播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或

2、部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目 錄摘 要IAbstractII1緒論11.1研究目的和意義11.2國(guó)內(nèi)外排種器試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展21.3設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容32系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)方案的選擇42.2整體設(shè)計(jì)方案53地輪驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)73.1機(jī)械傳動(dòng)原理和分類73.2地輪驅(qū)動(dòng)具體方案設(shè)計(jì)84控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)94.1 控制器的選擇94.2單片機(jī)

3、最小應(yīng)用系統(tǒng)94.3電動(dòng)機(jī)及其控制方式的選擇104.4變頻器及其控制方式的選擇124.5控制電路設(shè)計(jì)165檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)215.1旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理及選型215.2檢測(cè)電路設(shè)計(jì)225.3數(shù)據(jù)的采集與處理236電源、鍵盤(pán)、顯示的功能設(shè)計(jì)246.1電源電路設(shè)計(jì)246.2鍵盤(pán)電路電路設(shè)計(jì)246.3液晶顯示電路設(shè)計(jì)257 總結(jié)267.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容總結(jié)267.2存在問(wèn)題及其改正26參考文獻(xiàn)28致 謝29附錄1控制源程序30附錄2實(shí)物圖與整體電路圖46附錄3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表47附錄4 總原理圖48播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要播種機(jī)是在農(nóng)業(yè)機(jī)械中扮演著很重要的角色，而排種器又是衡量播種機(jī)性能好壞的核心部件

4、。所以排種器試驗(yàn)臺(tái)就成為了播種機(jī)的研發(fā)所使用的主要手段，它是快速產(chǎn)生新一代高性能播種機(jī)必不可少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。而且排種器的性能測(cè)試最好能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行,以此來(lái)提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，重復(fù)性和經(jīng)濟(jì)性,并縮短試驗(yàn)和設(shè)計(jì)周期。本設(shè)計(jì)由速度傳感器（旋轉(zhuǎn)編碼器）、智能控制單元、人機(jī)接口單元和執(zhí)行單元組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)用鍵盤(pán)輸入指令和數(shù)據(jù)，并且用LCD12864實(shí)時(shí)顯示各個(gè)參數(shù)，從而讓試驗(yàn)員直觀地看到整個(gè)試驗(yàn)的過(guò)程。在設(shè)計(jì)中，采用變頻器驅(qū)動(dòng)一個(gè)小輪旋轉(zhuǎn)，小輪帶動(dòng)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)地輪的無(wú)級(jí)變速；速度傳感器測(cè)量排種器的作業(yè)角度，確定有無(wú)重播、漏播現(xiàn)象。設(shè)計(jì)以STC89S52單片機(jī)為核心，結(jié)合以上的處理電路，運(yùn)用靈活的C語(yǔ)言編制

5、的系統(tǒng)控制程序，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)排種器性能的重復(fù)性試驗(yàn)。關(guān)鍵詞：精密播種；排種器；試驗(yàn)臺(tái)；變頻器；旋轉(zhuǎn)編碼器；Design of Control System for Seeder Test-bedAbstract Seeder is playing a very important role in agricultural machinery. And metering device is a core component to measure the performance of the seeder .So the Seeder Test-bed device became the major

6、ways to research and develop seeder, and it is the essential experimental equipment that can generate new generation of high-performance seeder quickly. In order to improve the accuracy of experiment, it would better be tested in the laboratory. If so, not only improve test repeatability and economy

7、, but also shorten test and design cycle. This design consists of speed sensor (rotary encoder), intelligent control unit, man-machine interface unit and execution unit. The operator can input instructions and data with the keyboard and see everything in the LCD12864, thus the operator can see the w

8、hole experiment process intuitively. In this design, Frequency converter drives a small wheel spin, and the small wheels drives land wheel of seeder spin, so the speed of land wheels can be changed. Speed sensor measures the rotation angle of the metering device, to determine whether exists repeat s

9、owing and miss sowing or not. Design with STC89S52 microcomputer as the core, combining these processing circuits, using the flexible C language compilation system to control procedure, realize the repeatability tests of monitoring performance of the metering device.metering device; Seeder Test-bed;

10、 Frequency converter; Rotary encoder.1緒論1.1研究目的和意義農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是人類生活的基礎(chǔ)。在人類文明發(fā)展的歷程中，農(nóng)業(yè)的歷史發(fā)展最為悠久。工業(yè)革命以來(lái)，以農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用為起點(diǎn)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)逐漸形成。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面:農(nóng)業(yè)機(jī)械增多，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員不斷減少，業(yè)者較好的現(xiàn)代科技和經(jīng)營(yíng)知識(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)逐步專業(yè)化、集約化、規(guī)?；?、現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率得到大幅度提高。農(nóng)業(yè)機(jī)械與計(jì)算機(jī)，衛(wèi)星遙感等技術(shù)結(jié)合，新型材料和自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，正在迅速變?yōu)橐环N越來(lái)越帶科學(xué)特征的工業(yè)。先進(jìn)的科技正在成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高

