【正文】 200mm/s 的速度保證取樣的谷物能夠快速落料，保證水分儀料筒空氣排空徹底。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 29 水分儀反轉(zhuǎn)卸料電機(jī) 水分 儀料筒跟隨直線光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成卸料任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)備上加入帶腳剎的萬向輪，即能夠方便的對(duì)設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)，又能很好的固定。 總體機(jī)整體圖如下： 圖 212 整體裝配圖 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 主控芯片 在單片機(jī)的 選型 方面，本設(shè)計(jì) 在眾多芯片中篩選出 STC12C5A60S MPS430F14STM32F103C8 三款 單片機(jī)， 最后 通過下表所列 flash、串口數(shù)等 幾項(xiàng)要求 ， 對(duì)比權(quán)衡后 選中 STC12C5A60S2。 單片機(jī)最小系統(tǒng) STC12 單片機(jī)的 硬件 最小系統(tǒng) 指的是 能夠 滿其運(yùn)行 的最小硬件 電路 組合。單片機(jī)的上電復(fù)位電路是在單片機(jī)上電色時(shí)候，在 RST引腳施加兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平。就此標(biāo)準(zhǔn)而言后者在串口波特率設(shè)置上明顯優(yōu)于前者，因此系統(tǒng)果斷采用后者接入硬件電路 。原理圖還通過網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的方式，給出了各個(gè)引腳所連接設(shè)備引腳，詳細(xì)見下一小節(jié)單片機(jī)外設(shè)接口部分 。其與 其他外設(shè)的接口 只有 串行通訊引腳 ，與觸摸屏通過 RS485 方式通信，與打印機(jī)通過 RS232 通信 。它的測(cè)量精度高，測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，且數(shù)據(jù)讀取速度快。本系統(tǒng)采用的懸掛式稱重方式，將稱重物料放 在稱重料筒內(nèi)吊起稱重。通過量取稱重傳感器的 模擬 信號(hào)輸出， 經(jīng)過芯片內(nèi)部放大器信號(hào)增益后，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 得到 谷物 重量信息。系統(tǒng)選用較為精確的電容式水分傳感器及其配套調(diào)理電路，只需要通過一個(gè) RS232 接口就能夠輕松實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)命令的操作，完成水分測(cè)量并返回水分值。 谷物水分測(cè)量?jī)x 采用 筒型結(jié) 構(gòu)，由內(nèi)外兩個(gè)同軸的 柱形 電極組成 [8]。 C510uFC710uFVCCC610uFGNDC810uFTXD2RXD2GND123J43P1310118129147C1+1C2+4GND15C13VCC16R1T1T2R2C25V6V+2U4MAX232AESE 圖 37 MAX232 原理圖 機(jī)械傳動(dòng)電機(jī) 在本設(shè)計(jì)中電機(jī)的主要是作為機(jī)械 部件 的動(dòng)力 驅(qū)動(dòng) 源。其實(shí) 基本 電路 原理 圖如下： D3MB1Motor231S2231S1D2MOTOR+MOTOR 圖 39 電機(jī)限位電路設(shè)計(jì) 電路分析： 電機(jī)運(yùn)動(dòng)到 S1 限位開關(guān)處時(shí)， S1 限位開關(guān)打在 1 端口后，由于整流二極管 D2 的限制，電流不能通過電機(jī)，電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，但電流能從 MOTOR流向 MOTOR+，即 MOTOR經(jīng) S2 限位開關(guān)端 S2 限位開關(guān) 整流二極管 D motor B1 到 MOTOR+，因此電機(jī)能夠反轉(zhuǎn)； 電機(jī)運(yùn)動(dòng)到 S2 限位開關(guān)處時(shí)， S2 限位開關(guān)打在 1 端口后，由于整流二極管 D3 的限制，電流不能通過電機(jī)，電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，但電流能從 MOTOR+流向 MOTOR，即 MOTOR+經(jīng) motor B S1 限位開關(guān)端 S1 限位開關(guān) 整流二極管 D3 到 MOTOR，因此電機(jī)能夠正轉(zhuǎn)； 當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)在 S1 限位開關(guān)和 S2 限位開關(guān)之間時(shí)，電機(jī)可以任意方向切換轉(zhuǎn)動(dòng)。 通過控制 IN 引腳的高低 0\1 信號(hào)，完成芯片 MOSFET的導(dǎo)通關(guān)斷操作。其具體 協(xié)議將在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過程中予以詳細(xì)介紹。