播种机测种测肥的设计.doc

东北农业大学学士学位论文 学号：A07060355

播种机测种测肥装置的设计

学生姓名：刘佳男
指导教师：欧阳斌林
所在院系：工程学院电气工程系
所学专业：农业电气化与自动化
研究方向：地方电力系统自动化

东 北 农 业 大 学
中国·哈尔滨
2023年5月

B.A. Degree Dissertation Northeast Agricultural University No. A07060355

The design of measuring seeds and fertilizer
of the seeder

Student: Liu Jianan
Supervisor: OuYang Binlin
Department: College of Engineering·Electrical Engineering
Specialty: Agricultural Electrization and Automatization
Direction: Local Power System Automation

Northeast Agricultural University
Harbin·China
May,2023

摘要
本设计重要解决的问题是精确播种机播种数量及土壤测肥，准确的控制播种速度，和控制土壤肥度，使之达成预定的规定。
本设计制作了一种智播种数量测控系统。该系统采用PC机作为主机，以AT89C51单片机作为智能节点控制器，构成一个分布式的主从局域控制网。本系统采用精度比较高的红外线光电传感器实现对播种数量的测量，用永磁电机拖动、控制播种数量，实现播种数量的自动调节，使播种变得更加方便和精确。
经实践证明，该系统测量误差小，性能稳定，结构合理，适合在实际应用中推广。

关键词：数量检测；自动调节；播种监控；串行通信；红外线光电传感器。

Abstract
The problem that main solution of this design is accurate to monitor the drops’ speed, and, on time the drop of accurate adjustment point is flat-out, and make it attain the pre-arranged request, be liquid height in the bottle to attain 2 ～ 3 cm, can immediately report to the police, remind the medical personnel change the medicine or pull out the pinhead in the time.
This design manufactured an intelligent speed control system for transfusion. The equipment use PC by way of host computer, AT89C51 micro-controller by way of node controller, composes a distributed local control network. The system could detect the drops and the location of liquid through the transfer line with accurate infrared optic-electric detects. Control the height of bottle with an synchronous electromotor, realization transfusion speed automatic adjustment, made transfusion become more convenient and safety.
It was measured by fulfillment proof that the error margin of the system is small, function stability, the construction is reasonable, suit at physically applied inside expansion.

Keyword: Speed measuring, Automatic adjustment, Transfusion control, Serial communication, infrared optic-electric detects technique.

目录
摘 要 I
Abstract II
1前言 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2国内外播种机及其测种测肥研究动态 1
1.3设计研究的重要内容 2
1.4设计研究的预期效果 2
2系统设计 3
2.1总体设计 3
2.1.1系统框图 3
2.1.2模块说明 3
2.2 各模块设计原理 4
2.2.1光电传感器及整形电路 4
2.2.2报警电路 5
2.2.3键盘控制与显示 5
2.2.4 RS-232C 7
2.2.5 80C51单片机的引脚功能 8
3软件设计 11
3.1上位机软件 11
3.2下位机软件 11
4播种排种器 13
4.1排种器的技术规定 13
4.2测种传感器 13
4.2.1工作原理 14
4.2.2控制装置硬件设计 14
4.2.3数据输入部分 14
4.2.4单片机最小应用系统 15
4.2.5电机控制模块 15
4.2.6人机接口模块 15
4.2.7实验仪器与方法 15
4.2.8实验结果 16
5理论计算与分析 17
5.1施密特触发器 17
5.2单片机计算种子数量的方法 17
5.3排肥器的规定 17
6调试 19
6.1硬件调试 19
6.2软件调试 19
6.3软硬件连调 19
6.4测试仪器 19
6.5误差来源分析 19
6.6液晶屏显示程序 19
7 种（肥）箱的设计 23
7.1种子、肥箱的规定 23
7.1.1种子、肥料箱容量计算 23
7.1.2种子、肥料箱结构特点 24
8 总结 25
8.1硬件设计中碰到的问题 25
8.2本设计的结论 25
参考文献 27
致谢 28