11、速發(fā)展，城市化速度也進(jìn)一步加快，社會(huì)主義現(xiàn)代化新農(nóng)村不斷地建設(shè)，所以農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展也必須加快步伐，這就對(duì)農(nóng)機(jī)具機(jī)械特性測(cè)試提出了更高的要求。測(cè)試技術(shù)的先進(jìn)性直接影響著新產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，以及產(chǎn)品更新的周期。播種機(jī)械性能的提高需要反復(fù)的做大量的實(shí)驗(yàn)，但是田間試驗(yàn)容易受地點(diǎn)、季節(jié)、設(shè)備等因素的限制,試驗(yàn)周期長(zhǎng),費(fèi)用高。所以播種機(jī)械尤其主要工作部件排種器的性能測(cè)試最好能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行,以此來(lái)提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，重復(fù)性和經(jīng)濟(jì)性,并縮短試驗(yàn)和設(shè)計(jì)周期。尤其是國(guó)家“948”項(xiàng)目啟動(dòng)后，引進(jìn)了柔性精密播種技術(shù)，并且將電控技術(shù)融入到機(jī)械中中去，是國(guó)家機(jī)電一體化發(fā)展的趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)就是在針對(duì)“柔性精密播種機(jī)械”播

12、種盤(pán)的檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)機(jī)械存在的缺陷，以便使機(jī)械更加完善。1.2國(guó)內(nèi)外排種器試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們一直致力于對(duì)播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的研究，并且不斷地在技術(shù)上取得突破，從而使得測(cè)試的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，測(cè)試的方法也更加方便快捷。研究方向主要有兩個(gè)：對(duì)排種器監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模擬機(jī)具行進(jìn)運(yùn)動(dòng)與排種器配合實(shí)現(xiàn)精密播種。而排種器的監(jiān)控裝置主要有以下幾種：原始的排種器試驗(yàn)裝置；基于電子技術(shù)的排種器監(jiān)控系統(tǒng)；基于虛擬儀器的排種器性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的排種監(jiān)控以及基于單片機(jī)或PLC的排種器系能監(jiān)測(cè)等【1】。在1996年，Dickey John公司在播種機(jī)上安裝了光電傳感器后，可用于單行播種的監(jiān)視【

13、2】。其80年代又采用了雷達(dá)測(cè)速技術(shù)、播種密度和谷物漏播的監(jiān)視裝置，利用微處理器控制肥料分配與噴灌，以及一個(gè)液晶顯示器用于顯示發(fā)動(dòng)機(jī)速度、拖拉機(jī)滑移率、行走速度和每小時(shí)工作面積。日本學(xué)者曾設(shè)計(jì)了一種氣動(dòng)式排種器的粒距均勻度檢測(cè)裝置，用20對(duì)光電器件，根據(jù)種子間距檢測(cè)排種器的重播、漏播及合格指數(shù)，能較好地滿足精密排種器的性能監(jiān)測(cè)要求【3】。日本于九十年代初又研制了一種電磁操作排種裝置，用于電子控制的氣力精播機(jī)。系統(tǒng)由一個(gè)高性能的電磁閥，一個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制器和一個(gè)排種器組成。該控制系統(tǒng)主要用于控制電磁閥動(dòng)作，排種性能可根據(jù)種子下落間隔 (30ms210ms)進(jìn)行調(diào)整【4】。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)播種機(jī)

14、試驗(yàn)臺(tái)的研究起步較晚，而且技術(shù)也相對(duì)落后。1974年，張波屏教授首先在我國(guó)研制成移動(dòng)式排種器試驗(yàn)臺(tái)，并首次采用沙盤(pán)固定，其工作環(huán)境清潔，種子可回收利用，觀測(cè)、取樣方便【5】。其后，對(duì)播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的研究開(kāi)始不斷發(fā)展，技術(shù)也是不斷地進(jìn)步，尤其是近十年以來(lái)，很多院校和研究機(jī)構(gòu)結(jié)合日益成熟的計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)，設(shè)計(jì)出來(lái)很多技術(shù)含量很高的播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)和沈陽(yáng)長(zhǎng)橋膠帶有限公司在2000年合作研制了排種器轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)【6】。其根據(jù)自動(dòng)控制原理，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)測(cè)試排種器工作過(guò)程中的各種性能指標(biāo)參數(shù)的試驗(yàn)裝置, 采用了模塊化的程序設(shè)計(jì)方法和PL/M高級(jí)語(yǔ)言, 開(kāi)發(fā)了一套能自動(dòng)測(cè)試排種器在

15、工作過(guò)程中排種器轉(zhuǎn)速的軟件程序。使用了MCS-51系列單片機(jī)及傳感器組成的硬件測(cè)試系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了對(duì)排種器的排種軸轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向主要是電控方向靠攏的，而且自動(dòng)化的程度也是越來(lái)越高的。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的郭燕霞等設(shè)計(jì)的精密播種微處理器系統(tǒng)【7】，針對(duì)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的播種機(jī)多使用不同的齒輪或排種器進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)整播量，株距比較困難和地輪打滑嚴(yán)重影響播種質(zhì)量等情況，以AT89S52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了微型計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化精密播種系統(tǒng)。可以實(shí)時(shí)采集動(dòng)力機(jī)械的作業(yè)速度，并根據(jù)作業(yè)速度和作物粒距要求調(diào)整排種器的轉(zhuǎn)速，減輕了傳統(tǒng)播種機(jī)械因地打滑和地面不平等因素對(duì)播種質(zhì)量的影響，從而

16、達(dá)到精密播種的目的。通信技術(shù)的進(jìn)步促使播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更上一個(gè)臺(tái)階，湖北農(nóng)業(yè)大學(xué)的向陽(yáng)等設(shè)計(jì)的基于RS485總線的排種器實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)【8】采用PC機(jī)作為上位機(jī)，輸送帶運(yùn)行采用變頻調(diào)速技術(shù)，排種器及排砂器采用步進(jìn)電機(jī)調(diào)速。上位機(jī)用戶界面采用VB60開(kāi)發(fā)，用戶可方便地對(duì)輸送帶、排砂器及排種器的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確控制。三者既可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，又可對(duì)其運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行約束，從而很好地模擬播種機(jī)田間作業(yè)情況。1.3設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)基于青島農(nóng)業(yè)大學(xué)主持的國(guó)家“948”項(xiàng)目“柔性精密播種機(jī)綜合技術(shù)的引進(jìn)”，關(guān)鍵在于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)播種機(jī)排種器的性能檢測(cè)，用單片機(jī)作為控制裝置，用旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)播種盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的角度進(jìn)行精

