自动变量施肥机控制系统研究（二）论文

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1、自动变量施肥机控制系统研究（二）论文2.3系统结构整个系统结构如图2.1所示。控制系统选用永磁感应子式步进电机作为自动变量施肥的执行部分。步进电机工作原理是每接收一个脉冲，步进电机就转过一个角度，在扭矩允许的范围内，不会因为扭矩的变化而失步；可以避免液压马达或直流电机驱动需要使用减速装置，便于进行控制，简化了系统，对于控制机构的稳定性和田间作业环境都是有利的。永磁感应子式步进电机同时兼有磁阻式和永磁式两种步进电机的优点，具有体积小、驱动电流和功耗小、保持力矩大、运行频率高、在绕组不通电的情况下具有定位转矩等特点。该电机还具有很好的内部阻尼特性.freel空载启动频率：1000Hz空载运行频

2、率：7000Hz步进电机的电源驱动器具有脉冲分配器和功率放大电路，控制器输出的变频脉冲信号经过电源驱动器的脉冲分配和功率驱动，控制步进电机的转速。自动工作模式下DGPS接收装置采用美国Trimble公司【47】生产的AgGPS农用全球定位系统，实现对机具位置和速度信息的获取。手动工作模式下，机具前进速度通过静电电容式接近开关传感器获得。上海巨龙电子股份有限公司生产的静电电容式接近开关传感器，具有定位精度高、防水、耐震、反应速度快，以及抗干扰性强、密封性能好、稳定可靠、安装方便、使用寿命长，能在湿度大、温度高及其它恶劣环境下工作等特点。自动变量施肥控制系统中，步进电机电源驱动器需要80V电压

3、。将一个12V的蓄电池通过逆变器将电源转变为220V交流电，然后通过变压器可以得到80V电压。也可以将电源线直接连接到拖拉机的发电机上，得到控制系统所需电源。DGPS接收机需要12V的直流电源，直接连接到一个蓄电池即可。控制器需要的电压为5V的直流电压，自动变量施肥机的工作环境属于田间作业，没有直接的5V电压可以利用。在电路中使用变压模块可以直接把12V直流电压转换为5V，提供给控制器的硬件电路使用。2.4系统功能变量施肥机有手动和自动两种工作方式【4】。在自动工作方式变量施肥作业时，控制系统实现如下工作：(1)单片机初始化时读取存储在单片机中或IC卡中的农田参数和排肥器标定参数；(2)单

4、片机从RS-232串口读取DGPS信号，提取施肥机实时位置和速度信息；(3)通过对网格的识别计算判断施肥机所在的施肥网格编号，根据施肥网格编号查询相应的施肥量；(4)根据排肥器标定参数、施肥量及施肥机前进速度计算所需的步进电机转速；(5)计算控制频率值并输出，通过控制步进电机转速来改变排肥轴转速，达到变量施肥的目的；(6)显示施肥网格和施肥量，报警等。在手动工作方式变量施肥作业时，控制系统实现如下功能：(1)单片机初始化时读取存储在单片机中或IC卡中的排肥器标定参数；(2)读取地轮转速传感器的脉冲值，计算施肥机前进速度；(3)读取键盘输入的施肥量；(4)根据排肥器标定参数、施肥量及施肥机前

5、进速度计算所的需步进电机转速；(5)计算控制频率值并输出，通过控制步进电机转速来改变排肥轴转速，达到变量施肥的目的；(6)显示拖拉机前进速度和施肥量，报警等。第三章硬件设计3.1微处理器控制器中的核心是Atmel公司生产的AT89C55OS工艺和Atmel公司的高密度非易失性存储器技术,而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。可进行1000次读写和擦除，工作电压在4~5.5V之间【11】。在系统中AT89C55AX232S芯片实现单片机与DGPS接收机的通讯电平转换。3.2TrimbleAgGPS132差分接收机GPS信号接收机是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的卫星信号节后

6、设备。它对所接收到的GPS信号进行放大、变换和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出三维位置、速度和时间。在作业过程中，使用者通过GPS信号接收机面板上的控制键盘，可以从视屏显示窗上读取所要求的数据和信息，数据接口一般均为通用接口，如数据传输接口为RS-232C.。TrimbleAgGPS132差分接收机具有亚米级差分改正精度，易于安装，并可以连接包括产量监视器、可调速率播种机、应用控制器及便携田间计算机在内的多种精确农业机械，是适合精确农业中使用的差分GPS接收机。TrimbleAgGPS132差分GPS接收机采用了TheCh

7、oice技术。该技术将一个GPS接收机、一个信标差分接收机和一个卫星差分接收机集成在同一外壳内。这些接收机通过一根电缆公用一个组合天线。这一配置极大地提高了差分GPS改正的精度、可靠性和可用性。这种接收机可输出工业标准的NMEA-0183电文。用户可选的输出包括位置、速度、导航和状态信息。标准配置的接收机每秒输出一次位置，时延很短。对于在快速运动车辆的应用，AgGPS132可选择每秒输出十次位置，时延小于100毫秒。Ag