單片機在農(nóng)業(yè)機械設(shè)備自動化改造中的應(yīng)用分析

王 亞

（濮陽職業(yè)技術(shù)學院，河南 濮陽 457000）

單片機有著極強的數(shù)學邏輯控制能力，具有結(jié)構(gòu)小、重量輕、功率消耗低等優(yōu)勢，從而受到多個行業(yè)的青睞。開展農(nóng)機設(shè)備自動化改造時，合理、科學運用單片機技術(shù)，能夠彌補傳統(tǒng)農(nóng)機設(shè)備操作難度大、效率低、管控不及時等缺點，為農(nóng)機設(shè)備的自動化操作、控制與運行提供可靠的技術(shù)支持。

1 農(nóng)機設(shè)備自動化改造中單片機應(yīng)用優(yōu)勢

農(nóng)機設(shè)備自動化發(fā)展是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中需重點考慮以及預(yù)期實現(xiàn)的目標，既能夠減少人工操作量，還能夠賦予農(nóng)機設(shè)備更高性能，確保其始終保持良好、穩(wěn)定的運作狀態(tài)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量。但要想實現(xiàn)對農(nóng)機設(shè)備的自動化改造，需應(yīng)用計算機系統(tǒng)與各類先進改造技術(shù)，而單片機便是計算機系統(tǒng)的重要類型，其作用是對系統(tǒng)進行微化處理，并優(yōu)化計算機性能，為農(nóng)機設(shè)備自動化改造的順利推進提供可靠保障，促使設(shè)備總體性能及產(chǎn)能大幅提升，以保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平[1]。

單片機可看作一種單片微型計算機，隨機存儲、讀取中央處理器，從而達到端口輸入與輸出的目的，是集所有功能為一體的集成電路芯片。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，單片機已從最初的8 位發(fā)展至如今的32 位，且不同單片機的運行特點有較大差異，但彼此間相互補充。由此可見，農(nóng)機設(shè)備改造中單片機的應(yīng)用是未來主流發(fā)展趨勢，應(yīng)深入探究，盡可能發(fā)揮出單片機應(yīng)用價值。推進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化，涉及多類型自動化、智能化機械設(shè)備的使用，同時也包括以人工操作為主的傳統(tǒng)農(nóng)機設(shè)備。只有做到設(shè)備的統(tǒng)一管理，科學運行計算機操作系統(tǒng)，確保設(shè)備性能完善，才能推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量、高效率進行。作為計算機的核心部件，單片機因其自身性能優(yōu)勢，可從根本上增強各部件抗干擾能力，充分發(fā)揮計算機系統(tǒng)管理職能，強化現(xiàn)代農(nóng)機設(shè)備管理水平，確保設(shè)備穩(wěn)定、安全運行[2]。

此外，農(nóng)業(yè)的發(fā)展與轉(zhuǎn)型，對農(nóng)機設(shè)備各部件的運行性能提出更高要求，既要保留傳統(tǒng)農(nóng)機生產(chǎn)性能，還要進行外部拓展，嚴重影響農(nóng)機設(shè)備自動化系統(tǒng)運行效率，這就需要積極落實設(shè)備自動化改造工作。尤其是多個部件的集中化應(yīng)用，更能夠凸顯出計算機改造、管控作用，并在極強抗干擾條件下，促進農(nóng)機設(shè)備智能化、自動化發(fā)展。

2 單片機的合理選擇及基本特征

2.1 單片機的合理選擇

科技的進步在優(yōu)化單片機性能的同時也豐富了單片機類型，為適應(yīng)各個行業(yè)應(yīng)用發(fā)展需求，創(chuàng)新出不同類型與型號的單片機系統(tǒng)。選用單片機時，應(yīng)從以下三個角度加以思考：其一，單片機在運行過程中應(yīng)表現(xiàn)出極強的實用性，可充分滿足系統(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)運行的需求；其二，應(yīng)保證單片機產(chǎn)品的易獲取性，與其他同類型產(chǎn)品相比，應(yīng)具備極高的性價比；其三，根據(jù)農(nóng)機操作人員對單片機技術(shù)的理解程度以及應(yīng)用能力科學選用單片機類型，確保技術(shù)的完善與后續(xù)應(yīng)用開發(fā)的有序進行[3]。

