精量穴播器排种性能自动检测装置设计

李秉旭

(佳木斯大学机械工程学院，黑龙江 佳木斯 154003)

我国是农业大国，农业对我国影响深远，所以要加快农业的发展，就要提高农业机械化的水平。在农业机械中，排种器尤为重要，穴播器作为排种器的一种，研究穴播器及其性能检测是十分重要的。穴播器是按一定行距和穴距，将种子成穴播种的种植机械。每穴可播一粒或数粒种子，分别称单粒精播或多粒穴播。穴播器主要用于日常生活中各种农作物的耕种，穴播器出现漏播、多播现象，对于农作物的收成影响十分巨大。但通常检测穴播器的各项性能十分不易，不仅价格昂贵还容易受到场地和环境的影响。因此，设计一款价格便宜、操作简单、能够稳定测量穴播器性能的检测装置是很有必要的[1-9]。

1 整体方案设计

本装置主要通过传送带和链传动来进行动力的传递，先将穴播器使用固定支架来固定在机架上，让穴播器在排种时能将种子直接排在下方的传送带上，传送带进行反向的运动，此时传送带的运动速度就是在模拟情况下播种机的前进速度。在传送带上可以有效观察种子的情况，可以看出种子是否有漏播现象。这种方案结构十分简单，便于设计和安装，并且所使用的成本也较低[10-22]。精量穴播器检测装置方案图如图1所示。

图1 精量穴播器检测装置方案图1.穴播器；2.拨杆；3.传动链齿；4.支座一；5.压杆；6.接近传感器；7.实验台架；8.转速调节装置；9.调速电机一；10.排种显示控制器；11.传送带链齿；12.调速电机二；13.支座二；14.光幕传感器；15.光幕传感器支架；16.传送带

2 控制系统设计

2.1 系统硬件构成

穴播器性能检测试验台系统结构框图如图2所示。主要由微处理器及其外围电路，检测模块、光电传感器，人机交互模块、液晶显示电路，执行器模块和电源模块组成。

图2 系统结构框图

微处理器是整个系统的核心部件，主要作用是接收光幕传感器产生的信号，对信号进行计算和处理，并且输出到LCD显示屏完成交互。

2.2 微处理器及外围电路设计

在整个控制系统中，微处理器要接收来自传感器的信号并对接收的数据进行运算处理，所以处理器的性能十分重要。在本次设计中，需要处理器来对光电传感器采集的脉冲信号进行检测和计算，同时向连接的液晶显示屏输出相应的数据。

2.2.1 芯片选择

根据所需要求，本次选用STC89C52RC处理器作为微处理器，该处理器具有8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，可以满足信号的采集计算与液晶显示的要求。

2.2.2 单片机外围电路设计

单片机的外围电路包括晶振电路、复位电路、相关电源连接、与传感器的连接和液晶显示电路。单片机外围电路如图3所示。

图3 单片机外围电路

2.3 系统程序设计

本设计的系统软件主要包括初始化模块，LCD显示模块和检测模块。选用C语言作为软件程序的开发语言。

2.3.1 应用程序的结构

本设计软件部分主要包括初始化模块、LCD显示模块和传感信号接收模块三部分组成。系统软件模块关系图如图4所示。

图4 系统软件模块关系图

系统通电后，对各个模块进行初始化，然后启动传感器，接收传感器的采集信号并发送给微处理器进行信号处理，最终将处理完的数据显示在LCD显示屏上。

2.3.2 初始化模块

系统在通电进行复位之后，需要首先对整个系统进行初始化设置，包括对LCD显示、中断和定时器计数器的初始化。系统初始化程序流程图如图5所示。

图5 系统初始化程序流程图

初始化程序如下：

1.液晶初始化程序

void initlcd()//

完成液晶显示的初始化工作

{

r=0；//写选择

lcden=0；//使能信号

write_com(0x38)；//设置 16×2 显示，5×7点阵，8位数据接口

write_com(0x0c)；//设置开显示，不显示光标

write_com(0x06)；//写一个字符后地址指针加 1

write_com(0x01)；//显示清 0，数据指针清 0

}

2.中断初始化程序

void init()//

完成中断的初始化工作

{

IT0=1；//外部中断 0 为电平触发方式，低电平有效

IT1=1；//外部中断 1 为电平触发方式，低电平有效

EX0=1；//允许外部中断 0

EX1=1；//允许外部中断 1

EA=1；//开总中断

PX0=1；//外部中断 0 较高优先级

TMOD=1；//定时器方式寄存器为工作方式 1

TH0=41968/256；//给定时器 0 高八位赋初值

TL0=41968%256；//给定时器 0 低八位赋初值

ET0=1；//允许定时器 0 的中断

TR0=1；//启动定时器

}

3 结论

在本次设计中，主要进行了精量穴播器检测装置机械部分和控制部分的设计，将软硬件结合，可以检测出精量穴播器的实时排种率。

(1)本设计主要采取传送带式的机体结构来进行检测装置设计，传动部分采用了带传动和链传动。

(2)完成了检测装置总体的结构设计。检测装置基本尺寸为2 000 mm×600 mm×725 mm，检测装置的机架材料选用不锈钢。

(3)完成了电机的选型设计和计算。选用Z2BLD60-24GN直流电机提供检测装置的动力。

(4)完成了传感器部件的设计和安装。选用光电传感器的型号为E3F-DS30C4光电传感器对理论播种量和实际播种量进行检测。

(5)完成了单片机控制系统的设计。选用STC89C52RC单片机作为微处理器，选用LCD1602作为显示屏，软件部分使用C语言进行编程，其他模块的程序采用流程图的形式给出。

(6)根据研究表明：在容种高度为30～120 mm、传送带运行速度在4～4.5 km/h的情况下，精量穴播器漏播率小于3%、种子破碎率小于0.1%，随着穴播器转速的升高，漏播率和种子破碎率都会提高。

运用了机械设计理论、计算机技术和单片机技术，根据这些技术相互结合设计了一种精量穴播器性能检测装置，该装置具有结构简单、体积不大、成本低的特点，还可以通过对穴播器转速的调整和传送带带速的调整来进行不同情况下排种率的检测。

本次设计的精量穴播器检测装置可以对穴播器进行检测，但依然有一些局限性，主要有以下方面的不足：

(1)不能实时查询两个电机和穴播器以及传送带的具体转速。

(2)检测的穴播器是指定尺寸的穴播器，进行变更需要一些结构的调整。控制系统的程序可以继续优化程序和算法，提高检测的精度。