【正文】 收割機(jī)自動(dòng)打包測控單元設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 目錄摘要 IAbstract II第一章 緒論 2 課題的背景和意義 2 國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械化現(xiàn)狀 2 單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 3 傳感器發(fā)展現(xiàn)狀 5 主要工作 6第二章 收割機(jī)自動(dòng)打包測控單元系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 收糧系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì) 7 收糧系統(tǒng)程序 9 各模塊功用 15第三章 測量模塊 17 PIC16F877A簡介 17 200ms定時(shí)模塊(TMR0) 18 測量袋滿（RBO/INT） 22 外觸發(fā)中斷電路 26 編碼器計(jì)數(shù) 27 脈沖計(jì)數(shù)電路 34 顯示模塊 34 42 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 43第四章 總結(jié)與展望 48參考文獻(xiàn) 49致謝 5048第一章 緒論 課題的背景和意義現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)收割機(jī)的打包機(jī)構(gòu)一般都是靠人力操作的，雖然人力操作的可控性比較強(qiáng)，但是從優(yōu)化勞動(dòng)力方面考慮，實(shí)現(xiàn)收割機(jī)自動(dòng)打包的意義是非常重要的。就現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)行情趨勢看，機(jī)器的自動(dòng)化已越來越普遍。因此，實(shí)現(xiàn)收割機(jī)自動(dòng)打包是自動(dòng)化趨勢的必然結(jié)果。 國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械化現(xiàn)狀中國是農(nóng)業(yè)大國，利用占世界7%的耕地養(yǎng)活了占世界22%的人口，農(nóng)業(yè)是治國之本，而農(nóng)業(yè)機(jī)械化是指運(yùn)用先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備農(nóng)業(yè)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營條件，不斷提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益的過程，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必由之路。農(nóng)機(jī)化程度的提升，標(biāo)志著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，標(biāo)志著社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的水平[1]。我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展取得的成就 1．農(nóng)業(yè)機(jī)械化事業(yè)不斷發(fā)展壯大，農(nóng)機(jī)化裝備水平穩(wěn)步提高 截至2003年底，全國農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力達(dá)到6億kW以上，農(nóng)機(jī)原值達(dá)3 362億美元；農(nóng)田作業(yè)機(jī)械化水平顯著提高，機(jī)械耕地、播種、%、%、19%；農(nóng)機(jī)服務(wù)領(lǐng)域不斷拓展，由原來的農(nóng)田作業(yè)逐步向產(chǎn)前和產(chǎn)后延伸，向其他領(lǐng)域擴(kuò)展；農(nóng)機(jī)作業(yè)向市場化、社會(huì)化服務(wù)發(fā)展。2004年小麥機(jī)收比1995年提高了47％[2]。 2．農(nóng)機(jī)服務(wù)組織化、市場化規(guī)模不斷擴(kuò)大，聯(lián)合收割機(jī)跨區(qū)機(jī)收成效顯著。自1996年以后，全國小麥跨區(qū)機(jī)收面積年均遞增速度達(dá)到31%，特別是小麥主產(chǎn)區(qū)機(jī)收水平已達(dá)到80%以上。跨區(qū)機(jī)收不但使農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，增加了收入，還促進(jìn)了農(nóng)機(jī)工業(yè)的發(fā)展。 3．農(nóng)機(jī)科研開發(fā)取得重大進(jìn)展，新技術(shù)推廣普及速度加快 國家實(shí)施農(nóng)業(yè)科技跨越計(jì)劃、農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目，加快了農(nóng)業(yè)機(jī)械化重點(diǎn)科技成果的轉(zhuǎn)化、使用。 4．加強(qiáng)農(nóng)機(jī)對外交流與合作，開放式發(fā)展農(nóng)機(jī)化的路子正在形成 當(dāng)前各地在對外交流與合作中，大膽吸收和借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，興辦合資企業(yè)擴(kuò)大外資和技術(shù)的利用，取得良好成效。