【正文】 最后提提與所有合作伙伴的合作還有與實驗室所有老師師兄師姐的相處，很榮幸有這么一個好的學(xué)習(xí)與進(jìn)步的環(huán)境，所有學(xué)的東西在以后的工作生活中將受益不盡。因此，本設(shè)計花費時間也將近一年。再次對所有在設(shè)計和制作工作一起合作的同學(xué)、對我提供過幫助和鼓勵的老師和同學(xué)表示深深的謝意，感謝你們的無私幫助。因此行走機(jī)構(gòu)可以用于工業(yè)制造方面，如十字型大型數(shù)控工作臺，機(jī)械手自動裝備生產(chǎn)線等等，由于基于LabVIEW虛擬儀器基礎(chǔ)，可以對軟件按所需要求編程并設(shè)置特定參量，使機(jī)構(gòu)實現(xiàn)不同的行走方式、路徑、速度等性能要求，在對于工作條件苛刻的情況下還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，結(jié)合相關(guān)的硬件用戶可以自行快速開發(fā)自定義的靈活性強(qiáng)，功能擴(kuò)展性好，可靠性高的測量或控制系統(tǒng)！致 謝 首先，至于我的導(dǎo)師俞龍講師和吳偉斌博士研究生我最真摯的謝意，在他們悉心指導(dǎo)下完成了我的畢業(yè)設(shè)計。小電機(jī)脈沖頻率500Hz,每走一步的脈沖數(shù)250，比較分析如下表：表8 行走距離實驗數(shù)據(jù)記錄表工作狀態(tài)行走 步數(shù)理論計算距離實際測量距離誤差小電機(jī)正轉(zhuǎn)102030大電機(jī)正轉(zhuǎn)204060如實驗數(shù)據(jù)可得皮帶傳動平均誤差，導(dǎo)軌傳動平均誤差，表明機(jī)構(gòu)能達(dá)到實驗所需的定位精度要求，定位準(zhǔn)確，定位精度高，行走穩(wěn)定，采集點均勻等實驗要求，用米尺測量實際行走距離與通過編程設(shè)置電機(jī)所設(shè)定的距離誤差在之內(nèi)（未考慮測量誤差），運行路徑長一些誤差會累積所以大一些，下傳動由于是高精度導(dǎo)軌傳動誤差相對小一些，（）,通過計算，機(jī)構(gòu)走30步給了個脈沖，計算距離為：與計算值的也只左右的誤差，基本上能達(dá)到要求。信號調(diào)理模塊如圖所示，其信號采集數(shù)據(jù)程序只要在延時程序部分插入一個DAQassistant程序即可（圖中圈部分），表示每走一步停下來就采集一個數(shù)據(jù)并且把數(shù)據(jù)記錄下來進(jìn)行分析。2％(20℃～+60℃) 信號輸送距離:150米 光譜范圍(植物光照):400～700nm大量實驗證明，植物的五種光合反映，即光合作用、色素合成、光周期現(xiàn)象、趨光性和光形態(tài)誘變，都集中在波長400～700nm范圍內(nèi)。5．樹葉編號有規(guī)律，有一定數(shù)量用細(xì)鐵絲作為脈絡(luò)，可以任意造型。本實驗的環(huán)境是構(gòu)建的一個恒量自然環(huán)境，因為反復(fù)進(jìn)行多次實驗要求保持相同的一個或幾個定量（人造樹與人造環(huán)境）去測量另外的變量情況下的實驗結(jié)果才能保證實驗的可行性與方便性，實驗的結(jié)果才有可比較性，以及找出規(guī)律，得出決論。2) 選用計算下面是有關(guān)驅(qū)動器工作箱的一些技術(shù)參數(shù)，選擇冷卻風(fēng)扇應(yīng)該以這些為依據(jù)：表6 驅(qū)動器工作箱器件參數(shù)項 目 記 號規(guī) 格設(shè)置環(huán)境(無)一般室外環(huán)境驅(qū)動器工作箱尺寸WDH驅(qū)動器變壓器1 變壓器2寬度 m長度 高度 寬度 長度 m高度 寬度 長度 m高度 總表面積S=++=※主要材質(zhì)(無)鐵熱通過率U5W容許溫度上升△T10℃最高外部溫度 T1 25℃內(nèi)部容許溫度 T2 35℃總發(fā)熱量 Q120W安全率Sf2算出必要風(fēng)量務(wù)必考慮內(nèi)部的壓力損失。③計算必要風(fēng)量——確定須將發(fā)生熱量降低至幾℃并在確定環(huán)境溫度后再計算所需風(fēng)量。在溫高環(huán)境蓋住減少外界使工作元器件發(fā)熱；室溫環(huán)境打開，讓自然通風(fēng)冷卻。兩電機(jī)不同時工作所以共用主線并共同一個驅(qū)動器，通過五個繼電器（五向）同時工作來切換兩個電機(jī)的工作狀態(tài)（附圖詳細(xì)說明）。 控制器與驅(qū)動器工作箱 驅(qū)動器選擇步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動方式分為恒流驅(qū)動與恒壓驅(qū)動的兩種。