專利名稱：用于施肥和播種的變量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械，特別涉及施肥和播種農(nóng)業(yè)機(jī)械，具體為用于施肥和播種的 變量控制裝置，屬于精細(xì)農(nóng)業(yè)智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械變量投入技術(shù)。
背景技術(shù)：
“精細(xì)農(nóng)業(yè)”是近年來(lái)國(guó)際上農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，它是現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施與 現(xiàn)代高新技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。通過(guò)地理信息系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、遙感等自動(dòng)化控制技 術(shù)的應(yīng)用，按照田間每一操作單元的具體條件，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整土壤和作物的各項(xiàng)管理措 施，最大限度地優(yōu)化使用各項(xiàng)農(nóng)業(yè)投入，調(diào)動(dòng)土壤生產(chǎn)力，以最少的或最節(jié)省的投入達(dá)到同 等收入或更高的收入，改善環(huán)境，高效地利用各類農(nóng)業(yè)資源，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益.目前，國(guó)外用于施肥和播種的變量控制裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有電控、液控、氣控和 機(jī)械變速等控制方式，這些機(jī)構(gòu)控制難度大、價(jià)格高，直接引進(jìn)很難在國(guó)內(nèi)應(yīng)用。國(guó)內(nèi)一些 高校科研院所研制的變量施肥、播種機(jī)其變量執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要采用電控機(jī)械無(wú)級(jí)變速器型和 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)型兩種類型。電控機(jī)械無(wú)級(jí)變速器變量執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面，其變速比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采 用直流伺服電動(dòng)機(jī)、絲杠副、傳動(dòng)比信號(hào)反饋裝置、直流伺服電動(dòng)機(jī)控制器等，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī) 械無(wú)級(jí)變速器的閉環(huán)控制，控制方式較為復(fù)雜，且控制成本高。電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)型變量執(zhí)行機(jī) 構(gòu)由單片計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、地輪轉(zhuǎn)速傳感器、排肥(種)器等組成，由于使 用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)排肥器和排種器軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且車輛電源電力提供有限，驅(qū)動(dòng)數(shù)目不能過(guò)多，否 則驅(qū)動(dòng)力矩過(guò)大，同時(shí)為了能輸出較大的轉(zhuǎn)矩，選用較高額定電壓的步進(jìn)電機(jī)，這樣無(wú)法直 接利用拖拉機(jī)發(fā)電機(jī)輸出的電力，必須經(jīng)過(guò)逆變升壓，這種控制方法經(jīng)常會(huì)由于阻轉(zhuǎn)造成 發(fā)電機(jī)組過(guò)載，且性能不穩(wěn)定，其實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，成本高，較難與目前常規(guī)地輪驅(qū)動(dòng)的施肥 機(jī)和播種機(jī)結(jié)合。精細(xì)農(nóng)業(yè)變量控制的出發(fā)點(diǎn)是把大田塊細(xì)化為小田塊，按小田塊收集田間狀態(tài)信 息，根據(jù)其差異性做出作業(yè)決策，即依據(jù)當(dāng)前土壤養(yǎng)分狀況和作物生長(zhǎng)狀況等田間狀態(tài)信 息編制出田間施肥或播種變量作業(yè)處方信息，作業(yè)處方信息內(nèi)包括田間不同區(qū)域應(yīng)有的施 肥量或播種量、定位信息、步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)值等農(nóng)事變量作業(yè)信息，并有針對(duì)性地加以實(shí)施。 但不同的農(nóng)田，農(nóng)田信息分布空間差異較大，導(dǎo)致單位網(wǎng)格作業(yè)面積的大小定義差距較大， 這樣就必須根據(jù)網(wǎng)格大小采用不同精度的GPS或DGPS。目前國(guó)內(nèi)外變量控制作業(yè)系統(tǒng)GPS 信號(hào)解譯均采用固定格式和波特率的GPS定位信息，適應(yīng)性較弱，成本高。在變量作業(yè)處方信息存儲(chǔ)介質(zhì)方面，國(guó)內(nèi)外大部分設(shè)備采用IC卡，但目前標(biāo)準(zhǔn)配 置的微型計(jì)算機(jī)不支持IC卡，必須增加設(shè)備來(lái)進(jìn)行IC卡的讀寫(xiě)操作，造成使用不便和成本 增加。