【正文】 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。 //打印漢字 printf(PRINT 1,1\n)。 //打印速度為 ” /sec printf(DIRECTION 1\n)。其協(xié)議可通過 RS232 通訊接口 傳輸，主要是優(yōu)勢在于可以打印熱敏式不干膠打印紙。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)，（單個寫 0 區(qū)輸出繼電器、 單個寫 4 區(qū)輸出寄存器 ）下位校驗(yàn)無誤后原值返回。 圖 320 開關(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，以此來得到控制芯片、各個通訊芯片， A/D 轉(zhuǎn)換模塊等部分的 5V 電壓。 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)各個設(shè)備提供 RS48 等接口和數(shù)據(jù)處理 [17]。 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]。 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 310 直流減速電機(jī) 直流減速電機(jī)主要依靠光軸帶動擋板轉(zhuǎn)動完成水分儀進(jìn)料孔開合控制，以及水分儀測量料筒反轉(zhuǎn)卸料滾軸裝置。 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。 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)不必過分關(guān)注模擬地和數(shù)字地的共地干擾問 題。 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經(jīng) 24 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 對模擬信號通過 128 分貝增益后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過數(shù)據(jù)線傳輸給單片機(jī) [7]。 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。利用 RC 電路的充放電效應(yīng)，高電平信號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 開始執(zhí)行 系統(tǒng) 程序 [6]。 表 31 單片機(jī)型號參數(shù)對比表 型號 工作電壓 flash 串口 引腳數(shù) 封裝 價格 STC12C5A60S2 60K 2 40 LQFP44 165。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 個斜坡結(jié)構(gòu)，水分儀料筒的谷物會通過斜坡順利完成卸料，并正確落入下方的接料設(shè)備中。 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，同時兼顧料筒整體體積，消除取樣體積對水分測量的影響。系統(tǒng)最終定型后會將更多的控制電路移動至機(jī)殼內(nèi)部，并將機(jī)殼剩余部分加上隔板用于儲物只用，放置鼠標(biāo)、條形碼掃描槍等設(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 開關(guān)、航空插頭以及 USB 分線器 等幾項(xiàng)設(shè)備接口 。 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 在以下幾個方面將擁有明顯的 優(yōu)勢： （ 1）水分 測定 的 范圍 廣，可以 對 包括玉米 在內(nèi)的 十余種 谷物 品種的 含水率 測量 ； （ 2）水分 測定 速度快 ， 采用 電容法測定 方式，對 谷物水分 測定 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 、 操作過程高度 自動化。項(xiàng)目重點(diǎn)進(jìn)行 關(guān)于 智能測產(chǎn)系統(tǒng)的 谷物水分測定、谷物產(chǎn)量檢測技術(shù)的 研究 ，設(shè)計(jì)完成小區(qū)育種收獲 智能測產(chǎn)系統(tǒng)。國內(nèi)也有設(shè)計(jì)一體化的大型設(shè)備的企業(yè)，沈陽普瑞思改造的 GPH 谷物小區(qū)收獲系統(tǒng)， 在很多 方面 就 堪比 國外 進(jìn)口設(shè)備 水平 [3]。此類小區(qū) 育種收獲 機(jī)在國外 的 應(yīng)用已經(jīng) 相對比較 普遍， 然而，如果 想在國內(nèi)普遍應(yīng)用， 依然 可能會因價格 高昂 、運(yùn)輸 不便， 操作 復(fù)雜 等諸多問題而在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)無法 全面 實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)小區(qū)育種的智能化測產(chǎn)成為迫切需要解決的問題。 關(guān)鍵詞： 小區(qū)測產(chǎn)； MCGS 觸摸屏； STC12 單片機(jī) II Design of Intelligent Yield Monitoring System Based on Plot Breeding Abstract Currently, the harvesting yield monitor of breeding plot experiments still depends on manual ways, plete yield measurements through banlance weighing, then use the portable grain moisture instrument to measure kernel moisture, output and moisture information are recorded by hand, then aggregate and store recorded data into a puter. The system has two parts, the upper puter and the lower puter system. The upper puter uses a MCGS touch screen as a core ponent。