播种机监控装置精密播种机监控系统总体方案.doc
《播种机监控装置精密播种机监控系统总体方案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《播种机监控装置精密播种机监控系统总体方案.doc(19页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、机电一体化课程设计 目 录一、绪论- 1 -1.1研究目的和意义- 1 -1.2研究开发内容- 2 -二、监控装置总体方案的确定- 3 -2.1、播种机的性能要求及指标- 3 -2.1.1、播种机的性能要求- 3 -2.1.2、播种机的性能指标:- 3 -2.2、精密播种机排种性能参数的监控- 4 -2.2.1、监控内容- 4 -2.2.1.1、漏播监视- 4 -2.2.1.2、重播监视- 4 -2.2.2、监控方法- 4 -2.3、精密播种机监控系统总体方案的确定- 4 -2.3.1、系统硬件结构- 4 -2.3.2、系统软件结构- 5 -三、监控系统硬件的设计- 6 -3.1、传感器测试电
2、路的设计- 6 -3.1.1、传感器的选择- 6 -3.1.2、发光二极管的选择- 7 -3.1.3、受光器件的选择- 7 -3.1.4、光电传感器电路设计- 9 -3.1.5、排种监测传感器的安装- 10 -3.2、整形放大电路的设计- 11 -3.3、声光报警电路的设计- 11 -3.3.1、声音报警电路的设计- 12 -3.3.2、灯光报警电路的设计- 12 -3.4、单片机硬件系统的选择与配置- 12 -3.4.1、单片机的选择- 12 -3.4.2、80C52单片机的功能简介- 12 -3.4.3、可编程并行I/O接口芯片8255A- 13 -3.4.4、8255A芯片与AT89C5
3、1的接口电路设计- 13 -3.4.5、时钟及复位电路电路设计- 14 -3.4.5.1、时钟电路- 14 -3.4.5.2、复位电路- 15 -3.5、显示系统电路的设计- 16 -3.6、D/A转化电路的设计- 16 -3.7、监控系统电源设计- 17 -四、监控系统软件的设计- 18 -4.1、软件系统的程序设计方案- 18 -4.1.1、主程序设计- 18 -4.1.2、播种机各性能指标测量子程序- 19 -4.1.3、D/A转化子程序- 19 -4.2、小结- 20 -五、总结- 21 -参考文献- 22 - 17 -一、绪论1.1研究目的和意义我国是一个农业大国,其中75 的人口是
4、农业人口。中央非常重视“三农”问题,投入了大量的精力和财力,解决“三农”问题。面向未来,如何解决14亿人口的吃饭问题是摆在中国人民面前的一大难题。提高农业的机械化水平,提高耕种和收获质量是解决这一问题的有效途径之一。所以提高播种机的性能、工作质量和效率已成为最终追求目标,并成为农业机械化首要的问题。随着播种技术的发展,先后研制出结构形式多样的撒播机、条播机、穴播机和精播机等。精密播种是按农艺要求将种子播到土层中的理想位置,一播完成作物合理的田间分布的播种方式。精密的含义包含数的精确性和位的精确性两方面,即种子根据精确的粒数、株距、行距和播深播入土中。精密播种的作物田间分布合理,植株占有最大的营
5、养面积,通风,光照良好,便于后序作业的机械化,能达到高产丰收的目的。同时,精播可节省种子和减少间苗工作量。精密播种技术具有省种、高产的优点,随着农业现代化的发展和农业产业结构的调整,精密播种机受到了国内外的普遍重视,使得精密播种技术有了更广阔的发展前景。因此,精密播种机己成为现代播种技术的标志,成为播种机的主要发展方向。由于精播机在播种作业时具有播种过程全封闭的特点,因此仅凭人的视听无法直接监视其作业质量,如在播种作业时发生机械传动故障、种箱排空、导种筒堵塞、开沟器被土块堵塞、排种器传动失灵等故障现象均会导致一行或数行下种管不能够正常播种,造成漏播。尤其是大型宽幅精播机,其作业速度高、播幅宽,
6、一旦发生上述现象则会造成大面积的漏播,必然造成农业生产的严重损失。所以对于精密播种机,在排种装置上配备可靠性高性能完善的工况参数监测与故障报警系统,对精密播种机的工作运行状态进行实时监测和故障的准确预报,己成当务之急。目前国内研制的精密播种机监测系统重点只在于解决漏播、重播的问题。本设计针对这一不足点,考虑一种能够全面监测各项性能指标的精密播种机自动监测系统,不但能防止漏播,保证播种量,提高播种的质量和农作物产量,而且大大减轻劳动者强度,提高生产效率,具有重要的经济效益和社会效益。随着科学技术的发展,机械技术与微电子技术相结合的机电一体化技术将逐渐进入精密播种机的监测装置。基于该技术下的监测系