1 前言
1.1研究的目的和意义
我国是农业大国，一直以来，广泛的农业机械化就成为我国的一大问题，播种机是农业生产过程中六大关键作业环节之一，播种机械化是农业机械化过程中最为复杂也最为艰巨的工作。播种机械面对的播种方式、作物种类、品种变化繁多，这就需要播种机械有较强的适应性和满足不同植物规定的工作性能。必须在较短的播种农时内，根据农业技术规定，将种子播到田地里去，使作物获得良好的发育生长条件。播种质量的好坏，将直接影响到作物的出苗、苗全和苗壮，因而对产量的影响很大。由于精密播种可以保证种子在田间最合理分布，播种量精确，株距均匀，播深一致，为种子的生长发育发明最佳条件，可以大量节省种子，减少田间间苗用工，保证作物稳产高产。因此，现代农业对精密播种机的技术规定越来越迫切。
测土配方施肥是以土壤测试和肥料田间实验为基础，根据作物需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用数量、施肥时期和施用方法。测种则是为了精确播种数量。其重要意义重要体现在：
（1）是促进农业增产，农民增收的重要措施,。
（2）是提高农产品品质，增强农业竞争力的重要环节；
（3）是发展循环经济，建设节约型社会的重要内容；
（4）是减少肥料污染、培肥地力，提高农业综合生产能力的主线措施。
1.2国内外播种机及其测种测肥研究动态
现在国内外播种机的发展现状 ：我国的播种机以传统的谷物条播机为主，与小型拖拉机配套的播种机及畜力播种机目前仍占主导地位。全国有500家左右的公司生产播种机，其中只有10家生产与大中型拖拉机配套的播种机，与小拖配套的播种机和畜力播种机的产量已占到全国播种机产量的90%以上。近几年，我国的联合作业播种机发展也较快，其机具重要有播种一拖肥联合作业机、耕作―播种联合作业机、松土―施肥―覆膜―穴播联合作业机和施水―播种联合作业机等，目前又发展了铺膜播种联合作业机。此外，精少量播种机具推广势头强劲，小麦精少量播种机和中耕作物精密播种机推广应用迅速。
测肥要根据使用对象的特点，采集不同区域的土样，测定土壤氮，磷，钾有机质含量和酸碱度。对中微量元素（钙，鎂，硫，铁，锰，铜，锌，硼）的有效态含量，可根据植物状态选择性测定并可根据需要测量的土壤的物理，化学性质。综合分析结果和植物状态。
1.3设计研究的重要内容
本设计的控制系统以STC单片机为核心芯片，并通过测种传感器与测肥传感器采集信号，输送到STC单片机进行数字信号解决，记录数据，通过LED显示屏实时反馈给工作人员播种。
1.4设计研究的预期效果
（1）设定播种数量范围为5~10（粒/坑）；
（2）控制丢失率范围为设定值3%；
（3）实现上位机设定速度及报警的控制；

2 系统设计
2.1 总体设计
2.1.1系统框图
红外传感器
放大整形
STC89C51
单片机
液晶显示
RS－232C C
主机
报警装置

图2-1-1 系统结构图
2.1.2模块说明
1） 传感器模块：光电传感器接受测种信号，将其转化为电压信号，通过电压比较器转化为标准TTL电平，当种箱中的种子降到警戒值时，单片机控制发出报警。
2) RS232：是串口通讯接口,可以运用它实现与主机的通讯。
3） STC80C51：（1）4k字节程序储存器ROM，增强型52为8k字节
（2）128字节数据储存器RAM，256字节
（3）4个8位的输入输出端口（I/O）
（4）2个16位定期（或计数）器（T/C）3个
（5）5个中断源6个
（6）串行通信接口
（7）64K外部程序扩展空间
（8）64K外部数据扩展空间
（9）位解决和位寻址

