無(wú)線式播種機(jī)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1．1下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．1．1溫濕度測(cè)試系統(tǒng)

采用溫濕度傳感器SHT10測(cè)量播種的溫濕度情況，采用CMOSenstechnology微過(guò)程技術(shù)，可靠性較強(qiáng)且能保持較高穩(wěn)定性。由能隙式測(cè)溫元件和電容式聚合體測(cè)濕元件組成，并與A/D轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字接口2－wire單芯片結(jié)合。

1．1．2種子粒數(shù)的測(cè)量原理

選用光電開(kāi)關(guān)測(cè)量播種粒數(shù)。利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其檢測(cè)特體不限于金屬，對(duì)非金屬所有物體均可檢測(cè)。產(chǎn)品具有體積小、精度高、檢測(cè)距離遠(yuǎn)、防水、防腐蝕、抗光和電磁干擾等特點(diǎn)。其外圍接線圖如圖3所示。

1．1．3播種深度的測(cè)量

選擇超聲波測(cè)距模塊HC－SRO4測(cè)量播種深度，其可提供2～400cm的非接觸式距離感測(cè)，測(cè)量精度可達(dá)3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電。

1．1．4拖拉機(jī)和播種機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量

拖拉機(jī)和播種機(jī)轉(zhuǎn)速由霍爾元件測(cè)量?；魻杺髀?。感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，從外形看為3端器件，具有與三極管相似的外形。工作時(shí)只需接電源和地，采用OC門輸出，具有較寬的工作電壓，使用非常方便。

1．2上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．2．1無(wú)線模塊的選擇

傳感器節(jié)點(diǎn)采用Zigbee射頻收發(fā)芯片CC2530，它是一款單芯片，也就是把負(fù)責(zé)解調(diào)無(wú)線通訊信號(hào)與51單片機(jī)內(nèi)核集成在一起的芯片。CC2530是個(gè)真正的用于IEEE802．15．4，ZigBee和RF4CE應(yīng)用的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案，集成了RF收發(fā)器、8051MCU、系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、8－KBRAM和許多其它強(qiáng)大功能，能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

1．2．2單片機(jī)選型與電路

本系統(tǒng)選擇PIC16F877A單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理器件，它是美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)產(chǎn)品。在上位機(jī)中，單片機(jī)與CC2530無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并對(duì)播種的溫濕度狀況、播種深度、播種粒數(shù)、拖拉機(jī)和播種機(jī)的轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由液晶模塊進(jìn)行適時(shí)顯示。其主電路接線圖如圖7所示。無(wú)線模塊接收下位機(jī)中的播種機(jī)相關(guān)參數(shù)信息，輸入單片機(jī)進(jìn)行處理后，由液晶顯示模塊適時(shí)顯示。

1．3液晶顯示模塊及其接線圖

本文選擇CH240128B液晶顯示模塊，其系列點(diǎn)陣?yán)L圖型液晶顯示模塊(LCM)采用240×128點(diǎn)陣液晶顯示屏(LCD)與低功耗LED背光組成。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容包括:檢測(cè)記錄播種管通過(guò)的種子粒數(shù);檢測(cè)播種機(jī)的播種深度;記錄播種時(shí)間，并計(jì)算播種速度;控制程序運(yùn)行;顯示檢測(cè)的數(shù)據(jù);計(jì)算播種機(jī)轉(zhuǎn)速和滑移率，建立通信網(wǎng)絡(luò)。

2．1無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸流程圖

系統(tǒng)上電以后，由協(xié)調(diào)器設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)，播種參數(shù)傳感器設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后，周期性地向協(xié)調(diào)設(shè)備發(fā)送傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)后，CC2530模塊需要在網(wǎng)絡(luò)允許加入后才可接收數(shù)據(jù)。

2．2傳感器節(jié)點(diǎn)流程圖

在掃描過(guò)程中發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)器以后，允許其加入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行綁定，讀取由溫濕度傳感器、光電開(kāi)關(guān)、超聲波傳感器及霍爾元件測(cè)得的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)C2530模塊的通信;然后數(shù)據(jù)進(jìn)入單片機(jī)PIC16F877A進(jìn)行處理，由CH240128進(jìn)行適時(shí)顯示。

3結(jié)論

1)采用PIC16F877A單片機(jī)和無(wú)線模塊CC2530為核心控制單元，設(shè)計(jì)了播種質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可適時(shí)采集播種數(shù)據(jù)并能夠進(jìn)行傳輸與顯示。

2)硬件包括單片機(jī)控制單元、電源、傳感器和顯示器等。其中，溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)播種大氣環(huán)境，紅外光電傳感器檢測(cè)種子下落情況，霍爾檢測(cè)播種機(jī)前進(jìn)速度，超聲波測(cè)距模塊檢測(cè)播種深度。系統(tǒng)可以檢測(cè)整個(gè)播種機(jī)的實(shí)際播種狀況，并進(jìn)行無(wú)線通訊。

3)軟件方面，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。主程序通過(guò)調(diào)用子函數(shù)完成各種功能，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立、數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和顯示。

作者：趙繼成 郭業(yè)民 夏連明 單位：山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院 棗莊職業(yè)學(xué)院