7、统不但有监测、报警功能,还具有执行动作机构,可以完成不正常播种的纠正。因此,运用机电一体化技术的精密播种机监测系统是将来的主要发展方向。1.2研究开发内容本设计主要研制一种能够全面监测各项性能指标的精密播种机自动监测系统。它由传感器、报警装置、数模转换装置、步进电机及单片机等组成。监测装置自动测试播种机的各项性能指标,如:排种量,排种速度,播种面积,合格率,重播率,漏播率,粒距合格率等,并利用计算机软件编程来实现对数据的运算处理,显示并且实时监控播种机的各项性能指标,使其达到指定要求。本研究内容包括以下几个方面:( 1 )根据精密播种机排种性能确定其监控方案;( 2 )精密播种机监测系统硬件的
8、设计;( 3 )精密播种机监测系统软件的设计;二、监控装置总体方案的确定2.1、播种机的性能要求及指标2.1.1、播种机的性能要求播种机监控系统以获取播种机排种性能参数为主,因此需要对播种机性能有一定的了解。播种机的性能要求,包括农业技术要求和使用要求两个方面。(1)、播种机的农业技术要求:要求条播机的播种量符合农业技术要求,行距一致、播种均匀;种子播入湿土层中且用湿土覆盖,播深一致,种子损伤率低。对单粒精密播种机的要求是每穴1 粒,株距精密。表2-1列出了玉米作物播种的农业技术要求。2-1 玉米作物播种的农业技术要求作物播种方法播种量(kg/亩)播深(cm)行距(cm)株距(cm)穴粒数(个
9、)玉米精播121848507015401(2)、播种机的使用要求:通用性好,能播多种种子,不损伤种子,调整、换种方便可靠;在田作、套种、播种的同时,能进行施肥、开沟、筑埂、起垄及镇压等作业。2.1.2、播种机的性能指标:(1)、排种量稳定性 指排种量不随时间变化而保持稳定的程度。(2)、各行排种量一致性 各排种器相同条件下排种量一致程度。(3)、排/播种均匀性 排种器排种的均匀程度和种子在种床上分布的均匀程度。(4)、穴粒数合格率(5)、粒距合格率 以0.5t株距t1.5t为合格。(6)、播深稳定性 指种子上面所覆土层厚度的稳定程度。(7)、种子破损率2.2、精密播种机排种性能参数的监控2.2
10、.1、监控内容本课程设计主要是精密播种机自动监控装置的设计,比较全面地自动测试播种机排种性能的各项指标,并利用计算机编程软件对数据进行运算,存储,解决播种机实时监控问题。2.2.1.1、漏播监视当播种机正常工作时,种子有规律的下落并通过传感器检测空间,遮断红外二极管光束,光敏电阻将接收到的断续光信号转变为电脉冲信号,经过整形放大电路传递给单片机系统;当种 箱空或排种器不正常播种时,接收管收到的强光信号持续时间变长,此时监控系统将对漏播进行提示。2.2.1.2、重播监视当排种管堵塞或其他原因导致落种加快时,接收管收到的强光信号持续时间变短,此时声光报警系统系统将对重播进行提示。2.2.2、监控方
11、法监控装置由传感器、声光报警装置、数模转换器、单片机及步进电机等组成。将所采用的传感器,安装在排种器出种口附近。传感器的作用是将输种管中种子流动的情况变换成电信号,并将其信号经过整形放大电路送入单片机,对播种机作业过程进行实时监控。该播种机共有六路,每一路设置一个LED灯,正常播种时,各灯有规律的闪烁,当某一路由于种箱空或输种管堵塞漏播时,该路对应的灯熄灭并有蜂鸣声,当某一路由于开沟器堵塞或其它原因重播时,该路对应的灯持续发光并发出蜂鸣声。2.3、精密播种机监控系统总体方案的确定2.3.1、系统硬件结构系统的硬件设计是整个系统设计的基础,主要实现各个物理信号的采集、放大、整形、处理和转换。该监
12、测系统的硬件主要由传感器测试电路,整形放大电路,声光报警电路,单片机系统,显示系统电路,输出控制电路等组成。传感器测试电路主要完成对播种量、排种速度、播种间距、漏播等信息的采集,并且将这些非电量的模拟量转换成电信号。报警电路的主要功能是当出现漏播或排种器堵塞时进行声光报警。单片机选用INTEL公司生产的80C52 单片机。它是一种低功耗、高性能的8 位单片机,片内带有一个8K 字节的ROM ,256 B 的 RAM,采用了CHMOS 工艺,具有高速度、高密度、低功耗的特点。输出控制电路由数模转换电路、变频器及步进电机组成。数模转换电路的转换器选用DACO832 数模转换器,其价格低廉、接口简单
