【正文】 nding and choose…… … .....................…… .… 3 Pull pressure sensor profile and select ………… .............................…………… 4 LCD choice…………………………………………………………… ...........… 4 Stem strength tester working principle …… ………………………… .......................5 Data acquisition module principle……………………… ....................……… .…5 Microputer data processing principle……………… .....................……… …6 2 Mechanical system design … ..............…………………………………………………… 6 Instrument operation mode ……………… ...............……………… ……………… ..7 Instrument cutting knife design… ……………………………………… ...................7 3. Control system hardware design……………………… ...............……………………… .8 Amplification system …… …………………………… .............…………………… .8 Signal reverse system …… ……………………………………………… ...............11 The application of signal reverse circuit… ………………… ............................12 Motor positive amp。negative control principle… …………… ......................…… .12 SD card storage systems …… …………… ..............……………………………… .13 Homemade integration development board…… …………………… .............… … .13 Altium introduced to find ………………… ………………… ....................15 PCB design flow of work…………………………………………… ...............16 Controller layout profile ……… …………………………………… … ..................17 4 Software system design ………… ...........……………………………………… …… . ..17 Key functions………………………… .........…………………………………… ..17 Data shows………………………………………… ......……………………… .… ..18 Interrupt handling ……………………………………………… ..............……… .. 18 A/D conversion best precision design ……………………………… ..................... 19 Track of error sources and analysis ………………………… .......................… 19 Rainfall distribution hardware how to reduce ADC error…… ..........................19 Software how to reduce ADC error ………………………… ................… ..… 20 PC munication program design……… ............…………………………… ..… 21 Measuring parameters and the calculation method of………… ...........................… 21 Overload and acting program design…………… ...............…………………… ..… 21 Signal stability analysis and design…………… .....................………………… ..… 22 iv 5 Test results and analysis ……………………………………………… ................…… 24 Instrument main technical parameters …………… ................…………………… 24 Measuring data analysis ……………………………………………… .............… 25 6 Conclusion…… … … ......……………………………………………………………… 27 References……………………………………………………………… .....…………… 30 Acknowledgement………………………………………… ..…………………………… 30 Appendix……………………… ……………………………………………………… … 31 I 玉米莖稈強度測定儀的研制與開發(fā) 陳夢蘭 （山東農(nóng)業(yè)大學 機械與電子工程學院 泰安 271018） 摘要： 本文主要介紹一款便攜，精準，實用的玉米莖稈強度測定儀。本項目主要采用 STM32 單片機作為主控單元，以 S 型拉 /壓力傳感器作為前端傳感器，以交流減速電機控制系統(tǒng)刀片，使刀片勻速切割玉米莖稈，然后將采集到的剪切力和拉壓力等信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，再?jīng)過變送器進行數(shù)據(jù)處理，最后將信號輸送至單片機。 STM32 單片機將采集的拉壓力信號和行程信號等進行處理測量 后進行液晶屏實時顯示和 SD 卡數(shù)據(jù)存儲。同時單片機還控制交流減速電機的運作，通過 USB 接口與上位機之間進行數(shù)據(jù)顯示和存儲，同時還能完成做功、最大壓力等參數(shù)的計算。試驗表明，該莖稈強度測定儀工作穩(wěn)定可靠，操作簡便，可滿足玉米莖稈強度測定的要求，為進一步研究農(nóng)作物莖稈的力學性能提供了方便。 