基于單片機的農機作業面積測量系統研究

蘇炳玲

摘 要：當前機械產品在農業作業中得到廣泛應用，但缺少一種作業面積測量系統。為此，研制了一種結構簡單、操作方便、性能可靠的智能作業面積測量系統。

關鍵詞：單片機；作業面積；測量系統

1 前言

目前，隨著社會生產力的發展和科學技術的進步，農業機械產品在農業生產中得到了廣泛的推廣和應用，機械代替了傳統的人力勞動，在播種、收割等方面得到了廣泛的應用，大大加快了作業的速度，但是，目前沒有一種可以精確測量作業面積的設備，機耕計數問題逐漸成為困擾廣大農機手的突出問題。本文研究設計了一種成本低廉、性能可靠的測量農業機械作業面積的儀器，能為農業機械操作人員方便快速的提供作業面積，滿足農村經濟發展的需要。

2 農業機械智能作業面積測量系統基本工作原理

農業機械智能面積測量系統，由磁電感應式傳感器檢測農業機械（如拖拉機、聯合收割機）后橋兩側車輪的轉數，并將檢測結果輸入單片機計數口；農業機械作業農具的寬度由人工進行測量，并將測量數據輸入控制器，由控制器自動根據磁電感應式傳感器檢測信息和人工輸入的農具寬度自動進行農業機械農具作業面積計算，并將計算結果同步顯示在系統顯示屏中。系統將采集到的開關量，如作業農具的類型、作業農具的工作狀態等通過LED顯示狀態信息，方便農機操作人員掌握農機工作狀況。農業機械智能面積測量系統工作原理如圖1所示。

3 硬件設計

3.1 控制器的選擇

通過比較，單片機具有以下優點：小巧靈活、成本低、易于產品化；可靠性能好，適應溫度范圍寬；易擴展、控制功能強等。單片機便于在農業機械中安裝，使系統成本降低，有利于在農業機械中廣泛推廣，農業機械作業環境惡劣，采用單片機作為控制器更有利于提高系統的可靠性。本機采用的單片機是AT89c51，AT89c51具有高速度，低價格，低功耗，低電壓工作，抗干擾能力強等特點。

3.2 傳感器的選擇與設計

智能面積測量系統采用磁電感應式傳感器。磁電感應式傳感器是一種機電能量變換型傳感器，不需要供電電源，電路簡單，性能穩定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應范圍，使用于轉速測量。這種傳感器質量和體積較大，但不影響在農機上的應用。

變磁通式磁電感應傳感器對環境條件要求不高，能在-140℃～+85℃的溫度下工作，不影響測量精度，也能在灰塵、油、水霧等條件下工作，比較符合農業機械的工作環境，因此，智能面積測量系統采用變磁通式磁電感應傳感器。該輸出為數字信號，可直接為單片機所識別。

3.3 顯示器接口使用

系統選用專用的鍵盤、顯示器接口電路芯片8279，該芯片能自動完成對顯示的刷新，同時還可以對鍵盤自動掃描，識別閉合鍵的鍵號，使用非常方便。用數碼管進行顯示，數碼管顯示速度快，使用簡單，顯示效果簡潔明了。采用串行輸入使得硬件簡單，占用單片機系統接口少，能簡化軟件編程。

3.4 主要的電路原理圖如圖2所示。

4 軟件設計

農業機械智能面積測量系統軟件設計的思想，就是充分考慮農業機械的運行狀態，按照農業機械農具的工作過程編制。主程序流程圖如圖3所示。

在主程序中初始化各端口和器件，并檢查外圍器件（主要是車輪轉數傳感器、農具工作狀態傳感器及存儲器）是否能夠正常工作。若出現異常問題，則進行報警，提醒農機操作人員做出相應的操作。自檢過程是檢查在初始化后各線口的狀態是否與初始化后的預期狀態一致，并且恢復在上一次關機時的各個變量的值。

在檢查農業機械農具類型和作業狀態時，根據農具的類型確定農具的尺寸，并賦予相關變量相應的值，根據農具的狀態確定面積測量系統處于待機狀態還是進行面積測量。

5 農業機械智能面積測量系統的安裝

將智能面積測量系統的操作顯示屏安裝在農業機械駕駛室內，便于農機作業人員的操作和觀察；將變磁通式磁電感應傳感器安裝于農業機械后橋與車輪相近一端，將金屬塊固定在農機車輪輪盤上，并保證金屬塊與傳感器相距4±1mm。為提高傳感器測量精度，可在農機車輪輪盤上增加金屬塊的數量。智能面積測量系統由農業機械發動機的蓄電池提供12V電壓。

結束語

農業機械智能面積測量系統結構簡單，性能可靠，成本低廉，經過大量的實際作業試驗，面積測量系統所得面積與實際面積誤差小于0.3%，能夠滿足聯合收割機、旋耕機、播種機等作業機具的面積計量要求，解決了農業機械作業面積測量不便的問題，得到農機使用者的認可。