基于小区育种的智能化测产系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于小区育种的智能化测产系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

料筒。 柱形结构用于收集水分检测样品。 图 26 落料斜坡 取样料筒采用柱形结构，由上下两部分组成，上不为带斜口的柱形结构，以适应落料青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 9 斜坡的角度，同时兼顾料筒整体体积，消除取样体积对水分测量的影响。 中间隔离层用于挡板设计，取样完毕后通过下部柱形结构落入水分仪料筒，进行水分测定。 图 27 取样料筒 柱形结构的取样料筒中间隔板用于封死料筒，当料筒样品收集接收后，挡板打开样品进入下一层的水分仪料筒。 挡板的开合通过电动推杆拉动， 200mm/s 的速度保证取样的谷物能够快速落料，保证水分仪料筒空气排空彻底。 图 28 取样料筒挡板口、挡板 动作电机 水分料筒卸料设备 通过取料料筒的玉米进入水分仪料筒进行水分测定。 测定完毕后， 水分仪卸料装置 启动 ，通过电机装置带动滚轴转动完成卸料任务。 电机滚轴通过铝制联轴器与固定在轴承座上的直线光轴连接，直线光轴上的水平托台用于固定水分仪料筒。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 10 图 29 水分仪反转卸料电机 水分 仪料筒跟随直线光轴转动，完成卸料任务。 由于存在卸料不完全或卸料洒落情况，水分仪卸料装置下方又设计了一 个斜坡结构，水分仪料筒的谷物会通过斜坡顺利完成卸料，并正确落入下方的接料设备中。 图 210 卸料斜坡装置 测产系统整体框架 工业铝型材在机械结构的搭建中应用十分广泛，具有极强的通用性 [4]。 工业铝型材切割方便，满足各种长度支架的快速加工制作，通过其匹配的 3 角铝合金配件和方形螺母块完成固定。 系统设备上加入带脚刹的万向轮，即能够方便的对设备进行移动，又能很好的固定。 在系统完全定型后再使用更加适合工厂化生产的焊接工艺完成设备整体装配。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 11 图 211 工业铝型材及其装配组件 、带刹 车万向轮 系统机械设计完成后将包括触摸屏机壳、谷物称重料筒、谷物样品收集装置、谷物样品落料装置、整体框架等几个部分。 其中电源通过触摸屏机壳接入系统，触摸屏机壳与设备其他部分连接则通过航空插头连接。 总体机整体图如下： 图 212 整体装配图 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 12 3 系统硬件电路设计 主控芯片 在单片机的 选型 方面，本设计 在众多芯片中筛选出 STC12C5A60S MPS430F14STM32F103C8 三款 单片机， 最后 通过下表所列 flash、串口数等 几项要求 ， 对比权衡后 选中 STC12C5A60S2。 表 31 单片机型号参数对比表 型号 工作电压 flash 串口 引脚数 封装 价格 STC12C5A60S2 60K 2 40 LQFP44 165。 MPS430F149 60K 2 48 LQFP64 165。 STM32F103C8 63K 3 37 LQFP48 165。 单片机最小系统 STC12 单片机的 硬件 最小系统 指的是 能够 满其运行 的最小硬件 电路 组合。 其主要包括： 5V 电源 电路 、复位电路、晶体振荡器 电路三个部 分 [5]。 下面我将简单介绍一下 STC12的上电复位电路和晶体振荡器电路。 （ 1）上电复位电路 单片机的复位电路是为了使单片机进入复位状态的硬件电路结构。 单片机的上电复位电路是在单片机上电色时候，在 RST引脚施加两个时钟周期以上的高电平。 利用 RC 电路的充放电效应，高电平信号随着电容的充电而逐渐降低，当 RST引脚下降沿进入低电平后，单片机 重新 开始执行 系统 程序 [6]。 C1R1VCCGNDRST/ 图 31 STC12 上电复位电路 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 13 （ 2） 晶体振荡器 电路 单片机在 外接无源晶振为 12MHz时，设置串口波特率的误差率 已经达到 %。 当其为 ，误差率 能够 达到 %。 就此标准而言后者在串口波特率设置上明显优于前者，因此系统果断采用后者接入硬件电路。 在此时晶体振荡器两端的接地电容一般选择 C2=C3=30177。 10pF。 12Y1晶振30pFC2GND30pFC3XTAL2XTAL1 图 32 晶振电路 下图 33 即为， 5V 电源、复位电路、晶体振荡器电路三部分组成的电路。 原理图还通过网络标号的方式，给出了各个引脚所连接设备引脚，详细见下一小节单片机外设接口部分。 123RST45678910111213XTAL214XTAL115GND16171819202122232425NA26ALE2728EX_LVD293031323334353637Vcc38394041424344STC12C5A60S2LQFP44U1STC12VCCGNDC1R1VCCGNDPwma+PwmaPwmb+PwmbPwmc+ PwmcRXDTXDTXD2 RXD21 2Y1晶振30pFC2GND30pFC3RE/DERSTRSTSCKDTLmit0Lmit1Lmit2Lmit3Lmit4Lmit5Lmit6Lmit7 图 33 单片机最小系统 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 14 单片机外设接口 在本设计中单片机最小系统与其他外设的接口 有串行通讯引脚、称重模块引脚、水份仪模块引脚、电机控制引脚等几部分。 与触摸屏通讯采用 RS485 通讯方式，与水份仪通讯采用 RS232 通讯方式，称重模块采用的是芯片 HX711，电机控制采用的是通过芯片BTN7960。 