關(guān)鍵詞： 玉米莖稈 剪切力 單片機 壓力傳感器黑體、 四號、加粗、居中 宋體、 五號、居中 宋體、 五號、行距 倍 II Corn Stalks Strength Tester of Research and Development Menglan Chen (Mechanical amp。 Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018) Abstract This paper mainly introduces the precision of a portable, corn stalks, practical strength tester. The project mainly adopts singlechip microcontroller as the master STM32 using stype ra/pressure sensor in exchange for frontend sensors, gear motor control system, make the blade knives cutting corn straw, and then travels to shear force will be collected signal etc signal into a pull pressure transmitter voltage signal and after data processing, will ultimately the data signals transported to the microcontroller. TM32 microcontroller will acquisition of pull stress signals and travel signal processing after such as measuring TFT screens realtime display and SD card data storage. Meanwhile microcontroller also control operation of munication gear motor, via the USB interface between and superordination machine data display and storage, also can finish the work, the maximum pressure parameters calculation. Experiments show that this stem strength tester stable and reliable, simple operation, and can meet the requirements of corn stalks, determination of strength for further study the mechanical properties of crop stalks provided convenience. Keywords: corn stalks。 shear force。 microcontroller。 pressure sensor題目： Times New Roman、 三號、加粗、居中 Times New Roman、五號、居中 1 引言 據(jù)統(tǒng)計 ,全球玉米因倒伏而造成損失十分巨大 , 而影響玉米倒伏的主要因素是莖稈的強度。農(nóng)作物莖稈的力學性能是評價作物抗倒伏特性的重要指標，也是設(shè)計農(nóng)業(yè)機械的重要參數(shù)和依據(jù)。在作物生長的各個階段對其莖桿進行活體測量，進而根據(jù)莖桿纖維層的抗彎阻力與抗倒伏能力的相關(guān)性對群體測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，對作物的栽培和育種具有重要意義。因此通過玉米莖稈強度的測試研究而培育出高抗倒伏的作物是全球玉米遺傳育種專 家都面臨的課題。由此可見，設(shè)計出一款靈活方便既能滿足實驗室需要同時又能帶到農(nóng)作物生長現(xiàn)場的莖稈強度測定儀將會大大減輕工作人員的負擔，同時提高實驗的準確性。因此玉米莖稈強度測定儀的研究與開發(fā)不僅適應(yīng)時代的潮流同時將進一步促進農(nóng)業(yè)的發(fā)展。 對國內(nèi)外農(nóng)作物莖稈強度測定儀的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，早期在玉米莖稈強度測試方面使用的分析工具是液壓測力機 [1], 用自動的液壓測力機去測試干燥玉米垂直壓碎所需要的壓力 , 然后研制出小型機械式莖稈強度測定儀 , 它由彈簧、帶刻度的套筒及探頭組成 , 該儀器由于摩擦力大而使測定的結(jié)果精確度不 夠。 MARCU S S . ZUBER 教授將莖稈強度測定技術(shù)應(yīng)用于玉米的遺傳育種中 , 取得了重大的成績 , 在國際上處于領(lǐng)先地位。國內(nèi)相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域中的專家在這方面做了非常多的工作。吉林省農(nóng)科院玉米所的李景安、馮芬芬教授在引用美國的彈簧測力裝置的基礎(chǔ)上對其做了改進 , 但由于組成原理及結(jié)構(gòu)改進不大 , 在測定準確性方面未能得到改善。據(jù) M aydica 雜志介紹 , 1996 年美國推出一種新型的莖稈強度測定儀。 目前對農(nóng)作物莖稈力學性能指標的研究主要依靠萬能試驗機 [2]，可做拉伸、壓縮、彎曲、剪切等實驗，但由于其體 積龐大，價格昂貴且不能在無電力能源的田間進行現(xiàn)場測試，限制了其應(yīng)用范圍；在產(chǎn)品研究方面，美國 FTC 公司 TMSPRO 質(zhì)構(gòu)儀可以用來測定食品的嫩度、硬度、拉升強度等物性測試。其最高端機型 TMSPRO 精度達到 %，是專業(yè)級研究系統(tǒng)，根據(jù)分析樣品不同，力量量程可通過豐富的力量感應(yīng)元進行調(diào)整。國內(nèi)的 YYD1 莖桿強度測定儀（抗倒伏測定儀）在功能上顯然要比 TMSPRO 遜色的多。該儀器采用充電電池供電， 6 位大屏幕數(shù)碼液晶顯示器直接顯示壓力的數(shù)據(jù)，具有背光功能，方便在傍晚或黑暗處操作。對于定性的研究而言， FTC 公司 TMSPRO 質(zhì)構(gòu)儀很多功能顯然要被閑置，而 YYD1 莖桿強度測定儀其顯示效果不夠直接，僅能顯示壓力數(shù)據(jù)，看不到其與時間或者距離的對應(yīng)關(guān)系，因此我們想設(shè)計一款既能形象的觀看到各結(jié)果的對應(yīng)情況同時功能又能滿足實際操作的儀器，這樣既可節(jié)省成本還能滿足實驗的要求。為此研制了便攜式的玉米莖稈強度測定儀，該儀器體積小，同時使用先進的 32 位 STM32 單片機對莖稈測定儀進行控制，大大提高了數(shù)據(jù)采集的精確性與可靠性。 1 莖稈強度