【文章內(nèi)容簡介】 IP封裝形式，圖 DIP封裝圖選用STC12C5A60S2單片機(jī)是新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容8051，8051為廣大電子電路設(shè)計(jì)人員都所熟悉，掌握的。選用其還有另一個(gè)重要原因，就是其可用C語言高級語言編程，大大降低了設(shè)計(jì)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，可較短的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)，并易于調(diào)試和排錯(cuò)處理。本次設(shè)計(jì)就采用C語言開發(fā)，使用Keilc開發(fā)環(huán)境。 模擬量信號調(diào)理電路模擬量信號調(diào)理電路利用設(shè)計(jì)電位器電壓隨種肥箱開口變化而變化，來反饋調(diào)節(jié)種箱，肥箱開口，使得依據(jù)種子，化肥的類型和數(shù)量設(shè)計(jì)不同的播種密度成為可能。STC12C5A60S2內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換功能，因此A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)非常簡單。A/D轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠于軟件編程。： 模擬量信號調(diào)理電路插排與外部提供轉(zhuǎn)換電壓的電位器三個(gè)接口相連，其中兩個(gè)為電位器提供電源，電壓為+5V，因此輸入的A/D轉(zhuǎn)換電壓的波動(dòng)范圍為0V5V。和一個(gè)接口用于接收隨開口大小變化的電壓數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。LM135放大器電路構(gòu)成了阻抗變換器，其主要用于阻抗變換，使得輸入的電壓信號滿足單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換要求。電位器選用合成碳膜電位器，型號：WTH1181A 2W 4K7，旋轉(zhuǎn)角度：≥270176。 額定電壓： 400v，啟動(dòng)力矩：5~80mNmmNm，與小型電機(jī)配套。 電機(jī)控制電路電機(jī)控制電路主要是通過單片機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以此來調(diào)節(jié)種箱肥箱開口的大小?？梢哉f是A/D轉(zhuǎn)換的執(zhí)行電路。依靠他來調(diào)節(jié)開口的大小，調(diào)節(jié)播種密度，改變電位機(jī)輸入到A/D轉(zhuǎn)換端的電壓。 電機(jī)控制電路當(dāng)I1輸入邏輯高電平時(shí)，Q2導(dǎo)通，電流能夠通過D9，Q2流入到地。這時(shí)由于D9壓降（）使Q1截止，當(dāng)I1輸入邏輯低電平時(shí)，Q2截止，T1通過R1獲得基極電流，如果I2輸入邏輯高電平，Q4導(dǎo)通，則Q1，Q4驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)，從“+”端流動(dòng)到“—”端。同樣，當(dāng)I1輸入邏輯高電平，I2輸入邏輯低電平時(shí)，Q3，Q4驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電流從“—”端流向“+”端。當(dāng)兩個(gè)輸入邏輯相同時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由于下位機(jī)采用拖拉機(jī)頭的+12V直流電壓供電，因此電動(dòng)機(jī)應(yīng)選擇12V直流雙向電機(jī)。 通信模塊通信模塊用于作業(yè)監(jiān)視控制器和耕播監(jiān)控分機(jī)的信息交換，是播種機(jī)作業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。通信模塊設(shè)計(jì)分為無線通信和有線通信兩種，下面先介紹有線通信，再介紹無線通信。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸，本系統(tǒng)選用上海桑銳電子科技有限公司推出的SRWF501型微功率無線傳輸模塊，該模塊采用高效FEC前向糾錯(cuò)技術(shù)結(jié)合高性能的無線射頻IC CC1020技術(shù)。該模塊具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1） 微發(fā)射功率：最大10dbm(10mW)的發(fā)射功率。（2） 高抗干擾能力和低誤碼率?；贔SK的調(diào)制方式，采用高效通信協(xié)議，在信道誤碼率為10（3） 完善的通信協(xié)議，傳輸距離遠(yuǎn)。（4） 透明的數(shù)據(jù)傳輸。提供透明的數(shù)據(jù)接口，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議，自動(dòng)過濾掉空中產(chǎn)生的噪音信號及假數(shù)據(jù)。（5） 只能數(shù)據(jù)控制。只要從接口收/發(fā)數(shù)據(jù)即可，其它如空中收/發(fā)轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)連接、控制等操作可自動(dòng)完成。（6） 高可靠性，體積小，重量輕。采用高性能單片處理ATMega8L，外圍電路少，故障率低。（7） 雙串口，3種接口方式，無需另加電平轉(zhuǎn)換電路SRWF501型無線模塊提供一個(gè)9針的連接器。 SRWF501接口定義為防止無線通信模塊發(fā)生故障影響免耕機(jī)的使用給播種作業(yè)帶來損失，同時(shí)添加有線通信模塊備用。