基于51单片机的幼苗移栽机控制系统的研究

论文摘要

世界人口日益增加,蔬菜等农产品的需求量也日渐增长,世界各国对农业生产的发展都给予了极大的重视和关注。中国是世界上的农业大国,农业机械化是我国农业现代化的重要组成部分,经过60年的发展,为改变我国传统的农业耕作方式,促进农业由粗放型向集约型转变,促使农村产业结构和农业经济结构的调整、优化的不断深入和完善,发挥了非常重要的作用,并取得了显著的成绩。中国已经进入WTO,农业机械的使用在农业生产中的广度和深度都会有很大提高,农业机械化的作用将得到进一步的发挥,这必将开创我国农机事业的新局面。随着我国农业种植结构调整和蔬菜等农产品出口量的逐年增加,大面积集中式的农作物种植已成为必然。而育苗移栽技术,也成为农业发展中的一项关键技术。育苗移栽能够有效抵御干旱、低温、病虫害等自然灾害,节省种子并提高单位面积产量,对于发展高产高效农业具有重要意义。长期以来,农业生产中劳动密集型的特点造成移栽作物的劳动力成本占生产成本的50%以上。人工移栽劳动强度大、效率低,而机械化移栽能减轻种植户的劳动强度,提高作业效率,以便达到增产、增收的目的,因此实现移栽作业的机械化已成为我国农作物移栽种植中迫切需要解决的问题。目前,一些发达国家生产的移栽机具通用性较强,工作可靠性较好,但其结构复杂,造价也比较昂贵,而国内适用于大面积移栽的幼苗移栽机还不成熟,因此,研制适应我国国情的移栽机具,对转变我国农业生产中劳动密集型的特点,降低生产成本,节约劳动力具有理论和实用价值。本课题在研究国内外覆膜栽植技术和移栽机的发展现状的基础上,总结了现有移栽机的优缺点。针对现有移栽机移栽作物单一、分苗及落苗不易控制、株距不易调节等问题,借鉴了前人的研究成果,设定了一种新型的移栽动作过程,并据此设计了移栽机的滑苗、取苗、停苗、放苗、膜上打孔等机械结构。结合其机械结构及移栽动作过程,设计了该移栽机的控制系统。系统的硬件电路设计主要包括扩芯片的选择、电源转换电路设计、信号采集与处理电路设计、开关量输出控制电路设计、人机接口电路设计等。系统硬件设计采用模块化的设计方法,使系统具有良好的扩展性。硬件电路设计完成后进行了PCB电路板的设计,通过看门狗、光耦隔离等方法提高系统的安全性及抗干扰性。控制系统的软件设计采用高级语言KEIL C51,通过编写信号检测程序,执行机构控制程序,键盘输入及显示程序最终实现牵引拖拉机速度变化的情况下,幼苗株距的精确调整及移栽工作的完成。本课题是国内移栽机械与单片机相结合的初步尝试,控制系统价格低廉,操作简单。经试验表明,应用本控制系统的新型移栽机可降低劳动强度,提高移栽速度及栽植可靠性。课题研究中所遇到和解决的问题、实验中得到的各种数据等为今后高性能移栽机的进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 现有移栽机的分类
• 1.2.1 按自动化程度分类
• 1.2.2 按栽植器的结构特点分类
• 1.3 移栽机国内外研究概况
• 1.3.1 国外移栽机发展状况
• 1.3.2 国内移栽机发展状况
• 1.4 本研究的主要内容
• 2 控制系统设计的理论依据
• 2.1 移栽机评价指标
• 2.2 移栽机动力系统的选择
• 2.2.1 机械结构概述
• 2.2.2 工作过程介绍
• 2.2.3 机械臂动力系统的选择
• 2.2.4 机械手动力系统的选择
• 2.3 移栽株距精确调整算法
• 2.3.1 主要参数的计算与分析
• 2.3.2 编码器介绍
• 2.3.3 株距精确调节的实现
• 3 控制系统硬件设计
• 3.1 概述
• 3.1.1 硬件系统技术要求
• 3.1.2 控制系统硬件设计综述
• 3.1.3 各模块简述
• 3.2 处理器模块
• 3.2.1 STC89C52 单片机的特点
• 3.2.2 单片机模块的硬件结构
• 3.3 控制系统硬件仿真
• 3.3.1 Proteus 介绍
• 3.3.2 硬件系统仿真
• 3.4 电源模块
• 3.5 信号采集及处理电路设计
• 3.6 开关量输出控制模块
• 3.6.1 液压输出控制电路
• 3.6.2 气压输出控制电路
• 3.7 人机交互接口
• 3.8 PCB 电路板设计
• 4 控制系统软件实现
• 4.1 Keil C51 集成开发环境
• 4.2 软件系统整体设计
• 4.3 主程序设计
• 4.4 株距参数设置子程序
• 4.5 信号采集程序设计
• 4.6 输出开关量控制程序设计
• 4.7 人机接口程序设计
• 5 系统抗干扰设计
• 5.1 概述
• 5.1.1 干扰的分类
• 5.1.2 干扰造成的危害
• 5.2 硬件抗干扰设计
• 5.3 软件抗干扰设计
• 6 试验及可靠性验证
• 6.1 控制系统电路性能和可靠性测试
• 6.2 移栽机移栽性能测试
• 6.2.1 测试方案
• 6.2.2 测试结果
• 6.3 结果分析
• 7 结论与展望
• 7.1 结论与创新点
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 在读期间发表的学术论文
• 作者简介
• 致谢