17、確的測(cè)量，從而找出驅(qū)動(dòng)播種盤(pán)的步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)異常震動(dòng)而導(dǎo)致漏播現(xiàn)象的規(guī)律，以達(dá)到完善整個(gè)系統(tǒng)的目的。所要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)包括以下幾個(gè)方面:（1）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：因?yàn)椴シN機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)屬大型專用檢測(cè)設(shè)備，是綜合應(yīng)用技術(shù)的體現(xiàn)，靠單純的信號(hào)檢測(cè)電路和控制電路，是不可能完成任務(wù)的，所以需要設(shè)計(jì)一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成力的傳動(dòng)和傳感器的安裝。（2）鍵盤(pán)輸入和顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì):一套完整的檢測(cè)系統(tǒng)，一定要有一個(gè)良好的人機(jī)交互界面，這樣才能使試驗(yàn)員快速準(zhǔn)確地對(duì)試驗(yàn)對(duì)象完成檢測(cè)。同時(shí)要考慮到成本的投入，要以最少的投入，完成設(shè)計(jì)，并達(dá)到所要實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)效果。（3）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì):包括對(duì)處理器的選擇，最小系統(tǒng)外圍器件的選擇和電路

18、設(shè)計(jì)，控制電路的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇，檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，最終構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。（4）軟件程序設(shè)計(jì):硬件電路是一個(gè)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件就是系統(tǒng)的靈魂。所需要完成的任務(wù)主要包括程序流程圖的編寫(xiě)，各個(gè)模塊子程序的編寫(xiě)，整體程序的調(diào)試。（5）實(shí)物制作與調(diào)試：需要完成電路的焊接，系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)，數(shù)據(jù)的采集和處理，封裝的制作。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案的選擇問(wèn)題的提出1盛種漏斗 2.分配錐 3.排種格盤(pán) 4.漏斗 5.回轉(zhuǎn)分配器6.步進(jìn)電機(jī) 7.直流電機(jī) 8落種杠桿 9.輸種管 10 落種行程開(kāi)關(guān)圖2-1排種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖在精密播種技術(shù)中，排種盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)要求轉(zhuǎn)速可調(diào)，精度要求高，轉(zhuǎn)速較低。如圖2-1所示，

19、是排鐘系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)截圖，其中6是驅(qū)動(dòng)播種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，在實(shí)際的應(yīng)用中，由于步進(jìn)電機(jī)本身的特性，會(huì)在低頻運(yùn)行時(shí)發(fā)生共振而出現(xiàn)失步的現(xiàn)象，導(dǎo)致漏播的情況。本設(shè)計(jì)就是在此問(wèn)題的基礎(chǔ)上提出的，結(jié)合小區(qū)播種的面積，播種時(shí)行進(jìn)的速度，以及種子的類別，總結(jié)出步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)失步的規(guī)律，找出步進(jìn)電機(jī)現(xiàn)失步的原因，從而有針對(duì)性地解決問(wèn)題。2.2整體設(shè)計(jì)方案單片機(jī)最小控制系統(tǒng)變頻器控制單元LCD顯示單元旋轉(zhuǎn)編碼器12位高精度DA播種機(jī)地輪鍵盤(pán)輸入單元播種盤(pán) 計(jì)數(shù)中斷圖2-2 系統(tǒng)硬件框架圖通過(guò)對(duì)以上要求的分析，和對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊的選擇，總體設(shè)計(jì)方案如下：系統(tǒng)硬件框架圖如圖2-1所示，采用8位的單片機(jī)最小系統(tǒng)作為控制裝

20、置，用12位的高分辨率DA轉(zhuǎn)換芯片TLV5618，經(jīng)放大電路放大后輸出0-10V的可調(diào)的電壓，對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入想要試驗(yàn)的速度，使變頻器的輸出頻率發(fā)生相應(yīng)的變化。變頻器的輸出控制電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)直徑為24cm的小輪轉(zhuǎn)動(dòng)，利用與地輪之間橡膠的摩擦力帶動(dòng)地輪旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到模擬地輪行走的目的。進(jìn)入計(jì)數(shù)中斷后，播種盤(pán)根據(jù)地輪的速度開(kāi)始調(diào)速，同時(shí)單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器開(kāi)始記錄編碼器所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。最后將所測(cè)得的角度，顯示到液晶顯示器上。記錄不同米數(shù)，所獲得的角度，并畫(huà)出曲線；記錄不同速度，所獲得的角度，并畫(huà)出曲線。最后通過(guò)分析曲線，得出結(jié)論。采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，通過(guò)編寫(xiě)相關(guān)程序來(lái)達(dá)到自動(dòng)監(jiān)測(cè)

21、的目的，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖2-3所示。 Y圖2-3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主程序流程圖3地輪驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)3.1機(jī)械傳動(dòng)原理和分類機(jī)械傳動(dòng)在工程技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛，主要是指運(yùn)用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)。主要分為兩類:一是靠機(jī)械各部件間的摩擦力傳遞動(dòng)力與摩擦傳動(dòng)，例如帶傳動(dòng)、繩傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)；二是靠主動(dòng)件與從動(dòng)件嚙合或者借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。例如齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)，如圖3-1所示。 圖3-1 齒輪傳動(dòng)本次設(shè)計(jì)就是采用的第一類中的摩擦輪傳動(dòng)，摩擦傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,大都能適應(yīng)軸間距較大的傳動(dòng)場(chǎng)合,過(guò)載打滑還能起到緩沖和保護(hù)傳動(dòng)裝置的作用，但這種傳動(dòng)一般不能