精細(xì)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，作為支持“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)機(jī) 械設(shè)備，國(guó)內(nèi)基本是引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，進(jìn)行消化、吸收的跟蹤研究。研究和開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)的自動(dòng)變量作業(yè)控制技術(shù)，具有重要的社會(huì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有用于施肥和播種的變量控制裝置存在的問(wèn)題，特別是其執(zhí)行 機(jī)構(gòu)所存在的缺陷和問(wèn)題，以及IC卡作為變量作業(yè)處方信息存儲(chǔ)介質(zhì)所造成的使用不便 和成本增加的問(wèn)題，提供一種用于施肥和播種的變量控制裝置，該裝置特別是其執(zhí)行機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低并以USB存儲(chǔ)設(shè)備作為變量作業(yè)處方信息存儲(chǔ)介質(zhì)，能容易地應(yīng)用于目 前常規(guī)地輪驅(qū)動(dòng)的施肥機(jī)和播種機(jī)上，實(shí)現(xiàn)變量播種和變量施肥。 本發(fā)明是另一個(gè)目的是解決目前國(guó)內(nèi)外變量控制作業(yè)系統(tǒng)GPS信號(hào)解譯均采用 固定格式和波特率的GPS定位信息，適應(yīng)性較弱，成本高的問(wèn)題。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的用于施肥和播種的變量控制裝置，包括相應(yīng) 控制軟件支持的單片機(jī)，經(jīng)串口控制芯片與單片機(jī)串行通信接口相連的GPS或DGPS通信 控制模塊，與單片機(jī)相連的液晶顯示模塊，單片機(jī)上連接有USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊，與 USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊連接有其內(nèi)存儲(chǔ)有田間施肥或播種變量作業(yè)處方信息的USB存 儲(chǔ)設(shè)備，單片機(jī)的通用輸入輸出口連接有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施調(diào) 節(jié)控制；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力輸入軸與(施肥機(jī)或播 種機(jī)的)驅(qū)動(dòng)地輪軸之間鏈條_鏈輪傳動(dòng)，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力輸出軸與(施肥機(jī)或播 種機(jī))排肥或排種軸之間鏈條-鏈輪傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變 速器的調(diào)節(jié)軸(弧形調(diào)速板轉(zhuǎn)軸)。工作時(shí)，利用USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊讀取、提供田間 施肥或播種變量作業(yè)處方信息；利用GPS或DGPS控制模塊(使用時(shí)GPS或DGPS控制模塊與 GPS或DGPS接收機(jī)相連)獲取作業(yè)農(nóng)機(jī)田間動(dòng)態(tài)的位置信息；單片機(jī)將農(nóng)機(jī)田間動(dòng)態(tài)位置 信息與田間作業(yè)農(nóng)作處方信息相結(jié)合，形成智能農(nóng)機(jī)作業(yè)控制信息來(lái)調(diào)控變量作業(yè)控制執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，即控制步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作和狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速器以調(diào)節(jié)脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的 變速比，從而調(diào)節(jié)排肥或排種軸的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)田間變量施肥和變量播種智能控制；裝置使用 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)變速器的調(diào)節(jié)軸(而非直接驅(qū)動(dòng)排肥器或排種器軸)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)軸角位移量的 開(kāi)環(huán)精確控制，步進(jìn)電機(jī)所需功率小，無(wú)需大電源，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可容易地與目前常規(guī)地 輪驅(qū)動(dòng)的施肥機(jī)和播種機(jī)結(jié)合，同時(shí)蝸輪蝸桿減速機(jī)本身具有增大扭矩和自鎖功能，可以 快速精確調(diào)節(jié)脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的弧形調(diào)速板角度，以改變變速比，并固定其位置，進(jìn)而實(shí) 現(xiàn)作業(yè)農(nóng)機(jī)變量作業(yè)控制。