4）永磁电机：运用单片机控制永磁电机的启停，正反转进而控制点滴速率。
5) 主机：主机通过通信模块MAX232转换器与RS-232C 总线相连，进行信息转换，负责对测种速度检测和动态显示（粒/分）。
2.2各模块设计原理
2.2.1光电传感器及整形电路
在测量种子数量时，我们采用红外传感器，此传感器输出信号变化明显，灵敏度高，是一种运用感光元件对变化的入射光加以接受，并进行光电转换，它的发光元件和接受元件的光轴是重合的。当种子通过它俩之间时，会阻断光路，使接受元件接受不到来自发光元件的光，进而输出一个强信号。这样就起到了检测作用。
从两个传感器出来的信号都比较大，但都不很稳定，所以我们采用了一个施密特触发器74HC14，通过它对信号进行反向，从而获得最终的输出“开”，“关”。如图2-2-1为对种子速度信号的单限比较器和对瓶口报警信号的单限比较器。从2和4出来的信号分别送给单片机STC89C51的P3^2和P3^3及单片机的外中断0和外中断1。

图2-2-1测种装置电路图
Figure 2-2-1 bubble gathering circuit diagram
74HC14集成块内部装有六个独立的施密特触发器，施密特触发器最重要的一个特点就是可以把变化非常缓慢的输入脉冲波形，整形成为适合于数字电路与要的矩形脉冲，并且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。74HC14内部的施密特触发器有一个上限阈值电压U和下限阈值U。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。施密特触发器的输出电平是由输入信号电平决定的，触发的含义是指当输入信号由低电平上升到U、或由高电平下降到U时，会引起电路内部的正反馈过程，从而使输出发生跳变。说准确些应当叫做具有施密特触发特性的反相器，实现的是非即“反向”的逻辑功能。
74HC14集成块采用C-14型封装，图2-2-2为外型及管脚排列图。

图 2-2-2 外型及管脚排列图
Figure 2-2-2 outlook and base pin arrangement chart
通过对图2-2-2和对74HC14的介绍可知当有液滴落下时施密特触发器会输出低电平，而当没有液滴落下是施密特触发器会输出高电平。
2.2.2 报警电路
本设计中报警电路应用蜂鸣器报警，其电路图如图2-2-3

图2-2-3 蜂鸣器驱动电路图
Figure 2-2-3 the buzzer actuates the circuit diagram
2.2.3键盘控制与显示
本设计中的键盘控制用上位机进行控制，显示用液晶JM12864M进行显示。
一、液晶显示器的模块概述：
JM12864M汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。
重要技术参数和显示特性:
电源：VDD 3.3V~+5V(内置升压电路，无需负压)；
显示内容：128列× 64行
显示颜色：黄绿
128X64HZ 引脚说明
引脚号
引脚名称
方向
功能说明
1
VSS
-
模块的电源地
2
VDD
+5V
模块的电源正端
3
V0
+
LCD驱动电压输入端
4
RS(CS)
H/L指令
并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号
5
R/W(SID)
H/L写
并行的读写选择信号；串行的数据口
6
E(CLK)
H/L
并行的使能信号；串行的同步时钟
7
DB0
H/L
数据0
8
DB1
H/L
数据1
9
DB2
H/L
数据2
10
DB3
H/L
数据3
11
DB4
H/L
数据4
12
DB5
H/L
数据5
13
DB6
H/L
数据6
14
DB7
H/L
数据7
15
PSB
H/L
并/串行接口选择：H-并行；L-串行
16
NC

