论文部分内容阅读
【摘 要】根据农业生产生活的需要，以AT89C51单片机为核心设计了一款智能模块化喷雾器。该设计分为四个模块：喷雾器主题模块、水箱、喷头和动力推进系统。主题模块实现内部供电和外不供电；水箱部分运用超声波传感器和蜂鸣器可以实现药桶水位监控和自动报警；喷头部分可实现手动控制和自动控制；动力推进系统由舵机和传感器模块组成。该设计应用可以提高农业作业效率和安全性，同时模块化的组合可使用户自由选择搭配功能，非常适应现代化农业管理。
【关键词】单片机；模块化 ；超声波传感器 ；现代化农业
Abstract： according to the needs of agricultural production and life， using AT89C51 microcontroller as the core of a modular design of intelligent sprayer. The design is divided into four modules： spray theme module， water tank， the nozzle and the propulsion system. The theme of the internal power supply module realization and external non power supply； the water tank using the ultrasonic sensor and the buzzer can realize the medicine barrel water level monitoring and alarm； the nozzle part can realize manual control and automatic control； power propulsion system by actuator and sensor modules. The design of application can improve agricultural operation efficiency and safety， and the modular combination allows users to freely choose collocation function， very adapt to modern agricultural management.
Keywords： single chip microcomputer； modularization； ultrasonic sensor； modern agriculture
0引言
农业用喷雾器是农业机械的重要组成部分，是农民在喷药、施肥过程中不可缺少的常用小型农用机械。施药效率高低、喷药范围远近、农药浪费等问题直接影响生产生活效率和经济效益。目前市场上有的自动喷雾器虽已解决了背负喷雾器喷洒过程中人的手动操作喷药过程，但离人们的想象中的还相差甚远；有的虽然不用人力背负，但需拖拉机等农用机械的拖动，不能够轻松省力的喷药。随着科学技术的发展，模块化的方法和理念被引入到企业的生产和管理中，成为推动产业结构调整和升级的革命性力量。该模块化电动喷雾器的出现方便了人们的生产生活，解决了轻松喷药的问题。它的设计结构简单、使用安全、市场需求量大、生产投入不大，容易拼装，模块化电动喷雾器的研制有了更大的发展空间。
1系统设计方案
使用时，打开系统电源，超声波传感器开始检测药液位置，防止装水过量。开始工作时，舵机开始转动为整个系统动力，节省人力。当药液不足时，系统报警，喷雾器停止工作，提醒加药。水泵的开关可以有遥控开关实现。当到达地头时，关闭水泵和机器。当工作中系统电量不足时，可以用蓄电池供电，不影响作业效率。系统设计方案如图1-1：
图 1-1 整体控制框图
2硬件设计
2.1硬件整体设计
模块化电动喷雾器主要由电动喷雾器主体模块、水箱、喷雾头和动力系统四部分组成。其中喷雾器的抽水和喷水都通过电动隔膜泵实现；水箱部分盛放药物；喷雾头采用机载喷头；动力系统采用舵机提供动力。
电动喷雾器主体模块由电动隔膜泵、蓄电池、直流变压器、电动车电源接头、喷雾器进水管、出水管构成。其中所采用的电动隔膜泵结构紧凑，体积小，重量轻，运转平稳，噪音低，使用寿命长；电动车电源接头的使用方便了充电，为喷雾器的使用时间提供了保障。
水箱部分由单片机和超声波传感器、蜂鸣器组成检测模块。蜂鸣器驱动电路是采用三极管驱动，经过三极管的放大给蜂鸣器提供稳定的电流输出。当启动喷雾器时，单片机开始检测水位，提醒加药；当过量时，提醒停止加药。喷雾头可以根据需求自主更换。动力推进系统采用单片机控制舵机转动，通过机械结构连接轴承带动轮子转动节省人力。
2.2 DC-DC变换