以USB存儲(chǔ)設(shè)備作為變量作業(yè)處方信息存儲(chǔ)介質(zhì)，方便了使用， 降低了成本。所述的脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器為現(xiàn)有公知產(chǎn)品。具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域特別是自控領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地設(shè)計(jì)出多種步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)電路。本發(fā)明給出了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的一種具體電路結(jié)構(gòu)，該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu) 更合理，運(yùn)行更穩(wěn)定可靠。其包括與單片機(jī)通用輸入輸出口相連的步進(jìn)電機(jī)的三相繞組驅(qū) 動(dòng)電路，每相繞組驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)非門、與非門輸出端相連的光電耦合器件(通過(guò)光電耦 合器件進(jìn)行隔離，可以避免步進(jìn)電機(jī)的大電流對(duì)單片機(jī)造成干擾)、與光電耦合器件的輸出 端相連的達(dá)林頓管(作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)級(jí))。單片機(jī)根據(jù)農(nóng)機(jī)田間動(dòng)態(tài)位置信息與田間作 業(yè)農(nóng)作處方信息輸出不同的控制信號(hào)，以高電平有效；高電平經(jīng)非門使光電耦合器件中的 發(fā)光二極管失電，光電耦合部件中的光敏三極管截止，進(jìn)而達(dá)林頓管導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)的對(duì)應(yīng) 相繞組得電，使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作。
無(wú)疑，所述變量控制裝置的正常運(yùn)行離不開(kāi)單片機(jī)相應(yīng)控制軟件的支持，所述的 控制軟件是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實(shí)現(xiàn)的，至少可采用現(xiàn)有變量控制裝置所使用的控制軟件 (其GPS信號(hào)解譯均采用固定格式和波特率的GPS定位信息，適應(yīng)性較弱，成本高)。本發(fā)明 為了解決目前國(guó)內(nèi)外變量控制作業(yè)系統(tǒng)GPS信號(hào)解譯均采用固定格式和波特率的GPS定位 信息，適應(yīng)性較弱，成本高的問(wèn)題，即為了適應(yīng)不同型號(hào)GPS或DGPS，單片機(jī)控制軟件設(shè)計(jì) 中采用標(biāo)準(zhǔn)波特率窮舉法，按照下表設(shè)置單片機(jī)串行通訊控制寄存器PCON的SMOD和定時(shí) 器初值，改變單片機(jī)(微處理器)串行口波特率時(shí)間常數(shù)，并嘗試以不同的波特率接收GPS或 DGPS發(fā)出的“$”字符，直到能正確接收，并設(shè)置同步標(biāo)志位為1，實(shí)現(xiàn)不同波特率的GPS或 DGPS和單片機(jī)異步串行通訊波特率自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別；對(duì)不同長(zhǎng)度NMEA-0183語(yǔ)句的解譯，程 序設(shè)計(jì)中對(duì)接收字符串中分隔符“，”進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)不同精度和型號(hào)GPS或DGPS空間數(shù) 據(jù)的傳輸和解譯。 本發(fā)明提供了一種基于USB存儲(chǔ)設(shè)備的田間變量作業(yè)智能控制裝置，能夠適應(yīng)不 同精度的GPS或DGPS接收機(jī)，解譯獲取農(nóng)機(jī)實(shí)時(shí)作業(yè)定位信息，結(jié)合單片微處理系統(tǒng)從USB 存儲(chǔ)設(shè)備中讀取的田間作業(yè)農(nóng)作處方信息，形成智能農(nóng)機(jī)作業(yè)控制信息來(lái)調(diào)控變量作業(yè)控 制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、新穎，較好解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)雜、成 本高等問(wèn)題，且經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整，該變量控制裝置就能應(yīng)用于目前常規(guī)地輪驅(qū)動(dòng)的施肥機(jī)和 播種機(jī)上，實(shí)現(xiàn)變量播種和變量施肥。以USB存儲(chǔ)設(shè)備作為變量作業(yè)處方信息存儲(chǔ)介質(zhì)，方 便了使用，降低了成本。本發(fā)明所述的變量控制裝置專用于精細(xì)農(nóng)業(yè)變量施肥和變量播種 作業(yè)控制。


圖1為本發(fā)明所述的用于施肥和播種的變量控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖3為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為為串口控制芯片——ΜΑΧ232芯片的硬件結(jié)構(gòu)圖； 圖5為脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)比隨調(diào)速軸角度的變化規(guī)律；圖6為脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)比變化率隨步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律；
