【正文】 階的中小型育種單位能夠選擇使用過(guò)內(nèi)較為便宜的設(shè)備進(jìn)行各項(xiàng)籽粒信息的逐一手抄匯總，但問(wèn)題依然突出， 收獲操作 效率低 下 ， 無(wú)法適應(yīng)大批量 水分以及產(chǎn)量的 測(cè) 定工作 。此類小區(qū) 育種收獲 機(jī)在國(guó)外 的 應(yīng)用已經(jīng) 相對(duì)比較 普遍， 然而，如果 想在國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用， 依然 可能會(huì)因價(jià)格 高昂 、運(yùn)輸 不便， 操作 復(fù)雜 等諸多問(wèn)題而在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法 全面 實(shí)現(xiàn)。奧地利 的 溫特斯泰格公司 設(shè)計(jì)生產(chǎn) 的 小區(qū)育種 測(cè)產(chǎn) 設(shè)備 ， 不僅 配備 有條形碼 掃描槍，實(shí)現(xiàn) 免排序 功能， 加快 了收獲測(cè)產(chǎn) 速度，還 可以 測(cè)容重 等信息 。國(guó)內(nèi)也有設(shè)計(jì)一體化的大型設(shè)備的企業(yè)，沈陽(yáng)普瑞思改造的 GPH 谷物小區(qū)收獲系統(tǒng)， 在很多 方面 就 堪比 國(guó)外 進(jìn)口設(shè)備 水平 [3]。這項(xiàng)工作繁瑣，且人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度質(zhì)量差， 特別 是一些 大型育種公司，每年上萬(wàn)組合的多點(diǎn)測(cè)試，更是難以 在收獲當(dāng)天完成全部任務(wù) 。項(xiàng)目重點(diǎn)進(jìn)行 關(guān)于 智能測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)的 谷物水分測(cè)定、谷物產(chǎn)量檢測(cè)技術(shù)的 研究 ，設(shè)計(jì)完成小區(qū)育種收獲 智能測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)通過(guò) 系統(tǒng) 稱重傳感器獲得種子籽粒的產(chǎn)量信息、利用電容式水分傳感器測(cè)量種子籽粒的含水率信息，再通過(guò)嵌入式一體化觸摸屏完成條形碼錄入，產(chǎn)量信息打印存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)。 圖 21 系統(tǒng) 整體 方案 本 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在 完成 之 后 ，系統(tǒng) 將 在以下幾個(gè)方面將擁有明顯的 優(yōu)勢(shì)： （ 1）水分 測(cè)定 的 范圍 廣，可以 對(duì) 包括玉米 在內(nèi)的 十余種 谷物 品種的 含水率 測(cè)量 ； （ 2）水分 測(cè)定 速度快 ， 采用 電容法測(cè)定 方式，對(duì) 谷物水分 測(cè)定 快速、方便； （ 3） 數(shù)據(jù) 保存、 統(tǒng)計(jì) 、 匯總效率高效，便于記錄 和 查詢； （ 4） 人機(jī)交互界面 明朗清晰 、 操作過(guò)程高度 自動(dòng)化。 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） 6 2 系統(tǒng) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)箱殼體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)就設(shè)備的機(jī)箱進(jìn)行了 工業(yè) 生產(chǎn)化設(shè)計(jì)， 主要 用于固定觸摸屏、打印機(jī)、打印機(jī)控制板、主控電路、外設(shè) USB 接口 、 電源接口 以及外接控制信號(hào)線 等 設(shè)備 。 機(jī)殼三維設(shè)計(jì)圖 如下圖所示： 圖 21 機(jī)箱殼體側(cè)面、正 面 圖 22 機(jī)箱殼體后蓋、觸摸屏固定板 下面 再 介紹下 觸摸屏機(jī)殼上的 開(kāi)關(guān)、航空插頭以及 USB 分線器 等幾項(xiàng)設(shè)備接口 。機(jī)殼上方 還放置了塑料伸縮拉手、搭鎖扣、 90 度合頁(yè)等。系統(tǒng)最終定型后會(huì)將更多的控制電路移動(dòng)至機(jī)殼內(nèi)部，并將機(jī)殼剩余部分加上隔板用于儲(chǔ)物只用，放置鼠標(biāo)、條形碼掃描槍等設(shè)備。 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） 8 方案中將推桿置于料筒內(nèi)部，避免了因放在一側(cè)造成的不平衡問(wèn)題，使得稱重傳感器更加準(zhǔn)確的測(cè)量小區(qū)收獲種子的重量。 圖 26 落料斜坡 取樣料筒采用柱形結(jié)構(gòu)，由上下兩部分組成，上不為帶斜口的柱形結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)落料青島農(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） 9 斜坡的角度，同時(shí)兼顧料筒整體體積，消除取樣體積對(duì)水分測(cè)量的影響。 