22、用于大功率的場(chǎng)合，雖然不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，但能達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求，如圖3-2所示。圖3-2 摩擦輪傳動(dòng)3.2地輪驅(qū)動(dòng)具體方案設(shè)計(jì)圖3-3 地輪驅(qū)動(dòng)部分圖紙1.軸承；2.摩擦輪；3.聯(lián)動(dòng)軸；4.聯(lián)軸器；5.鐵架；6.電機(jī)安裝部分 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械部分主要由6部分構(gòu)成，如圖3-3所示。2是一個(gè)直徑是24cm的摩擦小輪，用來(lái)靠摩擦力帶動(dòng)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，它通過(guò)一個(gè)聯(lián)動(dòng)軸和兩個(gè)軸承連在一個(gè)聯(lián)軸器上。聯(lián)軸器的另一端連接電機(jī)的軸，以獲得源動(dòng)力。兩個(gè)滾動(dòng)軸承選擇的都是球軸承，它由滾珠、內(nèi)環(huán)、外環(huán)與保持器構(gòu)成，比軸頸軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力小，因此相同的轉(zhuǎn)速下，摩擦產(chǎn)生的溫度會(huì)比較低。而且軸承在鐵架的固定部分，設(shè)計(jì)為上下左

23、右都可以調(diào)節(jié)的形式，以達(dá)到聯(lián)軸器兩邊協(xié)調(diào)的目的，從而不致聯(lián)軸器受力不均使其壽命受到很大的影響。 4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 控制器的選擇AT89S52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。4.2單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，軟件的儲(chǔ)存測(cè)量、數(shù)據(jù)的處理執(zhí)行、組件

24、控制命令的發(fā)出等都要經(jīng)過(guò)單片機(jī)，它是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有存儲(chǔ)、I/O、定時(shí)及中斷等功能。單片機(jī)最小系統(tǒng)即為單片機(jī)系統(tǒng)能進(jìn)行工作所必需的最少功能結(jié)構(gòu)，其他功能都在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。圖4-1是電路原理圖。圖4-1 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)除了AT89S52芯片外，還包括一個(gè)復(fù)位電路和一個(gè)振蕩電路。復(fù)位電路：復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電源后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過(guò)電源控制。上電自動(dòng)復(fù)位原理：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度即為低電平，單片機(jī)

25、開(kāi)始正常工作。手動(dòng)復(fù)位是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開(kāi)關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)復(fù)位。振蕩電路：時(shí)鐘周期，使單片機(jī)一步步執(zhí)行程序代碼，進(jìn)行正常工作。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體一起構(gòu)成自激振蕩器。圖4-1中外接石英晶體（或陶瓷諧振器）以及電容或構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。電容的大小沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但也會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和穩(wěn)定性。外接石英晶體時(shí)，和一般取30pF±10pF，外接陶瓷諧振器時(shí)，和一般取40pF±10pF

26、。4.3電動(dòng)機(jī)及其控制方式的選擇三相齒輪電動(dòng)機(jī)工作原理 電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，電動(dòng)機(jī)按分類方式的不同分為很多類，其中按供電電源的不同可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。在本設(shè)計(jì)中，選用的三相齒輪電動(dòng)機(jī)。三相齒輪電動(dòng)機(jī)就是將三相異步電動(dòng)機(jī)和減速齒輪集成為一個(gè)整體，如圖4-2所示，圖4-2 減速齒輪電機(jī)4.3.2三相齒輪電動(dòng)機(jī)適用本次設(shè)計(jì)的分析齒輪電機(jī)的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，正好能夠符合本次設(shè)計(jì)的要求。一方面由于不破壞播種機(jī)的原有機(jī)械結(jié)構(gòu)，即不用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)地輪旋轉(zhuǎn)，而是靠一些機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)完成力的傳動(dòng)，所以難免會(huì)有力矩的消耗，但是如果應(yīng)用齒輪電機(jī)，雖然會(huì)降低電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，但是仍然能達(dá)到實(shí)現(xiàn)最高播種速

27、度的同時(shí)，增大輸出扭矩。另一方面，只要運(yùn)動(dòng)的物體，便會(huì)存在一個(gè)慣性，電機(jī)也是如此，其本身存在一個(gè)慣量，由于本次設(shè)計(jì)的要求是在地輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中能夠迅速停機(jī)，以便模擬播種過(guò)程中地輪打滑的現(xiàn)象，所以說(shuō)齒輪電動(dòng)機(jī)適用于本次設(shè)計(jì)的需要。4.3.3三相齒輪電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理 三相齒輪電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理一樣，而且調(diào)速的方式很多，主要包括七種方式：變極對(duì)數(shù)調(diào)速方法，變頻調(diào)速方法，串級(jí)調(diào)速方法，繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，定子調(diào)壓調(diào)速方法，電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，液力耦合器調(diào)速方法。每種調(diào)速方式都有它的優(yōu)缺點(diǎn)和所適用的場(chǎng)合，這里僅對(duì)變頻調(diào)速的原理進(jìn)行介紹。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:n = n0