圖22 程序控制面板圖23循環(huán)次數(shù)設(shè)置面板圖24循環(huán)狀態(tài)控制面板大分五個部分：①為循環(huán)控制部分：包括大循環(huán)次數(shù)，一個小循環(huán)小電機(jī)、大電機(jī)走的步數(shù)（圖23）②為電機(jī)工作狀態(tài)選擇部分：兩電機(jī)通過兩個信號組合，有四種工作狀態(tài)，且本程序的編輯分別如下表：表5 程序工作狀態(tài)表信號表示工作狀態(tài)本程序步驟信號表示工作狀態(tài)11小電機(jī)正轉(zhuǎn)①11小電機(jī)正轉(zhuǎn)01大電機(jī)正轉(zhuǎn)②01大電機(jī)正轉(zhuǎn)10小電機(jī)反轉(zhuǎn)③10小電機(jī)反轉(zhuǎn)00大電機(jī)反轉(zhuǎn)④01大電機(jī)正轉(zhuǎn)本程序中大電機(jī)只有正轉(zhuǎn)所以不用00信號，在運行之前設(shè)置這里的信號為1001即可(圖24)。 具體程序圖20 數(shù)據(jù)采集行走機(jī)構(gòu)總程序圖看下圖20為編程總程序，是上面分別1到4四個步驟的循環(huán)：圖21 小電機(jī)正30步循環(huán)具體的小電機(jī)一個循環(huán)如圖21所表示，①到④分別是① 選擇電機(jī)工作狀態(tài)：就此為選擇小電機(jī)，選擇正轉(zhuǎn)，程序還包括設(shè)置數(shù)字信號輸出寫進(jìn)引腳；② 輸出步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的工作脈沖，包括了對脈沖性能的設(shè)定，如頻率，脈沖數(shù)，電平初始狀態(tài)（高或低），脈沖占空比；③設(shè)置延時程序延時，在此期間完成數(shù)據(jù)采集。4．繼電器A與繼電器組B控制信號地線接口，由6024E第4個引腳（D GND）引出。4 系統(tǒng)軟件部分 系統(tǒng)線路總體布局本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集行走機(jī)構(gòu)控制部分是關(guān)鍵，要在特定范圍內(nèi)（1m）采集特定數(shù)量的點（10030=3000個），并且采集間隔時間有具體要求，即1秒內(nèi)完成1厘米路程的行走和數(shù)據(jù)采集，具體將在后面分析，原理框圖如圖18，具體工作線路圖參照附錄。滾筒的傳動效率傳動皮帶與皮帶輪之間的摩擦系數(shù)傳動皮帶的速度通過計算得出 確認(rèn)電機(jī)所要求的規(guī)格根據(jù)移動速度及驅(qū)動時間、定位運行確認(rèn)定位距離與定位時間等的驅(qū)動條件，選用東方電機(jī)PK566A型號，其停止精度、分辨率、位置保持、使用電壓、使用環(huán)境等已經(jīng)符合工作要求，其他一些基本技術(shù)參數(shù)計算如下： 1） 要求分辨率式中， 基本步距角 齒帶輪直徑即 要求分辨率為1m/100=，電機(jī)分辨率已達(dá)到工作要求分辨率。（圖14）查MC250808型號聯(lián)軸器的固定轉(zhuǎn)矩=,，選擇合理。想要改善定位特性時，或是想要使用于能夠降低振動發(fā)生的裝置上時，一般都以“剛性高、無齒隙”為首要條件選擇聯(lián)軸器?！衽まD(zhuǎn)剛性高、具卓越的響應(yīng)性。能在不損壞軸情況下，進(jìn)行輕松安裝與拆卸工作。●能對應(yīng)減速機(jī)型電動機(jī)，實現(xiàn)高精度。電機(jī)轉(zhuǎn)軸上已實施銑面處理，將螺釘前端垂直接觸銑面進(jìn)行安裝利用鋁合金制輪轂與樹脂制星形輪構(gòu)成3片結(jié)構(gòu)（coupling）。轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩 符合要求。3)加減速常數(shù)一般的控制器，加減速時的脈沖速度變化是呈階段狀的變化，設(shè)定上的加速度與實際的加速度不同，因此如果是步進(jìn)電動機(jī)，雖經(jīng)由加速轉(zhuǎn)矩的計算判斷為可以驅(qū)動時，仍可能發(fā)生不能驅(qū)動的情況。此外，因使用條件不同亦有無法驅(qū)動的情形。 步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)計算1） 要求分辨率 螺距 基本步距角（必要分辨率）代入數(shù)據(jù)計算可得到本實驗要求取樣為10030=3000個點，傳動導(dǎo)軌的要求分辨率為，電機(jī)的分辨率精度達(dá)到工作要求分辨率精度。]重力加速度[/]()根據(jù)實驗所選用的滾珠螺桿導(dǎo)軌所有的參數(shù)，并把實際所得數(shù)據(jù)代入公式得：軸方向負(fù)載 （質(zhì)量m為上傳動機(jī)構(gòu)的總質(zhì)量）預(yù)負(fù)載 （給估算和保守值）負(fù)載轉(zhuǎn)矩所選的東方電機(jī)型號為PK596HB，查它的參數(shù)允許的最大轉(zhuǎn)矩為，導(dǎo)軌計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)所能承受的負(fù)載。