目前該款打印機(jī)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)售票郵 政、銀行排隊(duì)、 超市 標(biāo)簽打印等行業(yè)中 [12]。系統(tǒng)采用市面上較為常見的激光掃描槍，通過 USB 接口接入工控機(jī)系統(tǒng)，掃描輸入的數(shù)據(jù)類型為字符串類型 [14]。 圖 314 條形碼學(xué)號(hào) 條形碼閱讀器 條形碼閱讀器 具有掃描 速度快、距離范圍大、靈敏度高 等特點(diǎn)的輸入設(shè)備 [16]。結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度后，本設(shè)計(jì)選擇北京昆侖通泰的嵌入式一體化觸摸屏。 MAX485 的電路 原理 圖如下： 234VCC81 67GND5DRABU3MAX485GNDVCCRXDTXD1122J32PRE/DE 圖 319 MAX232 原理 圖 系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電源是整個(gè)系統(tǒng)工作的動(dòng)力。下圖為兩個(gè)開關(guān)電源，左側(cè)電源適配器主要為觸摸屏、控制板提供電源；右側(cè)開關(guān)電源主要為電機(jī)提供電源。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交換完成系統(tǒng)顯示和控制。 系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)置 本系統(tǒng) ModBus 通訊協(xié)議是按照每 50ms 間隔向下位機(jī)主控單片機(jī)發(fā)送一次數(shù)據(jù)請(qǐng)求信息，（讀 1 區(qū)輸入繼電器和讀 3 區(qū)輸入寄存器交替請(qǐng)求讀取數(shù)據(jù)） 下位機(jī) 兩個(gè)設(shè)備地址分別為 0x0 0x02 的設(shè)備，按設(shè)備請(qǐng)求 CRC 校驗(yàn)無誤后響應(yīng)主機(jī)。 （ 1）主控窗口界面上半部分的左側(cè)為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)?；?，中間顯示 “ 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)測(cè)產(chǎn)系統(tǒng) ” ，右側(cè)顯示日期及系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行時(shí)間 等信息 ；下半部分左側(cè)為窗口選擇按鈕，分別是 “ 收獲顯示 ” 、 “ 歷史查詢 ” 、 “ 幫助文檔 ” 、 “內(nèi)部調(diào)試”四個(gè)窗口選擇按鈕 ，右側(cè) 則 為一代樣機(jī)、二代樣機(jī) 交替 展示圖。系統(tǒng)設(shè)置如下所示： 圖 49 設(shè)備窗口 圖 410 設(shè)備 0 的屬性設(shè)置 圖 411 系統(tǒng)部分?jǐn)?shù)據(jù) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 412 設(shè)備 0 的 變量 打印機(jī)控制程序 打印機(jī)為 Cprinter 熱敏式條形碼打印機(jī)。 打印機(jī)程序 /*********************************************************************** （ 1） 所有字符需要以 ASCII 的形式輸入打印機(jī)； （ 2） 若要打印雙引號(hào)時(shí) (“)在程序中使用 \[“]來打印雙引號(hào)；***********************************************************************/ printf(SIZE 56 mm,30 mm\n)。 //退紙距離 600dots（ 1mm = 8dots） printf(SPEED 1\n)。 //標(biāo)簽打印偏移量設(shè)置 printf(CLS\n)。//打印漢字 printf(TEXT 100,100,\\,0,1,1,\收獲重量： % KG\\n,weight)。 //程序結(jié)束點(diǎn)，需要將指令放在程序的最后一行 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 5 系 統(tǒng)軟件和硬件的調(diào)試 KEIL 軟件及 ISP 下載使用 Keil μVision4 的使用 系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期合理利用 Keil 強(qiáng)大的工程文件管理優(yōu)勢(shì)，將系統(tǒng)程序進(jìn)行文件結(jié)構(gòu)分類，具體如何設(shè)置工程文件管理，如何操作在此不作詳細(xì)介紹。這樣一來不僅在編程上更加明朗易讀，更使得在以后的深入開發(fā)設(shè)計(jì)易于改進(jìn)。 圖 53 添加 STC 仿真驅(qū)動(dòng) 圖 54 Keil 支持的 STC 單片機(jī) 另一項(xiàng)軟件做的非常成功的地方是，設(shè)計(jì)了波特率計(jì)算器、定時(shí)器計(jì)算器、軟件延時(shí)計(jì)算器，其中波特率定時(shí)器尤為有效，支持各種系統(tǒng)頻率下的各種常規(guī)波特率設(shè)置，且具有誤差率提示。 STC_ISP 下載器的使用 STC_ISP（ ） 是一款專門為 STC 全系列單片機(jī)提供下載燒錄以及串口 調(diào)試、例程規(guī)范、選型推薦、波特率計(jì)算、定時(shí)器計(jì)算、軟件延時(shí)計(jì)算、頭文件等等服務(wù)于一體的軟件。