單片機入門者在選購單片機系統(tǒng)時需參考以上建議，當前性能優(yōu)越、運行穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)類型為51 系列的8 位單片機。技術(shù)人員應(yīng)深入了解單片機運行原理與基本功能，加強對其他類型單片機的學習，實現(xiàn)對更高級操作技巧的全面掌握，以此滿足個性化、多元化使用需求。此外，選擇單片機時，以能夠直接下載程序的類型為重點考慮對象，為后續(xù)程序的修改與優(yōu)化提供可操作性保障。一般來說，單片機的程序存儲區(qū)可執(zhí)行1 000次～10萬次的反復(fù)擦寫，這一特征能夠基本滿足入門者對單片機的學習要求。但為獲得預(yù)期學習效果，最大程度地發(fā)揮單片機應(yīng)用價值，還應(yīng)積極了解、學習單片機資料手冊，熟悉單片機系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與內(nèi)部構(gòu)造，并做到對硬件資源的有效掌握，促使單片機性能開發(fā)與利用效率得以提高[4]。

2.2 單片機的基本特征

多種功能集中于一張芯片上是單片機最為突出的特征，很多操作人員認為若將多類別工作整合于同一張芯片上，會減少單片機零部件使用量。但事實上，單片機具備完整的計算機性能，且系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有多個部件，如中央處理器，并在其外端連接有通信外接設(shè)備。這一構(gòu)造方式賦予單片機更高性能，從而滿足使用者運行需求。起初所制造的單片機僅有內(nèi)存零部件，而技術(shù)的不斷發(fā)展以及各行業(yè)使用需求的不斷增多，現(xiàn)如今的單片機在整體結(jié)構(gòu)上得到相應(yīng)的完善，并具備聲音、圖像等多種要素。經(jīng)過長時間的運作與優(yōu)化，單片機的使用也可起到網(wǎng)絡(luò)檢索的作用。在最初設(shè)計時，因單片機功能完善，可縮小計算機體積，增強操作便捷性，且單片機可以同網(wǎng)絡(luò)直接相連，拓寬適用范圍，有利于對現(xiàn)場的遠程把控，因此，僅考慮接入更多外接設(shè)備，卻忽視了對現(xiàn)場干擾因素的考慮。對此，技術(shù)人員便加強對單片機抗干擾性能的研究，以此豐富系統(tǒng)功能。此外，對單片機的使用特征進行分析，其擁有良好集成度，且所占空間小，便于攜帶。單片機還表現(xiàn)出多方面優(yōu)勢，比如控制功能完善、操作難度低、性價比高等，現(xiàn)如今被廣泛應(yīng)用于計算機通信、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域中[5]。

3 農(nóng)機設(shè)備自動化改造中單片機的實際應(yīng)用

3.1 明確單片機控制要求

為深入、全面、準確地分析單片機控制要求，應(yīng)了解、明確農(nóng)機設(shè)備自動化的改造需要。單片機生產(chǎn)與應(yīng)用期間，為保證單片機能夠在農(nóng)機自動化系統(tǒng)中穩(wěn)定、良好運作，應(yīng)在系統(tǒng)改造前，依托所設(shè)定的具體執(zhí)行要求，對單片機實際控制要求進行深入探討。通常來說，在維護單片機整體運行安全性的前提下，需根據(jù)自動化系統(tǒng)實際運行程序，著手對存儲層傳輸信息與重要信息的分析工作，并在制作單片機的過程中，明確單片機具體安裝位置，同時做好各部件的制作與檢測工作。比如，若單片機沖頭下沖，需先執(zhí)行首孔沖制工作，緊接著檢測沖制機制，確保其整體合理性，當達到良性循環(huán)狀態(tài)后，開展第二個單片機孔沖制作業(yè)。處理完所有孔后再回到首孔位置，對單片機材料進行更換。這一控制要求的實施既能夠推動單片機生產(chǎn)與制作工作的有序、順利執(zhí)行，還可在農(nóng)機設(shè)備自動化改造中充分發(fā)揮作用，以此滿足系統(tǒng)自動化改造需要[6]。