13、、转换控制容易。它的主要功能是进行数模转换,将数字信号转换成模拟信号经过变频器送给步进电机,从而控制排种器的转速。图2-1 监控系统的硬件组成框图2.3.2、系统软件结构软件设计采用模块化程序设计方法,运用汇编语言编写程序,其中心思想是把一个复杂的应用程序按整体功能划分为若干相对独立的程序模块,各模块可以单独设计、编程和调试,然后再进行综合调试。主要介绍了主程序的设计,声光报警子程序的设计,D/A 转换子程序的设计。三、监控系统硬件的设计根据总体方案的设计,本章将各部分的设计过程作以具体说明。根据不同功能模块,本章分为传感器测试电路、整形放大电路、声光报警电路、单片机系统、显示系统电路、数模转
14、换电路、电机控制等几部分。3.1、传感器测试电路的设计3.1.1、传感器的选择传感器是一种能按一定规律将各种被检测量或信息转换成便于处理的物理量的装置或器件。传感器位于系统的入口处,是获取信息的第一个环节。播种检测传感器用于检测有无种子通过检测截面,传感器的作用是将输种管中种子流动的情况变换成电信号。传感器采用光电元件(包括可见光和红外光等),安装在输种管附近,当种子通过传感器的种子通道时,遮断光束,使光电管发出信号,表示有种子通过。当某一行或者数行发生故障时,无种子通过,将发出报警声响,因此它的性能好坏直接影响着排种监控装置的工作性能。为确实保证监控的可靠性,对每一行均需进行可靠的监视。因此
15、,检测传感器的检测元件的选择至关重要,它直接影响到监测的精确度、灵敏度和可靠性。选择设计光电检测传感器的原则:(1)、覆盖性能:首先必须保证检测范围能够覆盖排种管径,这样才能确保无误的检测落种情况。其次要求发光元件照明均匀,受光面积越大越好。(2)、频率特性:种子通过光电检测器检测截面的时间一般为几个毫秒,按最短时间1ms考虑,相当于是频率1kHz 的光脉冲。因此一般选用光敏器件时,对截止频率的要求是不低于被测频率的10 倍,即10kHz ,对应的时间常数应该小于O .lms ,才能保证种子通过检测截面时能够可靠转换为电信号。(3)、光谱特性:发光元件和接收元件的光谱特性要吻合,发光元件的光谱
16、峰值波长与接收元件的光谱灵敏度必须一致或相近。(4)、抗尘特性:播种机在田间作业时,环境比较恶劣,灰尘交大,在传感器表面会不断积累灰尘,影响光信号的传递,因此应选用抗尘性较好的发光器件和光敏器件以保证检测精度。综合上述几个原则,考虑采用光电传感器,其主要原因在于其结构简单、价格低廉、抗电磁干扰性能好,尤其是它对种子的运动没有任何影响。3.1.2、发光二极管的选择 常用的发光二极管有普通发光二极管、高亮度发光二极管、红外发光二极管、红外激光二极管等。与普通发光二极管相比较,红外发光二极管的穿透能力比可见光二极管强,而且受灰尘的影响程度比可见光二极管小。红外发光二极管的更大优点是驱动电路简单,可在
17、很宽的温度范围工作,器件寿命比激光二极管寿命长。同时,红外发光二极管要比激光二极管便宜,经济性较好。综合上述几方面的比较,本设计选用红外发光二极管作为光电传感器的光源。型号为:参数如下:红外发光二极管的伏安特性与普通二极管相似,对于砷化稼红外发光二极管其正向压降在1V-2V 之间,使用时驱动电源电压的数值应大于其正向压降,其反向击穿电压不得超过5V 。输种管的直径26-4Omm 之间(一般取30mm ) ,而光电传感器的发光二极管和光敏二极管的直径约为5mm ,故将4对传感器水平均匀安装在输种管上组成传感器组,其检测范围能覆盖整个输种管,其电路如图3-1 所示。R10.1KLED1R20.1K
18、LED2R30.1KLED3R40.1KLED4+5V图3-1 发光二极管电路3.1.3、受光器件的选择常用受光器件有光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻等。红外光敏二极管具有线性好,响应速度快,但光敏管直径只有 3mm 和 5mm 两种,如果用一支管作为受光面,容易产生很大的盲区,覆盖性差,如果采用多个管受光,可以增加受光面积,但各个受光面之间也有盲区。另外,光电管对接是根据接收到的不同的光强返回不同的高低电平信号,当有灰尘时,接收管可能检测不到微弱的光信号,导致检测结果不精确。光敏三极管同二极管,不予以考虑。光敏电阻也是一种光敏器件,它根据半导体的内光电效应制成,具有以下特点:(1)、光敏电阻
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 播种机 监控 装置 精密播种机 系统 总体方案