空脚
17
RESET
H/L
复位 低电平有效
18
NC

空脚
19
LED_A
（LED+5V）
背光源正极
20
LED_K
（LED-OV）
背光源负极
显示角度：6：00钟直视
LCD类型：STN
与MCU接口：8位或4位并行/3位串行
配置LED背光
（1）轻薄：LED背光采用发光二极管作为背光光源，不需要灯管, 因此导光板的厚度大幅减少, 整组背光板的厚度可以减少一半左右，间接地减少笔记本的重量，带来纤细的机型，便携性增强；
（2）功耗减少，发光效率高，续航能力增强。以往的CCFL需要一系列的电压变换器，损耗增大；LED自身发光效率高。总的来说，能节省传统显示屏约40%的功耗，同样电量情况下，直接带来续航能力的提高；
（3）屏幕亮度更高，更均匀性、色彩表现力强，对于色彩范围而言，LED背光屏幕可以更容易的做到广色区域。
（4）环保：LED背光屏幕不含汞，汞为有害物质，可对人体导致伤害，污染水源；
（5）LED背光的寿命非常长。二、上位机设计
二、上位机设计
C++ Builder6的介绍如下：
Borland C++ Builder6，它是一种可视化的程序语言，所谓“可视化”，是指开发图形应用界面的方法，其方法就是在建立用户界面（User Interface）时，不必编写程序来描述输入或输出界面的外观和配置，只要使用工具箱的工具，在程序设计阶段便可实现，是属于一种“What you see is what you get”可视化的设计观念。C++ Builder6是以C语言为基础，再加入许多对象的观念以及Windows GUI有关的功能。C++ Builder6的功能简述如下：
（1） 引导C++软件开发进入新境界
（2） Web Services完美集成公司与公司见的异质系统
（3） 快捷强大的Web应用程序开发能力
（4） 建构高效能多层数据库Web Services 应用系统
（5） 容易连接公司内数据库
（6） 实力公司级e-Business解决方案
（7） 运用快速开发工具（RAD）快速进入市场
（8） 强大的调试功能
（9） 高开发效率的集成开发环境
（10） 运用CORBA集成异质环境
2.2.4 RS-232C
在控制系统中，PC机与单片机之间的数据通信重要采用异步串行通信方式。AT89C52的串行口，输入RXD、输出TXD均为TTL电平。用TTL电平传输，信号传输距离短。为了增大通信距离，提高串行通信的可靠性，根据本设计需要可选用RS—232C标准串行接口，MAX232电平转换芯片驱动。
在RS—232C接口中，采用负逻辑，即－3～－15V表达“1”；＋3～＋15V表达“0”；由于RS—232C电平与TTL电平互不兼容，所以两者接口时必须进行电平转换。本设计采用MAX232双工发送器/接受器，它能满足EIA RS232C的电气规范。且仅需要＋5V电源，内置电子泵电压转换器将＋5V转换成－10～＋10V。该芯片与TTL/CMOS电平兼容。片内有两个发送器，两个接受器。下面将MAX232作一下具体的说明：
MAX232是一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2驱动器、2接受器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接受器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。MAX232每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。每个接受器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5V TTL/CMOS电平。这些接受器具有1.3V的典型门限值及0.5V的典型迟滞，并且可以接受±30V的输入。
每个驱动器将TTL/CMOS输入电平转换为EIA/TIA-232-E电平。MAX232的工作温度范围为0℃至70℃。
特点:
　　（1）单5V电源工作；
　　（2）LinBiCMOS；
　　（3）TM工艺技术；
　　（4）两个驱动器及两个接受器；
　　（5）±30V输入电平；
　　（6）低电源电流：典型值是8mA；
　　（7）符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28；
　　（8）可与Maxim公司的MAX232互换；
　　 (9) ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2023V；

图2-2-4 RS-232C电路图
Figure 2-2-4 RS-232C circuit diagram
2.2.5 80C51单片机的引脚功能
80C51单片机双列直插（DIP）封装40引脚芯片如图2所示 。