3.2 做好軟件功能改造工作

單片機軟件系統(tǒng)的搭建與穩(wěn)定運行可實現(xiàn)對任務(wù)細節(jié)的處理，并保證各類資源的合理利用，將更為明確的操作指令發(fā)送給農(nóng)機設(shè)備，實現(xiàn)自動化管控。軟件是確保農(nóng)機自動化系統(tǒng)工作運轉(zhuǎn)良好的主要動力基礎(chǔ)，這就需要在開展農(nóng)業(yè)機械設(shè)備自動化系統(tǒng)控制與改造時，加強對軟件設(shè)施的完善，為農(nóng)機設(shè)備自動化系統(tǒng)穩(wěn)定運行創(chuàng)設(shè)良好條件。使用單片機開展設(shè)備改造時，盡可能建立起各自動化子系統(tǒng)彼此間的聯(lián)系，確保所有系統(tǒng)的高度配合，以保證系統(tǒng)的完整性、先進性，凸顯出系統(tǒng)軟件的運行功能與價值，并滿足農(nóng)機設(shè)備機械化、自動化運行需求。此外，功能設(shè)計時，為增強設(shè)計的全面性、科學性，應(yīng)按照系統(tǒng)特點以及實際功能劃分多個模塊，以模塊為單位著手功能設(shè)計工作，實現(xiàn)對各部分功能的優(yōu)化與調(diào)整，簡化設(shè)計程序的同時，降低整體化系統(tǒng)運行調(diào)控難度，推動設(shè)計工作的有序、高效落實。但需注意的是，開展模塊調(diào)控工作時，應(yīng)預(yù)留充足空間，為后期系統(tǒng)運維、升級創(chuàng)設(shè)有利條件[7]。

3.3 軟硬件抗干擾改造

要想單片機長時間保持穩(wěn)定、良好的運行狀態(tài)，發(fā)揮其應(yīng)用價值，強化農(nóng)機設(shè)備自動化改造效果，僅依靠軟件、硬件的功能無法實現(xiàn)，還需增強軟件與硬件彼此間的配合度，并提高軟硬件系統(tǒng)整體抗干擾能力?，F(xiàn)如今，單片機被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械功能完善與自動化改造作業(yè)中，但由于農(nóng)業(yè)技術(shù)水平較低，且農(nóng)業(yè)機械運行環(huán)境較差，為推動設(shè)備自動化改造工作有序、高質(zhì)量進行，就需注重對自動化系統(tǒng)抗干擾功能的設(shè)計，確保農(nóng)機設(shè)備運行穩(wěn)定。此外，此項工作的開展還可從真正意義上保障設(shè)備接收運行指令與各類信號的正確性，并嚴格按照指令信息自動運行，降低設(shè)備損壞風險。但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的增多以及農(nóng)機設(shè)備操作技術(shù)水平的不斷強化，要求單片機的抗干擾設(shè)計也作出相應(yīng)的改變。而此項設(shè)計效果得益于軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的不斷升級，增強系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、安全性，可保證農(nóng)機設(shè)備自動化改造的秩序性、先進性[8]。

3.4 加強驅(qū)動電路改造

驅(qū)動電路是需重點關(guān)注的設(shè)計內(nèi)容。驅(qū)動電路是保證系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)運行的關(guān)鍵，亦是各子系統(tǒng)多元化功能充分實現(xiàn)的前提。開展驅(qū)動電路設(shè)計工作時，主要設(shè)計內(nèi)容包括端口驅(qū)動的連接方式、需協(xié)調(diào)運作的子系統(tǒng)、輸入輸出信號的科學處理等，為各個部位的穩(wěn)定、高性能運作提供基本保障[9]。

3.5 控制總電路改造

農(nóng)機設(shè)備自動化系統(tǒng)性能的充分發(fā)揮，需科學、合理地應(yīng)用單片機技術(shù)，在先進技術(shù)的支撐下，提高設(shè)備控制系統(tǒng)靈敏度與管控力，還可實現(xiàn)多個子系統(tǒng)的良好、協(xié)調(diào)運作，并達到控制總電路改造的效果。若所設(shè)計的控制電路缺乏合理性，無法發(fā)揮其控制作用，將不利于自動化系統(tǒng)的安全、良好運作，甚至會增大農(nóng)機設(shè)備運行故障、損壞的風險。分析單片機結(jié)構(gòu)能夠發(fā)現(xiàn)，單片機設(shè)置有強大且指令豐富的系統(tǒng)，在系統(tǒng)資源占用方面也表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，可從根本上增強自動化系統(tǒng)控制精準性、及時性、穩(wěn)定性[10]。