28、(1 - s) = (60f /p)(1 - s) (41)其中n為三相電機(jī)轉(zhuǎn)速；n0是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速；s是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；f是交流電源的頻率；p是電機(jī)的極對(duì)數(shù)。從式41可以看出 ,改變供電頻率 f 、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) p及轉(zhuǎn)差率 s均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來(lái)看 ,不同的調(diào)速方式無(wú)非是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0或不改變同步轉(zhuǎn)速 n0兩種。本次設(shè)計(jì)采用的是用變頻器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)，即改變同步轉(zhuǎn)速n0的方式。4.3.4所選電機(jī)的型號(hào)及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算根據(jù)以上的分析，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需要，選用了榮立三相齒輪電機(jī)，其電氣參數(shù)如表4-3所示VOLTS220V380VAMP0.850.5HZ6050

29、RMP17201420RATIO 5:1表43 電機(jī)銘牌 上表是所選購(gòu)的電機(jī)上的銘牌參數(shù)，當(dāng)用三相電驅(qū)動(dòng)時(shí)，Y型接法和型接法的不同，就導(dǎo)致輸入的驅(qū)動(dòng)電壓不同，在試驗(yàn)時(shí)，選用220V（額定電壓）輸入的Y型接法，可以計(jì)算出電機(jī)的額定功率為： P額定=U額定I額定=（220×0.85）W=1/4HP=187W (42) 其中，HP是馬力的意思，1HP=750W。 由三相電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式： T=9550p/N=9550×0.187÷1500=1.18N·M (43) 其中，p是電機(jī)的額定功率，單位是KW；N是電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，單位是R/M。因?yàn)辇X輪電機(jī)的傳

30、動(dòng)比是Ra=5:1，所以得到齒輪電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為： T0=T*Ra=1.18×5=5.9N·M (44) 因?yàn)檫x用的摩擦小輪直徑是24cm，所以電動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩Tm=5.9/0.12=49N,大約相當(dāng)于能帶動(dòng)5公斤的物體，所以完全足夠滿足設(shè)計(jì)的需要。 4.4變頻器及其控制方式的選擇 4.4.1變頻器的工作原理及其應(yīng)用情況變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)載保護(hù)等功能。其主要由整流單元，濾波單元，逆變單元，制動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元，檢測(cè)單元，微處理單元等組

31、成。如圖4-4所示：圖4-4 變頻器工作原理圖（1）在上圖中，電容C1是吸收電容,因?yàn)檎麟娐份敵鍪敲}動(dòng)的直流電壓，必須加以濾波。壓敏電阻可實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù),熱敏電阻實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。C2也是吸收電容,主要作用為吸收IGBT的過(guò)流與過(guò)壓能量。霍爾電流傳感器安裝在UVW的其中二相,用于檢測(cè)輸出電流值，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。充電電阻的作用是防止開(kāi)機(jī)上電瞬間電容對(duì)地短路，燒壞儲(chǔ)能電容。開(kāi)機(jī)前電容二端的電壓為 0V；所以在上電的瞬間電容對(duì)地為短路狀態(tài)。如果不加充電電阻在整流橋與電解電容之間，則相當(dāng)于380V電源直接對(duì)地短路，瞬間整流橋通過(guò)無(wú)窮大的電流導(dǎo)致整流橋炸掉。圖中的電解電容是儲(chǔ)能電容，在充電電路中主要作用為

32、儲(chǔ)能和濾波。均壓電阻是為了防止由于儲(chǔ)能電容電壓的不均燒壞儲(chǔ)能電容，因?yàn)閮蓚€(gè)電解電容不可能做成完全一致，這樣每個(gè)電容上所承受的電壓就可能不同，承受電壓高的發(fā)熱嚴(yán)重（電容里面有等效串聯(lián)電阻）或超過(guò)耐壓值而損壞。（2）直-交部分（逆變部分）VT1-VT6是絕緣柵雙極型功率管，構(gòu)成逆變電路的主要器件，也是變頻器的核心元件。把直流電逆變成頻率和幅值都可調(diào)的交流電。VT1-VT6的續(xù)流二極管，作用是把在電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)過(guò)程中將再生電流返回直流電提供通道并為逆變管VT1-VT6在交替導(dǎo)通和截止的換相過(guò)程中，提供通道。（3）控制部分:電源板、驅(qū)動(dòng)板、控制板電源板：開(kāi)關(guān)電源電路向操作面板、主控板、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路

33、及風(fēng)扇等提供低壓電源， 開(kāi)關(guān)電源提供的低壓電源有：±5V、±15V 、±24V向CPU其附屬電路、控制電路、顯示面板等提供電源。驅(qū)動(dòng)板：主要是將CPU生成的PWM脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生符合要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)I(lǐng)GBT輸出電壓?？刂瓢澹–PU板）：也叫CPU板相當(dāng)人的大腦，處理各種信號(hào)以及控制程序等部分在交流電機(jī)的調(diào)速方面，變頻器是現(xiàn)在被認(rèn)為的最理想，最有前途的調(diào)速方法。在國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用當(dāng)中，設(shè)備的技術(shù)水平與國(guó)外相比，無(wú)論是從制造工藝方面，還是從制作效率方面都存在著一定的差距。但是為了提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，必須提高設(shè)備的技術(shù)水平，所以應(yīng)當(dāng)充分利用變頻器調(diào)速范圍廣，調(diào)速精度高，動(dòng)