2-2-5 80C51引脚图
1）P0端口
引脚32~39为P0端口。可作为通用I/O端口，其复用功能还可作为数据总线（DBUS）和地址低8位（A0~A7）的输出线
2）P1端口
P1端口在80C51的引脚1~8上，可作为端口操作，也可按位用P1.0、P1.1、P1.2···P1.7进行位操作，对80C51,8跟线纯粹只作I/O端口线使用。
3）P2端口
引脚21~28为P2端口，除了I/O端口功能外，复用功能是作为地址总线的高8位（A8~A15）
4）P3端口
引脚10~17是P3端口。其服用功能最特殊，比P0和P2端口的总线功能要复杂。如下表。

表1 端口P3的复用功能
位
符号
位地址
复用功能
P3.0
RXD
B0H
串行通信口的数据接受线
P3.1
TXD
B1H
串行通信口的数据发送线
P3.2
INT0
B2H
外部中断0
P3,3
INT1
B3H
外部中断1
P3.4
T0
B4H
定期/计数器0外部输入端
P3.5
T1
B5H
定期/计数器1外部输入端
P3.6
WR
B6H
外部数据存储器写选通输出
P3.7
RD
B7H
外部数据存储器读选通输出
5）程序存储器使能端PSEN
80C51有4根总线控制信号，PSEN在29脚上为输出信号，是外部程序存储器扩展功能中的代码读取控制信号，通常接到一片EPROM的输出使能端（OE）来读取其中的程序代码
6）址锁存信号ALE
30脚深谷ALE输出信号，为了减少芯片的引脚，采用数据线与地址低8位复用的方式，在对存储器操作的前半周期，从数据线（P0端口）输出地址低8位（A0~A7），在后半周期存储器的数据才被读写到数据线上
7）片外ROM选择EA
第31为EA输入信号，一般外接+5V或地，假如接高+5V，80C51从片内ROM中取程序指令，假如接低，则从片外取程序指令。现在重要用片内ROM，EA接+5V。
8）复位RST
第9脚为复位RST。当该信号端输入高电平长达两个机器周期以上时，各寄存器将初始化，系统被复位。当RST为低时，系统正常工作。
9）晶体振荡器输入端XTAL1,XTAL2
18和19脚接晶振，一般规定在两端各队地接一支30vpF的电容，使振荡频率稳定。
10）电源输入端Vcc和Vss
80C51用单5V电源，有些用3V。具体看芯片封装和型号。第40脚Vcc接+5V。第20脚Vss接地。
3软件设计
假如把硬件比作系统的躯体，那么软件编程就是它的灵魂。失去灵魂的躯体只能是个摆设，没有多大的价值而言。软件设计是本系统制作的关键点之一。软件设计重要有信号的采集和解决，控制信号的输出，主站、从站通信以及显示和键盘控制程序。信号采集涉及测量点滴脉冲，计数测量点滴速度和报警信号解决。
3.1上位机软件
采用基于Windows98平台的C++ Builder 6.0面向对象的32位可视化高级语言。具有系统参数设立、数据发送和接受、本机状态查询、工作站状态查询、报警、数据管理等功能模块，如图3-1所示。主机设有定点和监测从站工作状态两种工作方式，在监测时，主站能任意设定要查询的从站的点滴速度，并可显示从站传输过来的点滴速度，收到从站发出来的报警信号后，能声光报警，可用手动方式解除报警状态。
参
数设
定
数据收发
数据解决
状态查询
实时报警
退出程序
上 位 机 软 件 功 能 选 择

图4-1 上位机功能图
3.2下位机软件
下位机软件重要是完毕种子数量的检测、调节和显示，种子检测和报警，发送、接受数据和命令。设计的重要思绪是：
（1）将种子探测电路的输出信号输入单片机的T0口（即P3^2），用片内定期计数器测出种子数和所需要是时间，测三次后用其平均值，从而将其处种子速度测出来并用液晶显示出来。
（2）控制器的执行算法采用循环比较检测的方法。基本思想是：把预设的种子数量A 与实时采集上来的数据种子数量B相比较。当A大于B时，使电动机正转；当A小于B时，使电动机反转，从而调整种子的数量。可以实现实时调整。
（3）各下位机采用中断方式接受主机的命令、数据和液位检测电路的信号输出。
下位机主程序流程图：
图3-2 下位机程序流程图 系统初始化
接受设定种子数量start
NO
YES
检测实际种子数量
w=start
YES
NO
w>start
电机正转
增长种子的数量