电路上电时，外接的启动电路通过引脚7提供芯片需要的启动电压。在启动电源的作用下，芯片开始工作，脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经⑥脚输出驱动外接的开关功率管工作。功率管工作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到3脚，维护系统的正常工作。电路正常工作后，取样电路反馈的低压直流信号经②脚送到内部的误差比较放大器，与内部的基准电压进行比较，产生的误差信号送到脉宽调制电路，完成脉冲宽度的调制，从而达到稳定输出电压的目的。然后在经过变压器降压到16V输入到LM317内。经过1、2引脚的电路组成辅助关断电路。辅助关断电路的实现原理：在过载或短路时，输出电压降低，电压反馈的光耦不再导通，辅助关断电路当检测到光耦不再导通时，延迟一段时间就动作，关闭电源。如图2-1所示：
图2-1硬件设计图
LM317三端可调节输出稳压器，输出电压范围1.2v-37v，提供电流超过1.5A电流。R11和R12调节输出电压，可以根据需求使用适当的电阻；C5提高抵抗谐波能力，保护LM317不受损；D3在电容放电时保护LM317不受损；D2是在Vin输入短路时保护LM317不受损。输出电压为：Vout=1.25*（1+R12/R11）。
3主程序设计流程图
该程序主要是检测药桶液位的情况，实现对液位的监控并报警提醒。以及控制遥控开关对喷雾器的开闭。如图3-1所示：
4结束语
该作品主要体现了模块化，当自带电源耗尽时可以切换电动车电源。可以通过电动车直流变压器直接将电动自行车、电动三轮车的48v-64v电压变压为水泵所需要的12v电压；本设计方便实用，可以安装在独轮小推车、电动三轮车等工具上，与普通背式喷雾器相比省时省力、效率高、噪声小；操作简单方便，遥控手动开关自由切换、压力大、喷药范围广、射程远；电动喷雾器的设计结 构 简 单、价 格 低 廉、市 场 需 求 量 大、生 产 投 入不 大，容 易 拼 装 ；模块化的组合可使用户自由选择搭配功能，非常适应现代化农业管理。
图3-1主程序流程图
参考文献：
【1】何立民. 单片机高级教程——应用与设计[M].2版. 北京：北京航天航空大学出版社，2007：2.
【2】李全利，迟荣强编著单片机原理及接口技术高等教育出版社，2004.1
【3】赵贺. 一种实用可调直流稳压电源电路的设计[J]. 自动化与仪器仪表，2015，02：23-24.
【4】明立娟. 直流电机控制系统[D].电子科技大学，2008.
【5】衡耀付，陈富军. 一种基于UC3842的新型开关稳压电源设计[J]. 电力自动化设备，2009，09：133-136.
【6】林小军，赵怀坤，金英才. LQD-PW001型田间喷雾车的研制[J]. 农業机械，2012，02：55-56.
作者简介：吴新棒 男 河南邓州人 电子信息工程专业 张光绪 男 山东济宁人 电子信息工程专业。
【关键词】单片机；模块化 ；超声波传感器 ；现代化农业
Abstract： according to the needs of agricultural production and life， using AT89C51 microcontroller as the core of a modular design of intelligent sprayer. The design is divided into four modules： spray theme module， water tank， the nozzle and the propulsion system. The theme of the internal power supply module realization and external non power supply； the water tank using the ultrasonic sensor and the buzzer can realize the medicine barrel water level monitoring and alarm； the nozzle part can realize manual control and automatic control； power propulsion system by actuator and sensor modules. The design of application can improve agricultural operation efficiency and safety， and the modular combination allows users to freely choose collocation function， very adapt to modern agricultural management.