⑤運行的最高頻率與升速時間的計算由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時，由力矩頻率特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動負(fù)載，并留有足夠的余量。(4)選擇電動機(jī)機(jī)種依據(jù)采集的要求已選擇步進(jìn)電動機(jī)作為傳動驅(qū)動，根據(jù)估算選擇好后進(jìn)行選用計算再決定。(2)確認(rèn)所要求的規(guī)格(設(shè)備的規(guī)格)若為移動速度及驅(qū)動時間、定位運行時，則必須確認(rèn)定位距離與定位時間等的驅(qū)動條件，并且要確認(rèn)停止精度、分辨率、位置保持、使用電壓、使用環(huán)境等。根據(jù)上述可知，選擇符合設(shè)備要求規(guī)格、功能完備的電動機(jī)是提高設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。 選擇步進(jìn)電機(jī)時，還應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到所需的脈沖當(dāng)量。（圖9）3）選擇步進(jìn)電機(jī)選擇步進(jìn)電機(jī)時，一般來說多根據(jù)對裝置要求的性能來選擇電動機(jī)，除了電動機(jī)的運行性能以外，對裝置的轉(zhuǎn)速、運行周期、停止位置精度的要求，電動機(jī)的制動特性、速度控制等特性皆為選用上的重點。此時，176。定子擁有小齒狀的磁極，共有10個，皆繞有線圈。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖把電磁感應(yīng)能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。為了減少位移誤差選用了齒帶傳動，提高傳動精度。行走機(jī)構(gòu)通過S形行走路線實現(xiàn)平面掃描均勻采點（圖6），要求在橫豎方向達(dá)到1m，采集點的個數(shù)要求10030=3000個，設(shè)計采用xy型工作臺，工作原理如圖7。（接線部分將在附圖電路圖詳細(xì)說明）總體原理框圖如圖4，箭頭線表示數(shù)據(jù)信號的傳輸方向：圖4 總體原理框圖3 系統(tǒng)硬件部分 問題的提出與探討本試驗要求實現(xiàn)生物量PAR測量采樣儀器在一定面積范圍內(nèi)移動取點采樣，即通過行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動PAR傳感器在一定的植物冠層投影范圍內(nèi)移動取點采樣，測量相關(guān)PAR值，采集數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)進(jìn)行處理。本設(shè)計主要用來調(diào)理光合有效輻射儀器采集的微電壓信號；(4)控制與采集線路部分：包括光合有效輻射儀數(shù)據(jù)傳輸線路部分，選擇電機(jī)與控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的繼電器電路部分，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器部分；(5)數(shù)據(jù)采集傳感器部分：即光合有效輻射儀，通過模擬信號（連續(xù)變化的光合輻射值）轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號（采集時間點所采集經(jīng)轉(zhuǎn)化的電壓值），即進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換（Analog/Digital轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換）。(6)網(wǎng)絡(luò)功能：LabVIEW支持TCP/IP、DDE和IAC等功能（金鑫，2004；王常廷，1996）。在虛擬儀器設(shè)計中，從控制模板中選取所需的控制及顯示對象構(gòu)建出儀器的操作界面；在功能模板中選取適當(dāng)?shù)墓δ苣K并進(jìn)行必要的連接與設(shè)置，程序的模塊化與層次化更為直觀。當(dāng)今，應(yīng)用軟件流行的趨勢之一是圖形化編程環(huán)境。LabVIEW在一般VI應(yīng)用中充當(dāng)?shù)木褪擒浖淖饔?。圖1 NI公司提出的虛擬儀器的組成其結(jié)構(gòu)如圖所示，圖1是NI公司所描繪的虛擬儀器的基本組成以及相互之間的關(guān)系，圖2是虛擬儀器的一般硬件組成圖。