电机反转
减少种子的数量
YES
NO
Pd = 1
报警
YES
等待
NO
开始
结束

4 播种排种器
4.1排种器的技术规定
排种器是种子群体与植株个体之间的转换环节，其前端是混沌的不定量集合散粒体，不具有个体属性和农艺栽培所必须的播种属性，不能赖以出苗成长或收获。分离和定量是种子获得播种属性的初始阶段，当定量分离的种子被先后有序的定植于土壤中特定的坐标位置以后，种子才最终获得了播种属性，才具有发芽，出苗，生长和收获的种子属性。因此，排种器是播种机或播种作业的核心与必要部件[3]。
精密排种器的精确排种是现代农业中节支增效的有效措施。精密排种器的工作是精确，可控，定量地从种子群中分离出单粒或定粒种子，形成明显等时距均匀中子流。排种器对种子的定量效应是通过排种元件对所播种子的体积，质量，数量，流量等物理量的控制实现的。
目前常用的排种器为窝眼轮式，气压式，气吹式，勺轮式，型孔盘式，指夹使式，等等。一般情况是排种质量越高，排种器的结构越复杂，成本越高。
中耕作物如玉米、大豆、甜菜、高粱、棉花等采用精密播种，可以节省大量种子和间苗劳力，并且可使幼苗分布均匀，达成苗齐、壮、均，有助于增产稳产[4]。
排种器的技术规定大体上有以下几个方面：
1、排种器排种均匀稳定，排种均匀性不受外界条件变化而产生严重影响。一台播种机的排种量应当保持一致。
2、不损伤种子。
3、播种两调节范围要大。
4、通用性好。
5、工作可靠，不易堵塞。
结合窄行密植平播的农艺技术特点，本着横向尺寸小，结构简朴，传动方便，性能可靠的原则，同时根据数年的实践经验，市场调查及现有排种器优缺陷分析排种器定位于立式圆盘重力清种的结构形式。
4.2测种传感器
精密播种机的播种均匀性是人们普遍关注的问题。日本于20世纪90年代初期开始研制电磁控制排种装置,用于电子控制的精密播种机上,其重要装置是一个频幅电路,将频率信号(车速)转成电压信号控制驱动排种器电机的速度,这种方法的缺陷是排种器的排种补偿难以实现。我国在播种均匀性监测上进行了一些研究,但有关提高播种均匀性的研究尚未见报道。传统播种机使用地轮驱动排种器,地轮阻力大,容易打滑。保护性耕作收获后不翻耕,土壤表面至少有30%的残茬覆盖,秸秆和杂草使地轮的附着力减弱,地轮打滑更加严重,播种均匀性无法得到保证。此外,生产中精密播种机播种量的调节也比较困难,传统的方法是经人工计算后,手动调换不同的链轮或排种器,费时费力,并且此种调节是有级的,很难达成精密播种规定。针对上述问题,笔者研究了一种用于精密播种机的排种自动控制装置[1~5]。
4.2.1　工作原理
本系统采用电机驱动排种器。为使电机及排种器转速与播种机作业速度一致,系统采用智能控制器(单片机)测量播种机作业速度,并根据测得的速度动态调节电机转速。由于五轮仪所受阻力较小,能准确反映播种机的真实作业速度,故将五轮仪直接安装在播种机上,用于测量播种机的作业速度。系统内部的智能控制器(单片机)可根据播量规定自动进行计算,拟定播种机作业速度与排种器转速之间的关系,操作时通过键盘输入播种量、五轮仪直径等参数,就能达成无级调节播种量。
4.2.2　控制装置硬件设计
系统由数据输入、智能控制单元、人机接口单元和执行单元4部分组成,其硬件结构见图1。其中虚线部分是系统的控制主板结构,构成一个微型计算机系统,是整个控制系统的智能控制单元,具有软件的存储、I/O、定期及中断、数据的解决、执行元件控制命令的发出等功能。