圖 28 取樣料筒擋板口、擋板 動(dòng)作電機(jī) 水分料筒卸料設(shè)備 通過(guò)取料料筒的玉米進(jìn)入水分儀料筒進(jìn)行水分測(cè)定。由于存在卸料不完全或卸料灑落情況，水分儀卸料裝置下方又設(shè)計(jì)了一 個(gè)斜坡結(jié)構(gòu)，水分儀料筒的谷物會(huì)通過(guò)斜坡順利完成卸料，并正確落入下方的接料設(shè)備中。在系統(tǒng)完全定型后再使用更加適合工廠化生產(chǎn)的焊接工藝完成設(shè)備整體裝配。 表 31 單片機(jī)型號(hào)參數(shù)對(duì)比表 型號(hào) 工作電壓 flash 串口 引腳數(shù) 封裝 價(jià)格 STC12C5A60S2 60K 2 40 LQFP44 165。其主要包括： 5V 電源 電路 、復(fù)位電路、晶體振蕩器 電路三個(gè)部 分 [5]。利用 RC 電路的充放電效應(yīng)，高電平信號(hào)隨著電容的充電而逐漸降低，當(dāng) RST引腳下降沿進(jìn)入低電平后，單片機(jī) 重新 開(kāi)始執(zhí)行 系統(tǒng) 程序 [6]。在此時(shí)晶體振蕩器兩端的接地電容一般選擇 C2=C3=30177。 123RST45678910111213XTAL214XTAL115GND16171819202122232425NA26ALE2728EX_LVD293031323334353637Vcc38394041424344STC12C5A60S2LQFP44U1STC12VCCGNDC1R1VCCGNDPwma+PwmaPwmb+PwmbPwmc+ PwmcRXDTXDTXD2 RXD21 2Y1晶振30pFC2GND30pFC3RE/DERSTRSTSCKDTLmit0Lmit1Lmit2Lmit3Lmit4Lmit5Lmit6Lmit7 圖 33 單片機(jī)最小系統(tǒng) 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） 14 單片機(jī)外設(shè)接口 在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)最小系統(tǒng)與其他外設(shè)的接口 有串行通訊引腳、稱重模塊引腳、水份儀模塊引腳、電機(jī)控制引腳等幾部分。 本設(shè)計(jì)在此塊電路板的設(shè)計(jì)時(shí)，合理利用其資源，使其作為其他外設(shè)接口的橋梁媒介，即節(jié)約了資源，又使得系統(tǒng)更加合理緊湊。 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） 15 電阻應(yīng)變式稱重傳感器 稱重傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng) 24 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 對(duì)模擬信號(hào)通過(guò) 128 分貝增益后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸給單片機(jī) [7]。因此為避免因晃動(dòng)引起的測(cè)量誤差，需要在稱重料筒穩(wěn)定后方能保存此時(shí)較為精確的重量信息。 圖 34 “ S” 型稱重傳感器 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片可直接向外部傳感器提供模擬電源，使得電路整體設(shè)計(jì)不必過(guò)分關(guān)注模擬地和數(shù)字地的共地干擾問(wèn) 題。 電容法水分測(cè)定 國(guó)準(zhǔn)規(guī)定的四種水分測(cè)定法方式均采用烘干方式得到實(shí)際水分值，其不僅對(duì)試樣進(jìn)行研磨至規(guī)定顆粒大小，而且烘干時(shí)間至少也要半個(gè)多小時(shí)。 效果圖如下： 圖 36 電容式傳感器結(jié)構(gòu)圖 谷物進(jìn)入電容式水分傳感器的空腔內(nèi)后，介電常數(shù)的改變引發(fā)電容量的變化。 系統(tǒng) 主要是利用 電機(jī) 完成帶動(dòng)落料合頁(yè)的開(kāi)合 完成稱重料筒的卸料 、帶動(dòng)擋板 片的移動(dòng) 完成取樣料筒的取樣卸載 和帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng) 完成水分儀料筒卸料 等機(jī)械控制任務(wù)。 圖 310 直流減速電機(jī) 直流減速電機(jī)主要依靠光軸帶動(dòng)擋板轉(zhuǎn)動(dòng)完成水分儀進(jìn)料孔開(kāi)合控制，以及水分儀測(cè)量料筒反轉(zhuǎn)卸料滾軸裝置。 BTN7960 芯片特性： 表 34 BTN7960 芯片特性 參數(shù) 特性 輸入電壓 6—12V 輸出最大電流 60A 內(nèi)阻 60mΩ 控制線電壓 5V PWM 控制頻率 25K