它的基本構(gòu)成包括計算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。為此，國際上專門制定了虛擬儀器軟件體系（VISA）標(biāo)準(zhǔn)，建立了與儀器接口總線無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)I/O軟件，與LabVIEW、HPVEE、Lab windows等先進(jìn)開發(fā)環(huán)境軟件相適應(yīng)。虛擬儀器中的分析功能是由計算機(jī)來控制的，所以接口總線的速度和兼容性是關(guān)鍵，VXI總線標(biāo)準(zhǔn)的建立，使得用戶可以從訪問寄存器來設(shè)計和安排儀器功能，也使得用戶化儀器功能設(shè)計得以實現(xiàn)?！保ㄇ貥淙?，2000；Benneff，1993）。虛擬儀器通過軟件將計算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體，從而把計算機(jī)強(qiáng)大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。本設(shè)計是國家自然科學(xué)基金項目“果樹仿形噴施農(nóng)藥的方法與技術(shù)研究”的一部分，“果樹仿形噴施農(nóng)藥技術(shù)研究對我國精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展有重要意義！對人類的可持續(xù)發(fā)展也有重大意義。因此國際上普遍重視這一問題的研究，在農(nóng)林業(yè)，畜牧業(yè)方面對此問題的研究有重大意義，特別是農(nóng)業(yè)方面關(guān)于葉面積指數(shù)LAI（leaf area index）的測定?？傒椛渲心鼙痪G色植物用來進(jìn)行光合作用的能量稱為光合有效輻射QPAR（Quality of Photosynthesis Availability Radiancy，簡稱PAR），常用光合有效輻射系數(shù)表示光資源中被植物利用，參與光合作用的比例。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)按照田間每一操作單元的具體條件，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整土壤和作物的各項管理措施，最大限度地優(yōu)化使用各項農(nóng)業(yè)投入，以獲取最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益，同時保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、保護(hù)土地等農(nóng)業(yè)自然資源，給農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣實施帶來革命性的變革精確農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)包括全球定位系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)GIS，遙感系統(tǒng) RS，作物生產(chǎn)管理專家決策系統(tǒng)，田間肥力、墑情、苗情、雜草及病蟲害監(jiān)測及信息采集處理技術(shù)設(shè)備等等，其中帶GPS系統(tǒng)的智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù)：如帶產(chǎn)量傳感器及小區(qū)產(chǎn)量生成圖的收獲機(jī)械；自動控制精密播種、施肥、噴灑農(nóng)藥機(jī)械等等是近年來研究的熱門項目。 “精確農(nóng)業(yè)”已發(fā)展成新的農(nóng)業(yè)工業(yè)，并在世界范圍內(nèi)形成的新的農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展道路。信息技術(shù)不僅可為農(nóng)戶廣泛提供科技、生產(chǎn)、市場咨詢服務(wù)，向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者及農(nóng)業(yè)主管領(lǐng)導(dǎo)提供有效利用農(nóng)業(yè)資源、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程和科學(xué)經(jīng)營管理決策，將現(xiàn)有單項農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)行綜合組裝配套實現(xiàn)高