行變更需要一些結構的調整?？刂葡到y(tǒng)的程序可以繼續(xù)優(yōu)化程序和算法，提高檢測的精度。