4.2.3数据输入部分
本系统中五轮仪只用于测速,为减少其打滑现象,其轮采用大直径、轻质、轻接地压及外套橡胶的形式设计。设计方案中五轮仪周长1·6 m,采用弹簧对其加压。其轮轴上安装一圆盘,上面均匀分布8个磁块,当五轮仪转动时,磁块接近霍尔传感器[6],传感器输出低电平。这样,在作业中测得2个低电平之间的时间,又已知2个低电平(2个磁块)之间的夹角,即可计算出五轮仪的转速,从而得到播种机的转速。
4.2.4　单片机最小应用系统
8031单片机外接片外程序存储器和数据存贮器构成了单片机最小应用系统[7,8]。8031单片机是系统的关键部件,作业前可以解决参数的输入。作业时,8031单片机接受五轮仪的输入信号,通过预先设立的控制算法对数据进行加工解决,然后将结果输出到控制单元,对排种器转速进行控制。因系统中8031单片机2个外部中断都被占用,为了不增长其他硬件,运用其定期/计数器1的外部事件计数输入功能扩展一个外部中断,用来接受8279接口芯片的中断请求。设立定期/计数器1工作在模式2(外部脉冲输入计数方式),并将TL1和TH1初值定为0xff。TL1作为一个8位的定期/计数器,当有一个下降沿来临时,计数器TL1溢出,定期器1中断,这时TH1中的内容重新装载到TL1,为接受下一个中断做好准备。
4.2.5电机控制模块
系统执行机构步进电机的输入为脉冲信号,当有一个脉冲输入,电机输出轴就转动一固定的角度[9,10],所以只要改变输入脉冲的频率,就可以改变步进电机的速度。改变输入脉冲频率的方法很简朴,可以用8031单片机的1位I/O口向步进电机发送变频脉冲,但考虑到8031单片机还要做其他的工作,发送变频脉冲不仅占用CPU的时间,并且要占用单片机的I/O口和中断资源,因此系统中使用单片机控制1片8253计数器发送脉冲来驱动步进电机。步进电机所需脉冲的最低电平一般都有宽度规定,实验使用的四通电机规定低电平不低于500 ns,因此将计数器0和1串联使用,计数器0相称于分频器,将分频好的频率信号输入计数器1,计数器1的输出控制步进电机。计数器0的工作方式为方波发生器方式,8031单片机的ALE提供计数器0的输入脉冲,其输出脉冲频率可按实际情况设定,此系统中设定计数器0的输出脉冲宽度为2μs。计数器1的工作方式设立为频率发生器方式,输出低电平的宽度等于计数器0输出脉冲的一个周期(即2μs),可满足四通电机的输入规定。作业时,单片机监测到播种机作业速度改变后,将计算得到的合适的转速数据写入8253计数器,即可改变排种器的转速,使之与播种机保持同步。
4.2.6　人机接口模块
人机接口模块是操作员与系统交互的接口,包含12位键(10位数字键、2位功能键)和4位的LED显示器。通过键盘和LED显示器可以对五轮仪直径、排种器孔数及播种量等参数进行设立,LED显示器还可显示系统的运营状态。键盘、显示器接口芯片选用Intel 8279。Intel8279是一种实现键盘输入和段式数码显示控制的专用智能芯片,具有使用简朴、功能强大的特点。
4.2.7　实验仪器与方法
在实验室土槽中进行系统测试,实验用辅助器材为一套CVI控制系统,此系统用于控制土槽小车的速度,并采集各类传感器的数据。
实验分2部分:
1)验证系统中五轮仪与排种器的同步性。在五轮仪和排种器上各放置1个速度传感器,实验时通过CVI控制系统同时采集五轮仪和排种器的转速数据,共采集样本50组。CVI控制系统对每组数据进行相关分析,验证系统中五轮仪与排种器是否同步。
2)测试此系统在不同速度(0·8,1·2,1·6和2·0 m·s-1)条件下的排种均匀性和播量均匀性。在排种器的下方放置一个光电传感器,用于测量种子下落的时间间隔。CVI控制系统采集种子下落的时间间隔数据,并根据测得的五轮仪的转速及种子下落的时间间隔,得出每组区长为10 m时的排种均匀性和播量均匀性变异系数。
4.2.8　实验结果
五轮仪与排种器的同步性实验中,通过CVI控制系统对采集到的五轮仪转速数据和排种器转速数据进行相关分析,50个样本中,相关度最小的0·92,最大的0·97,说明排种器和五轮仪有较高的同步性,用此控制方法可以重现播种机的速度。排种均匀性及播量均匀性实验结果表白,随着速度的增大,排种器的排种均匀性和播量均匀性(每m播量)都会下降,因此实验中根据播量与速度的关系曲线,使用非线性插值方法(控制算法)对播量进行了补偿,然后再进行实验。结果表白,通过这种补偿可以使播量与速度无关,提高了播量均匀性。随速度的增长排种均匀性还会下降,但与补偿前比较,排种均匀性可以提高6个百分点。