隨著工業(yè)化和信息化技術(shù)的不斷融合和快速發(fā)展，國際農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)在向著高度自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展的同時(shí)，更加注重資源節(jié)約和環(huán)境友好，并由此逐步占據(jù)了全球農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的高端。裝備有中央處理器芯片，采用機(jī)載計(jì)算機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)和先進(jìn)傳感器的只能農(nóng)業(yè)裝備已大量出現(xiàn)，并最大限度地減少了緊缺農(nóng)用生產(chǎn)資料的消耗和環(huán)境污染。拖拉機(jī)駕駛室噪聲已經(jīng)接近小轎車，極大地提高了使用舒適性。多功能、復(fù)式聯(lián)合作業(yè)裝備的不斷發(fā)展，在節(jié)約勞動(dòng)時(shí)間、減少土壤壓實(shí)、提高裝備作業(yè)效率的同時(shí)，使得單位作業(yè)面積的能源消耗水平降低60%以上[3]?；凇熬?xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)思想的多種定位變量作業(yè)，智能型農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)入國際市場，已經(jīng)成為國際21世紀(jì)合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)環(huán)境和提高農(nóng)產(chǎn)品國際市場競爭力的前沿性領(lǐng)域之一[4]。 單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀單片機(jī)自70年代問世以來得到蓬勃發(fā)展，目前單片機(jī)功能正日漸完善:單片機(jī)集成越來越多資源，內(nèi)部存儲(chǔ)資源日益豐富，用戶不需要擴(kuò)充資源就可以完成項(xiàng)目開發(fā)，不僅是開發(fā)簡單，產(chǎn)品小巧美觀，同時(shí)系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，目前該方向即是發(fā)展為SOC(片上系統(tǒng))。 單片機(jī)抗干擾能力加強(qiáng)，使的它更加適合工業(yè)控制領(lǐng)域，具有更加廣闊的市場前景[5]。 單片機(jī)提供在線編程能力，加速了產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程，為企業(yè)產(chǎn)品上市贏得寶貴時(shí)間。 在線編程目前有兩種不同方式： 1)、ISP ，具備ISP的單片機(jī)內(nèi)部集成FLASH存儲(chǔ)器，用戶可以通過下載線以特定的硬件時(shí)序在線編程，但用戶程序自身不可以對內(nèi)部存儲(chǔ)器做修改。這類產(chǎn)品如ATMEL8990系列。 2)、IAP ，具備這種特性的單片機(jī)廠家在出廠時(shí)內(nèi)部寫入了單片機(jī)引導(dǎo)程序，用戶可以通過下載線對它在線編程，用戶程序也可以自己對內(nèi)存重新修改。這對于工業(yè)實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)的保存提供了方便。這類產(chǎn)品如SST的89系列。 在線仿真變的容易。用戶一旦開發(fā)一個(gè)比較大的系統(tǒng)，開發(fā)調(diào)試變的非常復(fù)雜，同時(shí)由于單片機(jī)資源有限，不能象PC一樣直接調(diào)試自己的軟件，于是出現(xiàn)了品種繁多的專業(yè)仿真器，為用戶的開發(fā)提供了強(qiáng)大功能，加速了開發(fā)進(jìn)程，降低了開發(fā)難度，同時(shí)這類仿真器也給中小型用戶帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，目前已經(jīng)有公司推出了可以在線調(diào)試的單片機(jī)，這類單片機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，JTAG是一種標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 1149。1)，是為測試芯片而制定的，目的是用TCK、TDI、： 　　　　MCS51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑?！　?　　　　現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展[6]。 傳感器發(fā)展現(xiàn)狀 傳感器是新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開路先鋒，美國早在80年代就聲稱世界已進(jìn)入傳感器時(shí)代，日本則把傳感器技術(shù)列為十大技術(shù)之創(chuàng)立。日本工商界人士聲稱“支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時(shí)代”。世界技術(shù)發(fā)達(dá)國家對開發(fā)傳感器技術(shù)部十分重視。美、日、英、法、德和獨(dú)聯(lián)體等國都把傳感器技術(shù)列為國家重點(diǎn)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)之一。