圖7為霍爾傳感器轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路原理圖中1一驅(qū)動(dòng)地輪；2—主動(dòng)鏈輪；3—脈動(dòng)式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器；4一輸出鏈輪；5—變速 器輸出軸；6—輸入鏈輪；7—變速器輸入軸；8—排種(排肥)軸；9一從動(dòng)鏈輪；10—變速器 調(diào)節(jié)軸；11一鍋輪蝸桿(副)減速機(jī)構(gòu)；12—聯(lián)軸器；13—步進(jìn)電機(jī)。
具體實(shí)施方式
用于施肥和播種的變量控制裝置，包括相應(yīng)控制軟件支持的單片機(jī)，經(jīng)串口控制 芯片與單片機(jī)串行通信接口相連的GPS或DGPS通信控制模塊，與單片機(jī)相連的液晶顯示模 塊，單片機(jī)上連接有USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊，與USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊連接有其 內(nèi)存儲(chǔ)有田間施肥或播種變量作業(yè)處方信息的USB存儲(chǔ)設(shè)備，單片機(jī)的通用輸入輸出口連 接有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)13對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施調(diào)節(jié)控制；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括脈動(dòng)式無(wú)級(jí) 變速器3，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力輸入軸7與(施肥機(jī)或播種機(jī)的)驅(qū)動(dòng)地輪1軸之間鏈 條-鏈輪傳動(dòng)，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力輸出軸5與(施肥機(jī)或播種機(jī))排肥或排種軸8之間 鏈條_鏈輪傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)13經(jīng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)11驅(qū)動(dòng)脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的調(diào)節(jié)軸10 (弧形調(diào)速板轉(zhuǎn)軸)。具體實(shí)施時(shí)，單片機(jī)選用AT89S55 ；精細(xì)農(nóng)業(yè)變量投入單位網(wǎng)格作業(yè)面 積的大小定義差距較大，這樣就必須根據(jù)網(wǎng)格大小采用不同精度的GPS或DGPS。在該用于 施肥和播種的變量控制裝置中采用亞米級(jí)的AG132或廣泛用于精細(xì)農(nóng)業(yè)的GARMIN公司生 產(chǎn)的GPS25-lvs0EM板作為GPS或DGPS通信控制模塊以采集作業(yè)農(nóng)機(jī)定位信息，并通過(guò)美 信公司MAX232芯片為串口控制芯片與單片微型計(jì)算機(jī)的串行通信接口相連。硬件結(jié)構(gòu)如 圖4，MAX232芯片可以轉(zhuǎn)換兩組串行通信信號(hào)，在本模塊中使用TXD2和RXD2和GPS連接， MCU_RXD和MCU_TXD和單片機(jī)連接。MAX232芯片外接的四個(gè)Iuf的電容是升壓電容。USB 存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊采用南京沁恒有限公司生產(chǎn)的USB總線通用接口芯片CH375B。該芯 片支持HOST主機(jī)方式和從設(shè)備方式，并可動(dòng)態(tài)地切換主機(jī)和從設(shè)備方式。CH375的USB主 機(jī)方式支持各種常用的USB全速設(shè)備，還內(nèi)置了處理海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通信協(xié)議固件， 支持符合Bulk-Only傳輸協(xié)議。在USB-HOST模式下，實(shí)現(xiàn)單片微處理器對(duì)USB移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè) 備的控制，完成農(nóng)機(jī)作業(yè)處方信息的讀取和農(nóng)機(jī)具工況信息的存儲(chǔ)，以及在USB-DEVICE模 式下，與PC機(jī)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。液晶顯示模塊采用tsl2864A — 3，該模塊內(nèi)部具有控制 模塊，自帶漢字庫(kù)，能夠顯示字符、字符、圖片。模塊具有兩個(gè)指令集基本指令集和擴(kuò)展指 令集，可以通過(guò)控制字來(lái)選擇指令集。液晶顯示器通過(guò)74LS00 (與非門)和74HC138 (譯碼 器)與AT89S55P0 口相連接，外圍設(shè)備采用存儲(chǔ)器統(tǒng)一尋址方式，由硬件連接知寫(xiě)指令代 碼地址為OxeOOO，寫(xiě)數(shù)據(jù)代碼地址為OxelOO，讀狀態(tài)指令地址為0xe200，讀數(shù)據(jù)指令地址 為0xe300。顯示時(shí)，顯示的內(nèi)容寫(xiě)入顯示RAM中，控制模塊就會(huì)自動(dòng)控制顯示。