【正文】 .................................................................................................15 A/D 轉換最佳精度設計 ..........................................................................................15 誤差來源與分析 ..............................................................................................16 硬件如何減小 ADC 誤差 ...............................................................................16 軟件如何減小 ADC 誤差 ...............................................................................17 上位機通訊程序設計 ............................................................................................17 測量參數及其計算方法 ........................................................................................17 過載及做功程序設計 ............................................................................................17 信號穩(wěn)定性分析與設計 ........................................................................................18 5 試驗結果與分析 ...........................................................................................................20 儀器主要技術參數 ................................................................................................20 測定數據分析 ........................................................................................................21 ii 6 結論 ...............................................................................................................................22 參考文獻 ...........................................................................................................................24 致謝 ...................................................................................................................................24 附錄 ...................................................................................................................................25 獲獎證書 ............................................................................................................................46 iii Contents Abstract………………………………………………………………… .............…… .… .… II Introduction… ……………………………………………………… ............……………… 1 1 The stem strength tester structure and working principle… ...............................………… 2 Stem strength tester structure………………………………………… ....................... 2 STM32 microcontroller understanding 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。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據顯示和存儲，同時還能完成做功、最大壓力等參數的計算。 shear force。在作物生長的各個階段對其莖桿進行活體測量，進而根據莖桿纖維層的抗彎阻力與抗倒伏能力的相關性對群體測量數據進行統(tǒng)計處理，對作物的栽培和育種具有重要意義。 對國內外農作物莖稈強度測定儀的調查研究發(fā)現，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果精確度不 夠。據 M aydica 雜志介紹 , 1996 年美國推出一種新型的莖稈強度測定儀。該儀器采用充電電池供電， 6 位大屏幕數碼液晶顯示器直接顯示壓力的數據，具有背光功能，方便在傍晚或黑暗處操作。所以本項目在總結前人理論的基礎上，利用現代先進的技術條件提出了以電子拉壓力傳感器測量系統(tǒng)作為植物生長測量裝置。 拉 / 壓 力 傳 感 器行 程 傳 感 器S T M 3 2發(fā) 條 傳 動 機 構交 流 減 速 電 機按鍵信 息 采 集 部 分 執(zhí) 行 機 構控 制 器顯示器人 機 交 互 界 面 圖 1 1 玉米莖稈強度測定儀系統(tǒng)組成圖 信息采集依靠拉 /壓力傳感器和行程傳感器完成；控制器負責數據的采集處理；執(zhí)行機構由電動機和發(fā)條驅動裝置構成；人機交互界面進行數據顯示及指令讀取。 STM32 單片機是以意法半導體 (ST)公司推出的基于 ARM CortexM3 系列最高配置芯片 STM32F103ZE 為核心組成 [4,5]。運算速度、存儲容量遠高于 51 單片機。時鐘頻率 72MHz 時，從閃存執(zhí)行代碼， STM32 功耗 36mA，是 32 位市場上功耗最低的產品，相 當于 。拉壓力傳感器又叫電阻應變式傳感器 [6]，具有以下特性： (1)線性度：指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離擬合直線的程度。用 S 表示靈敏度。 (5)漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化 ，此現象稱為漂移。準確度等級為 %，適用室內與室外工作，采用 S 型結構，拉壓均可使用。用戶也可以得到系統(tǒng)內部的數據以 4 做他用。 PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光。而隨著電子技術的飛速發(fā)展，越來越多的領域需要應用以單片機為核心的便攜式儀表和測試儀。 液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性，通電時導通，則排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線的通過。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長軸大致平行。同時還可利用 STM32F103 單片機開發(fā)板上的串口傳輸功能實現與上位機之間的通信，由此可更方便的實現數據的讀取與操作。 圖 15 微處理機處理數據原理框圖 2 機械系統(tǒng)設計 機械系統(tǒng)主要由刀片、交流減速電機、發(fā)條驅動裝置和拉壓力傳感器等組成，具體結構如圖 21。實現刀片的上升下降，當刀片運動時秸稈處于刀口與定刀片之間，由于兩者之間的相對運動從而擠壓秸稈，很好的模仿農業(yè)機械切割或者動物咀嚼切斷秸稈的動作。還有不同直徑的圓形刀片。控制系統(tǒng)硬件部分包括信號放大電路，信號反向電路。它可以承受較寬的輸入電壓能提供從 到 12V 輸入范圍的正電壓到負電壓的轉換。引腳圖如圖 32。其工作原理如圖 33 所示。反饋環(huán)路Q1A1R1 和 Q2A2R2 使輸入器件 Q1 和 Q2 的集電極電流保持恒定，從而可將輸入電壓作用于外部增益設置電阻 RG 上，這樣就產生了從輸入至 A1/A2 輸出的差分增益，其計算公式為 G = (R1 + R2)/RG + 1。這會帶來三大好處： a，開環(huán)增益提升以提供更大的編譯增益，從而減小與增益相關的誤差； b，增益帶寬積隨著編程 增益的提高而增大，從而優(yōu)化頻率響應； c，輸入電壓噪聲降至 9 nV/Hz，它主要由輸入器件的集電極電流和基極電阻決定 [9]。負電壓產生電路由 7808穩(wěn)壓芯片及 ICL7660S 構成，信號反向器由 OP07 搭建。 圖 35 信號反向電路 結構圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 6 J u n 2 01 0 S he e t o f F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 9 9 S E \ E X A M P L E S \ S h e e t 1 .D D BD r a w n B y:R5 3 3 KR4 2KR3 3 4 KC11 0 0 u fO P 0 7R15 0 01 82 73 64 57 6 6 0 sV i n1GND2V o ut3MC7 8 0 8C20 . 1 u fC30 . 1 u f1 2VC4 1 0 u fC51 0 u fC60 . 1 u fD1R5 5 0 0輸出信號輸入信號 10 信號反向器實質為增益為 1 的放大器，通過此環(huán)節(jié)是否接入電路來控制電機的正反轉，從而控制機械系統(tǒng)的上升與下降和拉壓力信號的變換采集。線路中采用了兩個繼電器，即正轉用的繼電器和反轉用的繼電器，它們分別由正轉按鈕 K2 和反轉按鈕 K1 控制。相反，如果控制反轉信號的繼電器作用，則電機反轉。 11 支持四位寬的并行傳輸）默認情況下的通信模式是 SD 模式 , 單片機由 于速度問題一般用SPI 接口 ,該儀器采用 SD 模式。將此開發(fā)板與電機驅動器、調速器集合放置于控制箱內，體積小巧，