34、態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)，將之應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中去。4.4.2變頻器的控制方式 變頻器主要有四種控制方式： (1).操作面板控制。具體操作又分兩種：一種是按面板上的頻率上升和頻率下降按鈕來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率；另一種是通過(guò)直接設(shè)定頻率的數(shù)值來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率。另外，通過(guò)操作面板來(lái)設(shè)置變頻器的不同的工作方式，主要分為監(jiān)視模式、頻率設(shè)定模式、參數(shù)設(shè)定模式、運(yùn)行模式、幫助模式。(2).外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作模式。變頻器常設(shè)有多段頻率選擇功能，各段頻率通過(guò)功能碼設(shè)定，頻率端的選擇通過(guò)外部端子來(lái)實(shí)現(xiàn)。變頻器通常在控制端子中設(shè)置一些控制端，這些端子的接通組合可以通過(guò)外圍設(shè)備。(3).外圍端子模擬量頻率選擇操作方式。為了方便

35、與輸出量模擬電流或者電壓的調(diào)節(jié)器、控制器的連接，變頻器還設(shè)有模擬量I/O端。當(dāng)接在這些端口上的電流或電壓在一定范圍內(nèi)平滑變化時(shí)，變頻器的輸出頻率就在一定范圍內(nèi)平滑變化。(4).數(shù)字通信操作方式。為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，可以通過(guò)通信方式接收頻率控制指令。不少的變頻器廠商還為自己的變頻器與PLC通信設(shè)置了專用的通信協(xié)議，如西門子的USS協(xié)議即是西門子公司MM400系列變頻器的專用通信協(xié)議【9】。4.4.3變頻器的具體型號(hào)及其控制方式的選擇本次設(shè)計(jì)選用的是深圳三拓ST5002015T型號(hào)的變頻器，外形如圖4-5所示。其中ST表示公司代號(hào)，代表深圳三拓的意思；500表示系列號(hào)；2

36、表示輸入電壓等于220V；015表示最大適用電機(jī)功率：015=1.5KW，037=3.7kw 110=11KW；T表示通用型（恒轉(zhuǎn)矩），F(xiàn)表示風(fēng)機(jī)水泵型（平方轉(zhuǎn)矩）。 圖4-5 變頻器外形圖本變頻器具有過(guò)流，過(guò)壓，缺相，過(guò)載，過(guò)熱，欠壓等多相保護(hù)功能，一旦發(fā)生故障，變頻器立即報(bào)警跳閘，停止輸出，LED監(jiān)視器上將顯示相應(yīng)的故障代碼，電機(jī)停轉(zhuǎn)，操作員只要查找手冊(cè)便可以找到故障的原因，做出相應(yīng)的處理方法。當(dāng)故障排除后，按停止鍵“STOP”即能解除故障報(bào)警。其標(biāo)準(zhǔn)配線圖如圖46所示： 圖4-6 變頻器的標(biāo)準(zhǔn)配線圖在使用之前，查閱其使用手冊(cè)，找到其功能參數(shù)一覽表，通過(guò)操作面板來(lái)設(shè)置其控制方式，部分列表如

37、下：功能碼參數(shù)名稱設(shè)定范圍出廠值備注E000頻率設(shè)定方式選擇0. 操作面板設(shè)定1. 面板電位器設(shè)定2. FV端子電位器或010V設(shè)定；3. FI端子420mA信號(hào)設(shè)定；4. 操作面板設(shè)定，若從FV端子偵測(cè)到電位器或010V信號(hào)自動(dòng)切換為5；5. FV端子電位器或010V設(shè)定，若偵測(cè)到面板操作自動(dòng)切換為4 4備注：“”表示該功能運(yùn)行中可以修改本次設(shè)計(jì)因?yàn)槭且脝纹瑱C(jī)來(lái)控制變頻器，所以選擇頻率設(shè)定方式中的2，即在FV端子輸入010V連續(xù)變化的電壓信號(hào)，所以將E000的值設(shè)定為2。4.5控制電路設(shè)計(jì)4.5.1啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作，以達(dá)到啟動(dòng)變頻器的目的。由圖46可以看到變頻

38、器的外部輸入控制端子是正轉(zhuǎn)啟動(dòng)和停止的控制端，只要將其與com端接通就是啟動(dòng)，反之?dāng)嚅_(kāi)就是停止。具體電路設(shè)計(jì)如4-7所示： 控制芯片的選擇 通過(guò)查閱相關(guān)資料，大多數(shù)同行人員選擇用數(shù)字電位器來(lái)完成單片機(jī)對(duì)變頻器的控制，它的優(yōu)點(diǎn)就是硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可完成單片機(jī)控制下的閉環(huán)回路的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，性價(jià)比較高，易于實(shí)現(xiàn)。但是結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需要，低分辨率的數(shù)字電位器（例如x9511，將電阻31細(xì)分）根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)電機(jī)真正意義上的無(wú)級(jí)變速，而高分辨率的數(shù)字電位器成本就會(huì)增加很多，所以綜合以上考慮，還要電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，選擇了外圍電路稍微復(fù)雜，但是相對(duì)成本較低的12位高分辨率的DA轉(zhuǎn)換芯片TLV5618.4.5

39、.3TLV5618的通信協(xié)議 圖47 TLV5618引腳圖 TLV5618 是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入的雙路 12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，引腳圖如圖47所示, 通過(guò) CMOS 兼容的 3線串行總線, 可對(duì)TLV5618 實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。器件接收的用于編程的16位字的前 4位產(chǎn)生數(shù)據(jù)的傳送模式, 后 12 位產(chǎn)生模擬輸出。輸出電壓為基準(zhǔn)電壓的兩倍, 且單調(diào)變化。數(shù)字輸入端帶有斯密特觸發(fā)器, 具有較高的噪聲抑制能力。數(shù)字通信協(xié)議包括:SPITM、QSPITM和 MICROWIRETM標(biāo)準(zhǔn)。TLV5618在5V電源下工作,功耗極低(慢速方式 3mW ,快速方式 8mW) ,并具有上電復(fù)位功能?？捎糜谝苿?dòng)電話、測(cè)試儀表