在其他文件進(jìn)行添加時(shí)，也可以根據(jù)具體的所屬類別進(jìn)行劃分，主函數(shù)部分、系統(tǒng)設(shè)定程序部分、用戶自定義程序部分和工程說明部分。 //打印出存儲(chǔ)于影像緩存區(qū)的數(shù)據(jù) 1 份 1 張 printf(FEED 600\n)。//打印漢字“谷物測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)” printf(TEXT 100,25,\\,0,1,1,\種子種類：玉米 \\n)。 //打印時(shí)出紙和打印字體方向 printf(REFERENCE 0,0\n)。 //兩標(biāo)簽紙之間的垂直距離和垂直距離的偏移量均為 0mm printf(DENSITY 12\n)。 打印機(jī)設(shè)置 在打印之前需要系統(tǒng)對(duì)打印機(jī)進(jìn)行一些設(shè)置，包括標(biāo)簽紙的寬度、長(zhǎng)度，兩標(biāo)簽紙之間的距離，打印濃度，打印速度，坐標(biāo)，進(jìn)紙、退紙距離等信息。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 47 收獲顯示界面 （ 3） 歷史查詢 窗口上部同主控界面 ； 中間部分為歷史數(shù)據(jù)部分，可通過滑動(dòng)右側(cè)滑塊瀏覽所有數(shù)據(jù)，也可通過設(shè)置瀏覽指定日期內(nèi)數(shù)據(jù)信息；下部為 U 盤導(dǎo)出設(shè)置，分別是：數(shù)據(jù)開始時(shí)間、數(shù) 據(jù)結(jié)束時(shí)間、導(dǎo)出文件名、導(dǎo)出條數(shù)、導(dǎo)出模式和導(dǎo)出結(jié)果信息。 01 06 00 00 04 67 CA E0 設(shè)備地址 功能碼 起始地址 1127 CRC16L/H 01 06 00 00 04 67 CA E0 設(shè)備地址 功能碼 起始地址 1127 CRC16L/H 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì) 觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)建立用戶窗口，并對(duì)相關(guān)命令進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或下位機(jī)通訊。其 通訊幀 包含：地址字段、功能碼、數(shù)據(jù)和 CRC，具體 如下： ModBus 協(xié)議寄存器各區(qū)的讀取、寫入功能碼及其說明如下表所示： 表 41 ModBus 協(xié)議 寄存器 寫入 功能碼 讀取功能碼 功能碼說明 [1 區(qū) ]輸入繼電器 無 02 02 讀取輸入狀態(tài) [0 區(qū) ]輸出繼電器 05 15 01 05 強(qiáng)制單個(gè)線圈 15 強(qiáng)制多個(gè)線圈 01讀取線圈狀態(tài) [3 區(qū) ]輸入寄存器 無 04 04 讀 取 輸入寄存器 [4 區(qū) ]輸出寄存器 06 16 03 06 預(yù)置單個(gè)寄存器 16 預(yù)置多個(gè)寄存器 03讀 取 保持寄存器 ModBus 協(xié)議數(shù)據(jù)分析 單個(gè)寫 0 區(qū)輸出繼電器（指令代碼： 0X05） 指令 ： 地址字段 功能碼 數(shù)據(jù) CRC PDU ADU 圖 41 Modbus 通訊幀 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 0 5 設(shè)備地址 起始地址 要寫入的數(shù) CRC 校驗(yàn) 高 8 位低 8 位 FF00 代表 1 低 8 位高 8 位 0000 代表 0 應(yīng)答 ： 0 5 設(shè)備地址 起始地址 要寫入的數(shù) CRC 校驗(yàn) 高 8 位低 8 位 FF00 代表 1 低 8 位高 8 位 0000 代表 0 圖 42 單個(gè)寫 0 區(qū)輸出繼電器指令、應(yīng)答通訊幀 舉例參考 1：上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送只包含 0 或 1 開關(guān)量信息 （ 1） 昆侖通態(tài)觸摸屏向下位機(jī)發(fā)送含有數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù) 01 05 00 02 00 00 6C 0A 表 42 參考 1 數(shù)據(jù)說明 （ 2） 下位機(jī)得到數(shù)據(jù)后回應(yīng)上位機(jī)昆侖通泰觸摸屏的數(shù)據(jù) （ 如果接收無誤，發(fā)送數(shù)據(jù)與之相同） 03 05 00 02 00 00 6D E8 表 43 參考 1 數(shù)據(jù)說明 讀 3 區(qū)輸入寄存器（指令代碼： 0X04） 指令： 0 4 設(shè)備地址 起始地址 寄存器個(gè)數(shù) CRC 校驗(yàn) 03 05 00 02 00 00 6D E8 設(shè)備地址 功能碼 起始地址 信息 0 CRC16L/H 03 05 00 02 00 00 6D E8 設(shè)備地址 功能碼 起始地址 信息 0 CRC16L/H 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 高 8 位低 8 位 高 8 位低 8 位 低 8 位高 8 位 應(yīng)答： 0 4