表 32 单片机外设接口连接表 I/O 引脚 外接电路引脚功能 INT /RxD/ RS485 通讯单片机数据接收端口 TxD/ RS485 通讯单片机数据发送端口 SCLK/ADC7/ RS485 通讯发送接收控制端口 RxD2/ECI/ADC2/ RS232 通讯单片机数据接收端口 TxD2/CPP0/ADC3/ RS232 通讯单片机数据发送端口 INT0 / 称重传感器 ADDO 端口 INT1 / 称重传感器 ADSK端口 称重料筒卸料电机正转控制端口 称重料筒卸料电机反转控制端 口 水分仪取料挡板电机正转控制端口 水分仪取料挡板电机反转控制端口 水分仪料筒卸料电机正转控制端口 水分仪料筒卸料电机反转控制端口 在本设计中 还要块 单片机 用于完成触摸屏与打印机控制板之间的通讯工作。 其与 其他外设的接口 只有 串行通讯引脚 ，与触摸屏通过 RS485 方式通信，与打印机通过 RS232 通信。 本设计在此块电路板的设计时，合理利用其资源，使其作为其他外设接口的桥梁媒介，即节约了资源，又使得系统更加合理紧凑。 表 33 单片机外设接口连接表 I/O 引脚 外 接电路引脚功能 INT /RxD/ RS232 通讯单片机数据接收端口 TxD/ RS232 通讯单片机数据发送端口 SCLK/ADC7/ RS485 通讯发送接收控制端口 RxD2/ECI/ADC2/ RS485 通讯单片机数据接收端口 TxD2/CPP0/ADC3/ RS485 通讯单片机数据发送端口 称重测产 称重传感器担负着小区育种收获的产量测定工作。 系统通过模数 转换得到称重传感器信号，完成重量信息的获取。 它的测量精度高，测量数据稳定，且数据读取速度快。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 15 电阻应变式称重传感器 称重传感器输出的电压信号经 24 位 AD 转换芯片 HX711 对模拟信号通过 128 分贝增益后转换为数字信号，再通过数据线传输给单片机 [7]。 单片机对数据进行处理，换算成标准重量单位，并根据具体命令完成零点标定、线性化处理、零点标定、去皮、量程转换等各项操作。 这里还需要线性回归分析的方法完成单位转换，使得信号最终转化为重量信息，便于测产系统的存储记录。 本系统采用的悬挂式称重方式，将称重物料放 在称重料筒内吊起称重。 因此为避免因晃动引起的测量误差，需要在称重料筒稳定后方能保存此时较为精确的重量信息。 本设计采用的钢制 “ S” 型称重传感器，设计成吊杆称的样式，使其承受拉力。 即 S型称重传感器上方固定孔连接吊杆，下方固定孔连接称重料筒。 通过量取称重传感器的 模拟 信号输出， 经过芯片内部放大器信号增益后，再经 A/D 转换 得到 谷物 重量信息。 图 34 “ S” 型称重传感器 AD 转换芯片 HX711 高精度模数转换芯片可直接向外部传感器提供模拟电源，使得电路整体设计不必过分关注模拟地和数字地的共地干扰问 题。 芯片 电路设计简单，且 上电自动复位 ，数据读取只需要一根时钟线和一根数据线，程序读取设计方便。 VSUP1BASE2AVDD3VFB4AGND5VBG6INNA7INPA8INNB9INPB10PD_SCK11DOUT12XO13XI14RATE15DVDD16U10HX71110ufC100Q12N390610ufC1011KR1001KR101C102GNDGND11223344dip44dipGND1KR1031KR10210ufC103VCCADD0ADCK 图 35 AD 转换芯片 原理图 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 16 水分测量 系统采用电容式水分传感器，通 过检测电容量的变化，得到水分测量值。 系统选用较为精确的电容式水分传感器及其配套调理电路，只需要通过一个 RS232 接口就能够轻松实现各项命令的操作，完成水分测量并返回水分值。 电容法水分测定 国准规定的四种水分测定法方式均采用烘干方式得到实际水分值，其不仅对试样进行研磨至规定颗粒大小，而且烘干时间至少也要半个多小时。 这样的测试时间很难适应目前小区育种收获测产大量数据测量工作，因此速测水分传感器的需求大量涌现。 电容式水分传感器通过检测电容量的变化，间接的检测样品水分含量。 谷物水分测量仪 采用 筒型结 构，由内外两个同轴的 柱形 电极组成 [8]。 效果图如下： 图 36 电容式传感器结构图 谷物进入电容式水分传感器的空腔内后，介电常数的改变引发电容量的变化。 柱状电容传感器的电容为： C = UQ = 212RlnRL 公 式（ 31） 在放入谷物后的电容值会发生变化，则变化的电容值为 [9]： ΔC = C2C1 =  21 212 ln R RL   公 式（ 32） 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 17 RS232 通讯 水分仪与主控芯片之间采用异步串行通讯方式。 系统采用的 MAX232 具有功耗低、单电源供电、集成度高（仅需外接 4 个 —1uF 电容即可）、价格低、方便使用 等特点 [10]。 C510uFC710uFVCCC610uFGNDC810uFTXD2RXD2GND123J43P1310118129147C1+1C2+4GND15C13VCC16R1T1T2R2C25V6V+2U4MAX232AESE 图 37 MAX232 原理图 机械传动电机 在本设计中电机的主要是作为机械 部件 的动力 驱动 源。 系统 主要是利用 电机 完成带动落料合页的开合 完成称重料筒的卸料 、带动挡板 片的移动 完成取样料筒的取样卸载 和带动转轴转动 完成水分仪料筒卸料 等机械控制任务。 直流减速电机 由于在本设计中采用的是 24V 直流电源适配器接入系统，因此电机全部使用的是直流减速电机 ，其 易于控制并且力矩大。 图 38 电动推杆 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 18 电动推杆作为称重料筒卸料合页驱动力 ，它通过两个限位开关盒两个 IN40。