40、、自動(dòng)測(cè)試控制系統(tǒng)等領(lǐng)域【10】。其引腳定義如下：引腳名稱編號(hào)I/ O說(shuō) 明DIN1I串行數(shù)據(jù)輸入SCLK2I串行時(shí)鐘輸入3I片選,低電平有效OUTA4ODACA模擬輸出AGND5模擬地REFIN6I基準(zhǔn)電壓輸入OUTB7ODACB模擬輸出VDD8電源正極 本次設(shè)計(jì)采用的是TLV5618的SPI通信協(xié)議，SPI 是一種允許一個(gè)主設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)與從設(shè)備的同步通訊的協(xié)議，從而完成數(shù)據(jù)的交換。這種通信方式的優(yōu)點(diǎn)是占用端口較少， 一般4根就夠基本通訊了，同時(shí)傳輸速度也很高。SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這就是SCLK時(shí)鐘線存在的原因，SCLK提供時(shí)鐘脈沖，DIN和OUT則基于此脈

41、沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過(guò)OUT線，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上沿或下沿時(shí)改變，在緊接著的下沿或上沿被讀取。 完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣8次時(shí)鐘信號(hào)的改變，就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。SCLK信號(hào)是由主設(shè)備（本次設(shè)計(jì)是單片機(jī)）控制，從設(shè)備不能夠控制信號(hào)線。而且在一個(gè)基于SPI的設(shè)備中，至少有一個(gè)主控設(shè)備。這樣的傳輸方式有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少8位數(shù)據(jù)，而SPI允許數(shù)據(jù)一位一位的傳送，甚至允許暫停，因?yàn)镾CLK時(shí)鐘線由主控設(shè)備控制，當(dāng)沒(méi)有時(shí)鐘跳變時(shí)，從設(shè)備不采集或傳送數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，主設(shè)備通過(guò)對(duì)SCLK時(shí)鐘線的控制可以完成對(duì)通訊的控制【11】。TLV561

42、8的時(shí)序圖如下所示：圖4-8 TLV5618的時(shí)序圖4.5.4TLV5618電路及信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì) TL431作為一個(gè)高性價(jià)比的常用分流式電壓基準(zhǔn)，有很廣泛的用途。作為基準(zhǔn)源其典型接法如下圖所示：圖49是TL431的典型接法，輸出一個(gè)固定的電壓值，計(jì)算公式是： Vout=（R1+R2）*2.5/R2 (4-5) R3的數(shù)值應(yīng)當(dāng)滿足條件：1mA<(Vcc-Vout)<500mA;當(dāng)R1=0的時(shí)候，R2可以省略，這時(shí)候電路圖變?yōu)?-10所示，TL431就相當(dāng)于一個(gè)2.5V的穩(wěn)壓管了。 圖4-9 TL431典型接法 圖4-10TL431輸出2.5V接法TLV5618的16位的串行線包括

43、4位的控制線和12位的數(shù)據(jù)線，所以其轉(zhuǎn)換輸出電壓為：Vout=2*Vref*(dignum/0x1000) （4-6）其中，Vref=2.5V；dignum為單片機(jī)所送給的數(shù)字量。TLV5618的DA轉(zhuǎn)換電路如圖4-11所示：圖4-11 TLV5618的DA轉(zhuǎn)換電路這樣，通過(guò)以上的電路，結(jié)合單片機(jī)的控制，便可以輸出0-5V的模擬電壓了，但是這對(duì)于本次的設(shè)計(jì)存在兩個(gè)問(wèn)題：一方面變頻器的FV模擬電壓控制端，需要的是0-10V的電壓，而TLV5618最多輸出5V的電壓。另一方面，當(dāng)輸出電壓很小的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)能力很小，不能夠驅(qū)動(dòng)變頻器，所以會(huì)出現(xiàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)速跳變的現(xiàn)象。所以針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了以下信號(hào)調(diào)理

44、電路，包括一個(gè)信號(hào)放大電路和一個(gè)電壓跟隨電路。如圖4-12所示：圖4-12信號(hào)調(diào)理電路 放大電路和電壓跟隨電路都用了通用運(yùn)放LM358N。其內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。放大電路設(shè)計(jì)為正比例放大電路，放大倍數(shù)為：Vout=（1+R7/R6）Vin=2Vin (4-7)電壓跟隨電路具有輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點(diǎn)。當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就相當(dāng)于前級(jí)

45、電路開(kāi)路，起到隔離作用。對(duì)后級(jí)電路就相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，即輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗影響。5檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理及選型旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理旋轉(zhuǎn)編碼器已由高新技術(shù)發(fā)展成為一種成熟的多規(guī)格、高性能的系列工業(yè)化產(chǎn)品。主要應(yīng)用于檢測(cè)角度位置，也可通過(guò)機(jī)械聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)線性位置。在光刻技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，其購(gòu)置價(jià)格也已經(jīng)大幅下降，而且精度大大提高。按照信號(hào)輸出的原理不同，旋轉(zhuǎn)編碼器主要分為增量型和絕對(duì)值型兩種，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在又出現(xiàn)了（1）圖5-3 編碼器外形圖 圖5-4 編碼器輸出回路圖傳感器的電源電壓范圍是524V的直流電壓，分辨率可達(dá)到1000P/R。信號(hào)輸出類型是集