有線通信選用RS485模塊。485通信為較常見的有線通信方式。 通信電路 種肥空箱檢測電路 檢測電路設(shè)計(jì)種肥空箱檢測電路的檢測部分利用光電開關(guān)器件，連接外部電路和內(nèi)部電路。插排接口有兩個(gè)作用：用于給傳感器提供電源（1，3接口）；接收傳感器信號（2接口）。U2為TLP5214（含四個(gè)光電耦合）的一部分主要用于電壓的轉(zhuǎn)換連接，外側(cè)為+12V電壓，主要用于給光電開關(guān)提供電源，內(nèi)側(cè)為+5V電壓，主要是輸入到STC12C5A60S2單片機(jī)引腳的高低電平。當(dāng)外部光電開關(guān)為高電平時(shí)（箱子空時(shí)），輸入高電平，光電耦合不導(dǎo)通，因此，單片機(jī)引腳為低電平。反之，當(dāng)外部光電開關(guān)為低電平時(shí)（有種子，肥料存在時(shí)），輸入低電平，光電耦合導(dǎo)通，因此，單片機(jī)引腳為高電平。所以，軟件編程時(shí)，相應(yīng)引腳的高電平‘1’表示種箱，肥箱正常；低電平‘0’表示箱子缺種子或肥料。 種肥空箱檢測電路 光電傳感器選擇安裝在種箱，肥箱上的傳感器選擇光電開關(guān)。光電開關(guān)(光電傳感器)是光電接近開關(guān)的簡稱,它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射,由同步回路選通電路,接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測.。此次選用光電開關(guān)為對射式光電開關(guān)：它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器,發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。 鏤腿堵塞檢測與處理電路 鏤腿堵塞檢測電路鏤腿堵塞檢測主要采用自制的光電對管來實(shí)現(xiàn)。使用時(shí)，兩者距離很近，當(dāng)兩者之間無障礙物（鏤腿導(dǎo)通）時(shí)，發(fā)射管能將光射入到接收管，當(dāng)存在障礙物（鏤腿堵塞）時(shí)，光線的無法通過。如圖，四線插排為一個(gè)鏤腿的連接口，1，2，3為信號接收端。由于每個(gè)樓腿兩側(cè)上方有兩個(gè)排種管，所以需要檢測3個(gè)管道，每個(gè)鏤腿有3個(gè)輸入信號。同時(shí)，免耕機(jī)約設(shè)有6樓腿用于施肥，因此有硬件設(shè)計(jì)中有6個(gè)這樣的插排。單個(gè)鏤腿管道檢測的原理圖，： 鏤腿檢測電路由圖可以看出，當(dāng)鏤腿通暢時(shí)，接收管能夠接收到發(fā)送管的光線導(dǎo)通，因此+5V電壓接入電路，相當(dāng)與高電平，當(dāng)鏤腿堵塞時(shí)，接收管不能夠接收到發(fā)送管的光線而不能導(dǎo)通，因此0V電壓（GND）接入電路，相當(dāng)與低電平，因此，硬件設(shè)計(jì)決定了軟件設(shè)計(jì)中，只能用高電平‘1’來表示此鏤腿通暢，低電平‘0’表示此鏤腿堵塞。 鏤腿堵塞處理電路鏤腿處理主要采用氣動(dòng)或水流將堵塞的管道打通。其電源接線如圖中JP11。U3為TLP5214（其含四個(gè)光電耦合）主要用于電壓的轉(zhuǎn)換連接。，左側(cè)為5V電壓，與單片機(jī)相連，右側(cè)為堵塞處理裝置，應(yīng)用12V電壓供電。 鏤腿堵塞處理電路 當(dāng)單片機(jī)傳來的信號是低電平‘0’時(shí)，U3導(dǎo)通，此時(shí)三極管2N3904導(dǎo)通，加上外部機(jī)械在排線1，2兩端的通路，整個(gè)電路導(dǎo)通，堵塞處理器械能夠工作；當(dāng)單片機(jī)傳來的信號是高電平‘1’時(shí)，U3不導(dǎo)通，此時(shí)三極管2N3904截止，雖然加上外部機(jī)械在排線1，2兩端的通路，但整個(gè)電路因2N3904的截止而出現(xiàn)斷線，堵塞處理器械停止工作。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)中選用的報(bào)警裝置是蜂鳴器，采用光電管P521和三極管S8050將報(bào)警信號放大，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器， 用+12V電源為蜂鳴器供電?！?’時(shí)，光電耦合器件U4導(dǎo)通，此時(shí)+12V電壓加在三極管S8050基極，其導(dǎo)通，使得蜂鳴器處于工作狀態(tài)?！?’時(shí)，光電耦合器件U4截止，此時(shí)三極管S8050基極為0V，其截止，使得蜂鳴器處于待機(jī)狀態(tài)。狀態(tài)的判斷，應(yīng)在軟件設(shè)計(jì)時(shí)予以應(yīng)用。 報(bào)警電路 速度檢測電路通過檢測壓輪的轉(zhuǎn)數(shù)和時(shí)間來計(jì)算播種機(jī)速度，因此硬件電路要選擇中斷來記錄轉(zhuǎn)數(shù)。采用霍爾接近開關(guān)采集中斷信號。 霍爾傳感器的選擇霍爾接近開關(guān)是建立在霍爾開關(guān)元件基礎(chǔ)上的非接觸式傳感器，它既有霍爾開關(guān)元件所具有的無觸點(diǎn)，無開關(guān)瞬態(tài)抖動(dòng)，高可靠和長壽命等特點(diǎn)，又有很強(qiáng)的負(fù)載能力和廣泛的功能，特別是在惡劣環(huán)境下，它比目前使用的電感式，電容式，光電式等接近開關(guān)具有更強(qiáng)的抗干擾能力。其由穩(wěn)壓電源、霍爾元件、放大器、施密特觸發(fā)器、輸出晶體管組成。其工作原理是在待測物上粘貼一對或多對小磁鋼，小磁鋼越多，分辨率越高。霍爾開關(guān)固定在小磁鋼附近。待測物以角速度。旋轉(zhuǎn)時(shí)，每當(dāng)一個(gè)小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