Keywords： single chip microcomputer； modularization； ultrasonic sensor； modern agriculture
0引言
农业用喷雾器是农业机械的重要组成部分，是农民在喷药、施肥过程中不可缺少的常用小型农用机械。施药效率高低、喷药范围远近、农药浪费等问题直接影响生产生活效率和经济效益。目前市场上有的自动喷雾器虽已解决了背负喷雾器喷洒过程中人的手动操作喷药过程，但离人们的想象中的还相差甚远；有的虽然不用人力背负，但需拖拉机等农用机械的拖动，不能够轻松省力的喷药。随着科学技术的发展，模块化的方法和理念被引入到企业的生产和管理中，成为推动产业结构调整和升级的革命性力量。该模块化电动喷雾器的出现方便了人们的生产生活，解决了轻松喷药的问题。它的设计结构简单、使用安全、市场需求量大、生产投入不大，容易拼装，模块化电动喷雾器的研制有了更大的发展空间。
1系统设计方案
使用时，打开系统电源，超声波传感器开始检测药液位置，防止装水过量。开始工作时，舵机开始转动为整个系统动力，节省人力。当药液不足时，系统报警，喷雾器停止工作，提醒加药。水泵的开关可以有遥控开关实现。当到达地头时，关闭水泵和机器。当工作中系统电量不足时，可以用蓄电池供电，不影响作业效率。系统设计方案如图1-1：
图 1-1 整体控制框图
2硬件设计
2.1硬件整体设计
模块化电动喷雾器主要由电动喷雾器主体模块、水箱、喷雾头和动力系统四部分组成。其中喷雾器的抽水和喷水都通过电动隔膜泵实现；水箱部分盛放药物；喷雾头采用机载喷头；动力系统采用舵机提供动力。
电动喷雾器主体模块由电动隔膜泵、蓄电池、直流变压器、电动车电源接头、喷雾器进水管、出水管构成。其中所采用的电动隔膜泵结构紧凑，体积小，重量轻，运转平稳，噪音低，使用寿命长；电动车电源接头的使用方便了充电，为喷雾器的使用时间提供了保障。
水箱部分由单片机和超声波传感器、蜂鸣器组成检测模块。蜂鸣器驱动电路是采用三极管驱动，经过三极管的放大给蜂鸣器提供稳定的电流输出。当启动喷雾器时，单片机开始检测水位，提醒加药；当过量时，提醒停止加药。喷雾头可以根据需求自主更换。动力推进系统采用单片机控制舵机转动，通过机械结构连接轴承带动轮子转动节省人力。
2.2 DC-DC变换
电路上电时，外接的启动电路通过引脚7提供芯片需要的启动电压。在启动电源的作用下，芯片开始工作，脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经⑥脚输出驱动外接的开关功率管工作。功率管工作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到3脚，维护系统的正常工作。电路正常工作后，取样电路反馈的低压直流信号经②脚送到内部的误差比较放大器，与内部的基准电压进行比较，产生的误差信号送到脉宽调制电路，完成脉冲宽度的调制，从而达到稳定输出电压的目的。然后在经过变压器降压到16V输入到LM317内。经过1、2引脚的电路组成辅助关断电路。辅助关断电路的实现原理：在过载或短路时，输出电压降低，电压反馈的光耦不再导通，辅助关断电路当检测到光耦不再导通时，延迟一段时间就动作，关闭电源。如图2-1所示：
图2-1硬件设计图
LM317三端可调节输出稳压器，输出电压范围1.2v-37v，提供电流超过1.5A电流。R11和R12调节输出电压，可以根据需求使用适当的电阻；C5提高抵抗谐波能力，保护LM317不受损；D3在电容放电时保护LM317不受损；D2是在Vin输入短路时保护LM317不受损。输出电压为：Vout=1.25*（1+R12/R11）。
3主程序设计流程图
该程序主要是检测药桶液位的情况，实现对液位的监控并报警提醒。以及控制遥控开关对喷雾器的开闭。如图3-1所示：
4结束语
该作品主要体现了模块化，当自带电源耗尽时可以切换电动车电源。可以通过电动车直流变压器直接将电动自行车、电动三轮车的48v-64v电压变压为水泵所需要的12v电压；本设计方便实用，可以安装在独轮小推车、电动三轮车等工具上，与普通背式喷雾器相比省时省力、效率高、噪声小；操作简单方便，遥控手动开关自由切换、压力大、喷药范围广、射程远；电动喷雾器的设计结 构 简 单、价 格 低 廉、市 场 需 求 量 大、生 产 投 入不 大，容 易 拼 装 ；模块化的组合可使用户自由选择搭配功能，非常适应现代化农业管理。
图3-1主程序流程图
参考文献：
【1】何立民. 单片机高级教程——应用与设计[M].2版. 北京：北京航天航空大学出版社，2007：2.
【2】李全利，迟荣强编著单片机原理及接口技术高等教育出版社，2004.1
【3】赵贺. 一种实用可调直流稳压电源电路的设计[J]. 自动化与仪器仪表，2015，02：23-24.
【4】明立娟. 直流电机控制系统[D].电子科技大学，2008.
【5】衡耀付，陈富军. 一种基于UC3842的新型开关稳压电源设计[J]. 电力自动化设备，2009，09：133-136.
【6】林小军，赵怀坤，金英才. LQD-PW001型田间喷雾车的研制[J]. 农業机械，2012，02：55-56.
作者简介：吴新棒 男 河南邓州人 电子信息工程专业 张光绪 男 山东济宁人 电子信息工程专业。