46、電極來(lái)路輸出。5.2檢測(cè)電路設(shè)計(jì)由圖5-4可以看出傳感器的信號(hào)輸出類型是NPN型集電極開(kāi)路輸出，即當(dāng)三極管關(guān)斷時(shí)，傳感器能正常輸出0信號(hào)，但是當(dāng)三極管開(kāi)通時(shí)，則輸出端懸空，即為高阻態(tài)，無(wú)法正常輸出1信號(hào)，所以信號(hào)輸出電路應(yīng)加上拉電阻。電路設(shè)計(jì)如圖5-5所示：圖5-5 數(shù)據(jù)采集電路5.3數(shù)據(jù)的采集與處理試驗(yàn)時(shí)，分別對(duì)小區(qū)的長(zhǎng)度為8M、10M和12M的情況進(jìn)行了檢測(cè)，并分別使地輪驅(qū)動(dòng)速度（播種速度）為0.7M/S,0.8M/S,0.9 M/S,1.0 M/S,1.1 M/S,1.2 M/S進(jìn)行了測(cè)量。因?yàn)楫?dāng)前國(guó)內(nèi)小區(qū)精密播種機(jī)的速度范圍是0.7M/S1.2M/S,本次設(shè)計(jì)采用多次測(cè)量求平均值的方式

47、處理數(shù)據(jù)，總的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如附錄3所示，處理后的數(shù)據(jù)如56所示：直徑角度速度8M10M12M0.7 (M/S)0.8(M/S)0.9(M/S)1.0(M/S)1.1(M/S)1.2（M/S）6電源、鍵盤(pán)、顯示的功能設(shè)計(jì)6.1電源電路設(shè)計(jì)在一個(gè)系統(tǒng)中，電源的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，不穩(wěn)定的電壓會(huì)給設(shè)備造成致命傷害或誤動(dòng)作，影響生產(chǎn)，造成很多方面損失。同時(shí)還會(huì)加速設(shè)備的老化、影響使用壽命甚至燒毀配件，使業(yè)主面臨需要維修的困擾或短期內(nèi)就要更新設(shè)備，浪費(fèi)資源；嚴(yán)重者甚至發(fā)生安全事故，造成不可估量的損失。所以本次設(shè)計(jì)采用78系列的線性穩(wěn)壓芯片7805，完成對(duì)系統(tǒng)的供電。電路圖如圖6-1所示：6-1 電源電路6.2鍵盤(pán)

48、電路電路設(shè)計(jì)為了使試驗(yàn)員能方便快捷地輸入想要試驗(yàn)的速度，設(shè)計(jì)了如圖6-2所示的矩陣鍵盤(pán)電路，在單片機(jī)資源足夠用的情況下，直接接到單片機(jī)的輸入輸出口，而不是用專用的驅(qū)動(dòng)芯片，這樣既簡(jiǎn)化了電路又節(jié)省了成本。圖6-2 矩陣鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)6.3液晶顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路是一個(gè)系統(tǒng)必不可少的部分，因?yàn)樗梢允谷藗冎庇^地看到系統(tǒng)的運(yùn)行情況。本次設(shè)計(jì)主要是采用LCD12864來(lái)顯示試驗(yàn)速度和最終的排種器所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。其電源電壓范圍是DC3.0V-5.5V，可顯示的分辨率128*64點(diǎn)，有串行和并行兩種通信方式，在顯示刷新頻率要求不高的情況下，可以選用其的串行通信，這樣可以占用單片機(jī)很少的IO口資源（只占用4個(gè)I

49、O口），本次設(shè)計(jì)就是采用的串行通信方式，電路圖如圖6-3所示。圖6-3 液晶顯示電路 7 總結(jié)7.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容總結(jié) 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的調(diào)研，尤其對(duì)精密播種機(jī)械的研究分析，結(jié)合我?！?48”項(xiàng)目的成果，找到問(wèn)題的切入點(diǎn)，就是驅(qū)動(dòng)播種盤(pán)的步進(jìn)電機(jī)走步不精確現(xiàn)象，從而設(shè)計(jì)了一套控制系統(tǒng)。單片機(jī)（8位）作為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先驅(qū)，在工業(yè)上的應(yīng)用雖然已經(jīng)有很久的歷史，但是現(xiàn)在仍然以其優(yōu)越的性能和低廉的價(jià)格在歷史上占有一席之位。本設(shè)計(jì)基于8位單片機(jī)完成了對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部分的控制和對(duì)傳感器信號(hào)的檢測(cè)。具體完成的研究工作如下： (1)成功設(shè)計(jì)并制作了播種機(jī)的地輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并且此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以不改變播種機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)

50、的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作。 (2)成功完成用變頻器對(duì)地輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，并由單片機(jī)最小系統(tǒng)最為主控系統(tǒng)。 (3)根據(jù)播種機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了傳感器的安裝零件圖，并成功安裝傳感器完成對(duì)播種盤(pán)角度的檢測(cè)。 (4)通過(guò)對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到了問(wèn)題出現(xiàn)的原因所在，并結(jié)合自己的專業(yè)知識(shí)，提出了自己的看法和解決方法。7.2存在問(wèn)題及其改正變頻器的噪聲影響系統(tǒng)的穩(wěn)定7.2.3 參考文獻(xiàn)1 石宏, 李成華, 王君玲. 排種器性能自動(dòng)檢測(cè)裝置的研究J. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003 :124-1272 石金剛, 美制約翰迪爾. 播種機(jī)電子監(jiān)測(cè)器簡(jiǎn)介J農(nóng)業(yè)機(jī)械，1999: 36-37.3婁秀華. 精密播種機(jī)排種自動(dòng)

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