4 農(nóng)業(yè)滴灌自動化系統(tǒng)功能改造設(shè)計

首先，改造、設(shè)計土壤濕度檢測模塊。為保證滴灌系統(tǒng)穩(wěn)定運行，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供適宜水分，需搭建土壤中水分含量實時檢測系統(tǒng)，并將傳感器作為主要工作元件。要想傳感器發(fā)揮出數(shù)據(jù)采集功能，長時間保持良好運行狀態(tài)，傳感器需具備極強的防水性能，故通常由不銹鋼或防水材料制作而成。確保傳感器能夠較長時間埋藏于含水量高的土壤中，定點監(jiān)控、測量土壤表層與深層部分水分含量。該模塊可自動接收傳感器反饋數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理，以信號模擬的方式輸出，這類信號只有兩種形式，即低于既定含水量、高于既定含水量，此時自動化滴灌系統(tǒng)可根據(jù)信號控制供水量。

其次，設(shè)計信號轉(zhuǎn)換模塊。因單片機可實現(xiàn)對數(shù)字信號的科學處理，所以當接收到傳感器輸出的模擬信號后，需利用信號轉(zhuǎn)換裝置將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由單片機進行處理。在設(shè)計與改造該模塊時，應(yīng)保證配置的信號轉(zhuǎn)換裝置可以自行獨立供電，且不會消耗過多電能，并具備極為顯著的續(xù)航效果。設(shè)計模擬信號輸入端口時，其數(shù)量應(yīng)多于信號輸出端口，確保系統(tǒng)功能性運作。此外，還應(yīng)搭建信號輸出模塊，利用單片機處理完輸入數(shù)字信號后，再通過信號輸出裝置控制系統(tǒng)實際供水量，以串行的方式設(shè)置總線，自動控制并完成模擬信號輸入與輸出、數(shù)字信號輸入與輸出，確保滴灌系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、科學性。

再次，搭建工作參數(shù)顯示模塊。為保證滴灌系統(tǒng)操控人員能夠?qū)崟r跟蹤、掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，確保滴灌作業(yè)有效進行，需科學設(shè)置、優(yōu)化工作參數(shù)顯示模塊。在控制中心安裝LCD 液晶顯示裝置，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場情況的可視化展示。由于自動化滴灌系統(tǒng)只是對供水量進行控制，系統(tǒng)工作參數(shù)構(gòu)成較為簡單，采集、觀察、處理的數(shù)據(jù)量較少，通常以字母、數(shù)字、符號的形式加以顯現(xiàn)。因此，對于該模塊的功能要求較低，只需確保顯示裝置能夠精準顯示出現(xiàn)場操作界面并反饋有關(guān)數(shù)據(jù)即可。

最后，完善遠程操作模塊。為增強系統(tǒng)運行人員整體使用體驗感，并發(fā)揮出自動化滴灌系統(tǒng)管控功能，應(yīng)為系統(tǒng)配置遠程遙感裝置?，F(xiàn)階段，市場中應(yīng)用頻率最高的裝置為紅外線遙控裝置，利用遙感器發(fā)射紅外線，再借助控制模塊科學處理接收到的紅外線信號，對系統(tǒng)工作狀態(tài)進行實時調(diào)控。在此過程中，自動化滴灌系統(tǒng)應(yīng)通過遙控操作實現(xiàn)對系統(tǒng)工作模式與工作時間等參數(shù)的調(diào)整。

5 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代科技水平的不斷發(fā)展與自動化程度的大幅提高，促使單片機結(jié)構(gòu)優(yōu)點與功能優(yōu)勢得到全面完善與充分彰顯，單片機在多領(lǐng)域中應(yīng)用的同時被大范圍推廣。因此，改造農(nóng)機設(shè)備自動化系統(tǒng)時，加強單片機技術(shù)的有效應(yīng)用，著眼于自動化系統(tǒng)軟件功能設(shè)計、軟硬件抗干擾設(shè)計、驅(qū)動電路設(shè)計等工作，可賦予自動化系統(tǒng)更高性能，并始終保持穩(wěn)定、安全的運行狀態(tài)，在先進技術(shù)與自動化設(shè)施的共同支撐下，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量。