該模塊可以 顯示四行，每行八個(gè)字，最多顯示32個(gè)漢字。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示，包括與單片機(jī)通用輸入輸出口相連的步進(jìn)電機(jī)的 三相繞組驅(qū)動(dòng)電路，每相繞組驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)非門、與非門輸出端相連的光電耦合器件 (通過(guò)光電耦合器件進(jìn)行隔離，可以避免步進(jìn)電機(jī)的大電流對(duì)單片機(jī)造成干擾)、與光電耦 合器件的輸出端相連的達(dá)林頓管(作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)級(jí))。單片微型計(jì)算機(jī)AT89S55通用 輸入輸出Pl 口輸出步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)，Pl. 0控制A相繞組驅(qū)動(dòng)電路，Pl. 1控制B相繞組驅(qū)動(dòng)電路，Pl. 2控制C相繞組驅(qū)動(dòng)電路，在控制信號(hào)輸出級(jí)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)級(jí)間通過(guò)光電耦 合器件P621進(jìn)行隔離，這樣可以避免步進(jìn)電機(jī)的大電流對(duì)單片機(jī)造成干擾，驅(qū)動(dòng)級(jí)采用達(dá) 林頓管TIP127和步進(jìn)電機(jī)相接。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主傳動(dòng)采用兩級(jí)鏈傳動(dòng)，中間加裝脈動(dòng)式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器，由行走地輪1 驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組前進(jìn)速度與排種(排肥)過(guò)程的同步。動(dòng)力傳遞的路線驅(qū)動(dòng)地輪1 —主 動(dòng)鏈輪2 —輸入鏈輪6 —輸入軸7 —脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器3 —輸出軸5 —輸出鏈輪4 —從動(dòng) 鏈輪9 —排種(排肥)軸8。排肥或排種軸8的變量實(shí)施，通過(guò)脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器3改變系 統(tǒng)的傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)。根據(jù)脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的工作特性，變速器調(diào)節(jié)軸10的調(diào)節(jié)范圍為0 45°，相應(yīng)地變速器傳動(dòng)比為0 0.5921，其變化規(guī)律如圖5所示。變速器調(diào)節(jié)軸10的角 度調(diào)節(jié)，由GPS系統(tǒng)控制的步進(jìn)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器12和減速比為1 40的蝸輪蝸 桿副控制，可以利用蝸輪蝸桿傳動(dòng)的機(jī)械精度和自鎖功能，實(shí)現(xiàn)變速器調(diào)節(jié)軸10的精確定 位，保證系統(tǒng)傳動(dòng)比的準(zhǔn)確性。變速器傳動(dòng)比變化率隨步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與規(guī)律如圖6所示?？?見(jiàn)，在調(diào)速范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)1°，變速器傳動(dòng)比的變化率為0.0163% 0. 104%，具有很 高的調(diào)速精度。與單片機(jī)連接有排肥或排種軸和地輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)模塊，該模塊由A3240LLHLT-T 霍爾芯片、永磁和目標(biāo)齒輪構(gòu)成。該轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)模塊霍爾傳感器觸發(fā)類型采用隔斷式，主要監(jiān) 測(cè)排肥或排種軸轉(zhuǎn)速、地輪打滑以及地輪軸與排肥或排種軸變速比?；魻杺鞲衅鬓D(zhuǎn)速檢測(cè) 電路如圖7所示。單片機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)到的排肥或排種軸和地輪轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示，當(dāng)排肥或 排種軸、地輪打滑或阻轉(zhuǎn)時(shí)，單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提示操作者。GPS輸出協(xié)議有TSIP和NMEA-0183兩種，大多采用NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)格式。 NMEA-0183是美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)定制的，其數(shù)據(jù)格式設(shè)置為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1 個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，波特率為300、600、1200、2400、4800、9600、19200可選。