GND1IN2INH3OUT4SR5IS6VS7OUT8U5BTS7960GNDR3R4R6C10GNDR5VCC24Motor1+C9GNDMotor1+GND1IN2INH3OUT4SR5IS6VS7OUT8U7BTS7960GNDR7R8R10C12GNDR9VCC24Motor1C11GNDMotor1GND1IN2INH3OUT4SR5IS6VS7OUT8U8BTS7960GNDR11R12R14C15GNDR13VCC24Motor2+C14GNDMotor2+GND1IN2INH3OUT4SR5IS6VS7OUT8U9BTS7960GNDR15R16R18C17GNDR17VCC24Motor2C16GNDMotor2GND1IN2INH3OUT4SR5IS6VS7OUT8U10BTS7960GNDR19R20R22C19GNDR21VCC24Motor3+C18GNDMotor3+GND1IN2INH3OUT4SR5IS6VS7OUT8U11BTS7960GNDR23R24R26C21GNDR25VCC24Motor3C20GNDMotor3VCCVCCVCCVCCVCCVCCOE11A021A141A261A382A0172A1152A2132A311GND10VCC201Y0181Y1161Y2141Y3122Y032Y152Y272Y392OE19U674HC244VCCC13Pwma+PwmaPwmb+PwmbPwmc+PwmcGNDGNDPWM[0..5]PWM0PWM1PWM2PWM3PWM4PWM5PWM0PWM1PWM2PWM3PWM4PWM5 圖 311 BT7960 原理圖 熱敏打印機(jī) 熱敏打印機(jī)作為系統(tǒng)的輸出設(shè)備，主要擔(dān)負(fù)著種子種類、種子代碼、收獲籽粒含水率、收獲籽粒產(chǎn)量等信息的打印工作。 熱敏條碼標(biāo)簽打印機(jī) 熱敏打印機(jī)是大多數(shù)儀器儀表輸出設(shè)備上較為通用的輸出設(shè)備 [11]。 圖 312 打印機(jī) 機(jī)芯及 打印紙 RS232 串行通訊 熱敏打印機(jī)與主控芯片之間 采用的 通訊方式是異步串行通訊 [13]。 條形碼技術(shù) 條形碼 由用于表達(dá)一組信息的條與空編碼組成 [15]。 本系統(tǒng)采用的是性能較為優(yōu)良的激光式掃描槍，其 USB 接口可以直接地接入工控機(jī)中，打開(kāi)觸摸屏輸入框，按動(dòng)掃描槍開(kāi)關(guān)即可完成信息錄入功能。 充分利用其設(shè)計(jì)完善的組態(tài)環(huán)境、優(yōu)秀的接口設(shè)計(jì)以及超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，為系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備提供 RS48 等接口和數(shù)據(jù)處理 [17]。為保證設(shè)計(jì)周期和系統(tǒng)電源穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)直接采用市面上常見(jiàn)的性能穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品。 圖 320 開(kāi)關(guān)電源 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） 24 穩(wěn)壓芯片 系統(tǒng)將 24V直接 接入可調(diào)節(jié)輸出電壓的穩(wěn)壓芯片 LM2596ADJ，以此來(lái)得到控制芯片、各個(gè)通訊芯片， A/D 轉(zhuǎn)換模塊等部分的 5V 電壓。下面我將重點(diǎn)介紹通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)分析。當(dāng)上位機(jī)操作發(fā)生數(shù)據(jù)變化后，上位機(jī)觸摸屏?xí)⒏臄?shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī)系統(tǒng)，（單個(gè)寫(xiě) 0 區(qū)輸出繼電器、 單個(gè)寫(xiě) 4 區(qū)輸出寄存器 ）下位校驗(yàn)無(wú)誤后原值返回。 圖 46 主控窗口界面 （ 2）收獲顯示界面中間部分左側(cè)顯示小區(qū)種子信息，右側(cè)顯示水分儀操作、取料卸料操作以及打印操作；下部分是電機(jī)單步控制以及 窗口 切換操作。其協(xié)議可通過(guò) RS232 通訊接口 傳輸，主要是優(yōu)勢(shì)在于可以打印熱敏式不干膠打印紙。 //標(biāo)簽紙寬度 56mm，長(zhǎng)度 20mm printf(GAP 0 mm,0 mm\n)。 //打印速度為 ” /sec printf(DIRECTION 1\n)。 //清除影像緩存區(qū)的數(shù)據(jù) printf(TEXT 152,0,\\,0,1,1,\谷物測(cè)產(chǎn)系統(tǒng) \\n)。 //打印漢字 printf(PRINT 1,1\n)。 Main函數(shù)文件夾下包括：、 、 三個(gè)文件； system 文件夾下包含： 、 、 [20]；hardware 文件夾下包含： 、 、 ； readme 文件夾下包含：。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中規(guī)定了一些較為規(guī)范的代碼編寫(xiě)規(guī)則如下： 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） 35 程序聲明： keil C51 編譯器下 ： 表 51 數(shù)據(jù)類型及其范圍 數(shù)據(jù)類型 占用字節(jié)數(shù) 范圍 int 2 32768~+32767 long 2 2147483648~+2147483647 float 4 +38~++38 double 8 +308~++308 全局變量聲明位置 全局變量聲明位置由設(shè)定其值的地方進(jìn)行全局變量聲明，使用其值的地方聲明變量。 圖 55 波特率計(jì)算器 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)