5 理论计算与分析
在本系统设计中，需要理论计算和分析的重要是：单限比较器的参考电压的设立，单片机计算种子数量的方法。下面我们一一来进行分析。
5.1 施密特触发器
由于光电开关传感器传送上来的电压比较高，我们采用直接接到74HC14的输入端，对74HC14来说，只要输入电压大于其上限阈值就输出5V，低于下限阈值就输出0V保证输出能从一种状态可靠的转换到另一种状态。所以使用于弱信号的检测。
5.2 单片机计算种子数量的方法
光电开关传感器通过比较器不断的给单片机传送脉冲，设立单片机每接受十个脉冲就中断一次。单片机从接受第一个脉冲（即第第一个种子下落）开始计时到第十一个脉冲（即第十一种子下落）结束为止，这时单片机将这个时间间隔(t1)存放好，然后再从第十一二个脉冲开始计时到第二十三个脉冲结束为止，这样就取的第二个时间间隔(t2)。依次这样连续取得三个时间间隔(t1,t2,t3)，也就是在t1+t2+t3这段时间内，总共有40个点滴通过。因此我们可以推算一分钟通过的点滴个数X=(40*60)/(t1+t2+t3),即是播种种子的速度。此种方法计算精确，且理论简朴，易于理解。
对于测肥的，也同样选用次方法，播种和中耕追肥机上的排肥，重要用于排施粒状和粉状化肥、粒状复合肥以及农场自制颗粒肥料等。化肥的重要技术特性见表2
肥料名称
外形
含水率％
单位容积质量ｇ／ｌ
自然休止角
尿素
颗粒

720
35°
硫酸铵
粒状
0.93
943
44°
硝酸铵
结晶
2.13
1010
35°
碳酸氢铵
粉状
2.87
920
37°
磷酸铵
晶体
2
840

过磷酸钙
粉粒状
16
880

表2 几种化肥的重要技术特性
5.3 排肥器的规定
(1)要有一定的排肥能力，一般施肥量应在5～30㎏／亩范围内可调。排肥量要均匀稳定，不架空、不堵塞、不断条。
(2)通用性好，能排施多种肥料。
(3)排肥工作阻力不大，工作可靠，使用调节方便，便于箱内剩余肥料的清理。
(4)零部件要耐腐蚀和耐磨。