上位機(jī)以 MCGS 觸摸屏作為核心部件 ； 下位機(jī) 主要有 STC12 單片機(jī) 、 電容式水分傳感器、 電阻應(yīng)變式 稱重傳感器、不干膠熱敏打印機(jī)和條形碼閱讀器等外設(shè) 。育種測產(chǎn)工作面臨勞動強(qiáng)度 大， 測試數(shù)據(jù) 正確率低 等 諸多 問題 [1]。只有大型的育種公司，由于每年需要進(jìn)行上萬個組合進(jìn)行多點(diǎn)測試時，才會采購大型的機(jī)械和設(shè)備，但由于資金問題也 只能夠購置國外落后機(jī)型。與以往的人工收獲相比，這些測產(chǎn)系統(tǒng)用于 小區(qū)育種收獲 ， 極大 的 解放了勞動力 ，降低了收獲損失，提高 了收獲 效率。因此，如何提高工作效率，設(shè)計(jì)制造適合國內(nèi)育種具體需要和資金要求的設(shè)備，降低勞動強(qiáng)度，避免 不必要的 測試數(shù)據(jù)混亂，提高 測量 數(shù)據(jù)的精確度，成為了本設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn) 。 系統(tǒng) 將稱重傳感器 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換 、 將 電容式水分傳感器經(jīng) 頻率分析完成數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換 ，然后 STC12 單片機(jī)再對獲取地 數(shù)字信號 進(jìn)行 操作 ， 得到種子籽粒的實(shí)際產(chǎn)量、含水率等信息；同時 STC12C5A60S2 單片機(jī) 會 將轉(zhuǎn)換獲得的數(shù)據(jù)信息 ， 通過 RS485 串行通訊的方式傳 輸給上位機(jī) 系統(tǒng) —— 嵌入式一體化觸摸屏。首先 本系統(tǒng)利用軟件 UG 對 機(jī)箱殼體進(jìn)行了三維立體設(shè)計(jì)， 經(jīng)歷數(shù)次 方案的更改 后 最終定型 為酷似ATM 機(jī)形狀的機(jī)殼。 圖 23 開關(guān)接口、航空插頭接口、 USB分線器 機(jī)殼組裝完畢后，外形酷似 ATM 取款機(jī)的風(fēng)格，傾斜的屏幕下方是電源開關(guān)以及打印機(jī)出紙口。桶內(nèi)橫梁是可拆卸的便于電機(jī)的更換調(diào)整，下一步桶內(nèi)橫梁也將被做成圓弧型，徹底避免落料不完全的問題。測定完畢后， 水分儀卸料裝置 啟動 ，通過電機(jī)裝置帶動滾軸轉(zhuǎn)動完成卸料任務(wù)。 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） 11 圖 211 工業(yè)鋁型材及其裝配組件 、帶剎 車萬向輪 系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)完成后將包括觸摸屏機(jī)殼、谷物稱重料筒、谷物樣品收集裝置、谷物樣品落料裝置、整體框架等幾個部分。下面我將簡單介紹一下 STC12的上電復(fù)位電路和晶體振蕩器電路。10pF。 表 33 單片機(jī)外設(shè)接口連接表 I/O 引腳 外 接電路引腳功能 INT /RxD/ RS232 通訊單片機(jī)數(shù)據(jù)接收端口 TxD/ RS232 通訊單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送端口 SCLK/ADC7/ RS485 通訊發(fā)送接收控制端口 RxD2/ECI/ADC2/ RS485 通訊單片機(jī)數(shù)據(jù)接收端口 TxD2/CPP0/ADC3/ RS485 通訊單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送端口 稱重測產(chǎn) 稱重傳感器擔(dān)負(fù)著小區(qū)育種收獲的產(chǎn)量測定工作。 本設(shè)計(jì)采用的鋼制 “ S” 型稱重傳感器，設(shè)計(jì)成吊桿稱的樣式，使其承受拉力。這樣的測試時間很難適應(yīng)目前小區(qū)育種收獲測產(chǎn)大量數(shù)據(jù)測量工作，因此速測水分傳感器的需求大量涌現(xiàn)。 直流減速電機(jī) 由于在本設(shè)計(jì)中采用的是 24V 直流電源適配器接入系統(tǒng)，因此電機(jī)全部使用的是直流減速電機(jī) ，其 易于控制并且力矩大。由于采用的是不干膠熱敏打印機(jī)，所以能夠打印不干膠紙，從而更加方便的粘貼打印信息，便于存放和日后查詢。 C510uFC710uFVCCC610uFGNDC810uFTXD2RXD2GND123J43P1310118129147C1+1C2+4GND15C13VCC16R1T1T2R2C25V6V+2U4MAX232AESE 圖 313 MAX232 原理圖 單位： mm 通用公差： 177。其實(shí)物如下圖所示： 圖 315 激光條碼 掃描槍 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） 22 觸摸屏工控機(jī) 觸摸屏作為系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，在 設(shè)計(jì)系統(tǒng)初期， 其 選擇 過程經(jīng)歷了數(shù)次嘗試， 進(jìn)行 了 大量的選型，也經(jīng)歷幾代的更新。為了保證系統(tǒng)的電源的穩(wěn)定性，有效隔離電機(jī)等大功率負(fù)責(zé)與控制芯片直接的影響，系統(tǒng)還采用了雙電源供電的模式。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)制單個線圈 15 強(qiáng)制多個線圈 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)置單個寄存器 16 預(yù)置多個寄存器 03讀 取 保持寄存器 ModBus 協(xié)議數(shù)據(jù)分析 單個寫 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)