美國國家長期安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的22項(xiàng)技術(shù)中有6項(xiàng)與傳感器信息處理技術(shù)直接相關(guān)。關(guān)于保護(hù)美國武器系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)勢至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，其中8項(xiàng)為無源傳感器。美國空軍2000年舉出15項(xiàng)有助于提高21世紀(jì)空軍能力關(guān)鍵技術(shù)，傳感器技術(shù)名列第二。日本對開發(fā)和利用傳感器技術(shù)相當(dāng)重視并列為國家重點(diǎn)發(fā)展6大核心技術(shù)之一。Gu(@uh0傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一。如果說計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸，當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，人們才逐步認(rèn)識(shí)信息攝取裝置——傳感器沒有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。傳感器開始受到普遍重視，從八十年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起了一股“傳感器熱”。美國國防部將傳感器技術(shù)視為今年20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，日本把傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)、通信、激光半導(dǎo)體、超導(dǎo)并列為6大核心枝術(shù)，德國視軍用傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)，英、法等國對傳感器的開發(fā)投資逐年升級，原蘇聯(lián)軍事航天計(jì)劃中的第五條列有傳感器技術(shù)。正是由于世界各國普遍重視和投入開發(fā)，傳感器發(fā)展十分迅速，在近十幾年來其產(chǎn)量及市場需求年增長率均在10％以上。目前世界上從事傳感器研制生產(chǎn)單位已增到5000余家。美國、歐洲、俄羅斯各自從事傳感器研究和生產(chǎn)廠家1000余家，日本有800余家[7]。 主要工作設(shè)計(jì)目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)收割機(jī)自動(dòng)打包的測控。課題意義：可以節(jié)約勞動(dòng)力，加大生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。設(shè)計(jì)內(nèi)容：收割機(jī)自動(dòng)收糧過程檢測。單片機(jī)電路設(shè)計(jì)和編程。編碼器電路設(shè)計(jì)和程序編程。LED顯示電路設(shè)計(jì)和程序編程。第二章 收割機(jī)自動(dòng)打包測控單元系統(tǒng)設(shè)計(jì) 收糧系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)本次收糧系統(tǒng)是以PIC16F877A為核心，以PORTA（03腳）和PORTD為信息輸入端，端口為‘1’表示有信號輸入，‘0’表示無信號輸入。PORTB為信息輸出端，端口為‘1’表示開電機(jī)，‘0’表示停電機(jī)。采用間跳指令來完成的整個(gè)任務(wù)循檢過程。主要邏輯為放袋——放糧——撐袋——夾袋——扭轉(zhuǎn)——扎袋——推袋。信號輸入端口分配：新袋放好否RA0，出糧口全張開否RA1，袋滿否RA2，出糧口全關(guān)閉否RA3，撐袋電機(jī)到位否RD0，夾袋否RD1，夾袋結(jié)束否RD2，扭轉(zhuǎn)否RD3，扭轉(zhuǎn)到位否RD4，扎袋否RD5，扎帶結(jié)束否RD6，推袋結(jié)束否RD7信息輸出端口分配：開出糧口電機(jī)RB1，關(guān)出糧口電機(jī)RB2，撐袋電機(jī)RB3，扭轉(zhuǎn)電機(jī)RB4，夾袋電機(jī)RB5，打捆電機(jī)RB6，推袋電機(jī)RB7 初始化新袋放好否 開出糧口 Y N 停止開出糧口電機(jī)出糧口全張開否Y N 關(guān)出糧口袋滿否 Y N停止關(guān)出糧口電機(jī)并開撐袋電機(jī)出糧口全關(guān)閉否 Y N停撐袋電機(jī) 撐袋電機(jī)到位否 Y N 開夾袋電機(jī)夾袋否 Y N停夾袋電機(jī)夾袋結(jié)束否 Y N開扭轉(zhuǎn)電機(jī)扭轉(zhuǎn)否 Y N停扭轉(zhuǎn)電機(jī)扭轉(zhuǎn)到位否 Y N開扎袋電機(jī)扎袋否 Y N停扎袋電機(jī)，開推袋電機(jī)扎袋結(jié)束否 Y N停止推袋電機(jī)，反向開扭轉(zhuǎn)電機(jī)推袋結(jié)束否 Y N讀取PORTD 圖21 收糧過程程序步驟如圖21所示為收糧過程的程序編寫步驟簡圖，主要邏輯為放袋——放糧——撐袋——夾袋——扭轉(zhuǎn)——扎袋——推袋。首先是程序初始化，然后進(jìn)入程序的主循環(huán)。放糧前，收割機(jī)放糧前得先檢查糧袋是否在放糧口的正下方，若是則放糧；反之則繼續(xù)循環(huán)。放糧時(shí)，當(dāng)糧袋放好后，放糧開始，打開放糧口，檢測放糧口是否全張開，是則停止