NMEA-0183 輸出數(shù)據(jù)為ASCII碼，語(yǔ)句包括GPGGA、GPGLL, GPGSA, GPRMC等，其內(nèi)容主要有經(jīng)度、緯度、 高度、速度、時(shí)間、日期等。根據(jù)需要系統(tǒng)采用GPGGA定位信息來(lái)獲得所需的時(shí)間、位置等 信息。GPGGA 語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)為$ GPGGA, <1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>， <11>，<12>*hh<CRXLF>。其中，“ $，，為語(yǔ)句起始標(biāo)志，<CRXLF>為語(yǔ)句結(jié)束標(biāo)志。在系統(tǒng)中，GPS數(shù)據(jù)通信口通過(guò)RS232串行通信接口與單片機(jī)相連接，數(shù)據(jù)接收采 用中斷方式，為了適應(yīng)不同型號(hào)GPS，控制軟件設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)波特率窮舉法，按照下表設(shè) 置單片機(jī)串行通訊控制寄存器PCON的SMOD和定時(shí)器初值，改變單片機(jī)(微處理器)串行口 波特率時(shí)間常數(shù)，并嘗試以不同的波特率接收GPS或DGPS發(fā)出的“$”字符，直到能正確接 收，并設(shè)置同步標(biāo)志位為1，實(shí)現(xiàn)不同波特率的GPS或DGPS和單片機(jī)異步串行通訊波特率自
NMEA-0183語(yǔ)句格式是以“ $，，為語(yǔ)句起始標(biāo)志，<CRXLF>為語(yǔ)句結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)接收到 GPS發(fā)出的“$”字符時(shí)，設(shè)置NMEA語(yǔ)句起始標(biāo)志位為1，之后串口中斷服務(wù)程序接受的都為 有效數(shù)據(jù)，直到接收到<CR>為止。在GPS數(shù)據(jù)解譯方面，由于精細(xì)農(nóng)業(yè)變量投入的出發(fā)點(diǎn)是把大田塊細(xì)化為小田 塊，按小田塊收集田間狀態(tài)信息，根據(jù)其差異性做出作業(yè)決策，并有針對(duì)性地加以實(shí)施。但 不同的農(nóng)田，農(nóng)田信息分布空間差異較大，導(dǎo)致單位網(wǎng)格作業(yè)面積的大小定義差距較大，這 樣就必須根據(jù)網(wǎng)格大小采用不同精度的GPS或DGPS。由于接收的NMEA-0183語(yǔ)句長(zhǎng)度不 同，在語(yǔ)句解譯上造成了很多不便，如
AG132 :$GPGGA, 112010. 00，3748. 115012, N, 11233. 280035，Ε, 0，01，0. 0，50. 11, Μ, 20. 2 7，Μ,，*5F<CRXLF>
GPS — OEM :$GPGGA, 101810，3725. 2569，N, 11234. 3614，E, 1，06，2. 2，807. 7，M, -19. 8，M ，，*66<CRXLF>
其時(shí)間、經(jīng)度、維度和高程等信息有效位數(shù)不同，無(wú)法按固定長(zhǎng)度解譯。通過(guò)分析知其 信息之間的分隔符為“，”，且信息項(xiàng)順序固定。故在信息解譯時(shí)，在接收字符串中查找第二 個(gè)“，”，之后為維度信息，直到第三個(gè)“，”為止，即對(duì)不同長(zhǎng)度NMEA-0183語(yǔ)句的解譯，程序 設(shè)計(jì)中對(duì)接收字符串中分隔符“，”進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)不同精度和型號(hào)GPS或DGPS空間數(shù)據(jù) 的傳輸和解譯。。同樣的方法可解譯精度、高程和定位衛(wèi)星數(shù)等信息。同時(shí)接收的數(shù)據(jù)都為 ASCII碼，無(wú)法進(jìn)行查表操作，在應(yīng)用中把字符轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值，并小數(shù)點(diǎn)進(jìn)行移位操作，把小數(shù) 轉(zhuǎn)換為整數(shù)，然后把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器。在步進(jìn)電機(jī)相對(duì)步進(jìn)量計(jì)算方面，從USB移動(dòng)存儲(chǔ)器中讀出的變量作業(yè)處方包含 的是步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)量的絕對(duì)值，根據(jù)上一次動(dòng)作的絕對(duì)值，結(jié)合本次步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)量計(jì)算 當(dāng)次步進(jìn)電機(jī)相對(duì)步進(jìn)量。
權(quán)利要求
一種用于施肥和播種的變量控制裝置，包括相應(yīng)控制軟件支持的單片機(jī)，經(jīng)串口控制芯片與單片機(jī)串行通信接口相連的GPS或DGPS通信控制模塊，與單片機(jī)相連的液晶顯示模塊，其特征為單片機(jī)上連接有USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊，與USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊連接有其內(nèi)存儲(chǔ)有田間施肥或播種變量作業(yè)處方信息的USB存儲(chǔ)設(shè)備，單片機(jī)的通用輸入輸出口連接有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)(13)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施調(diào)節(jié)控制；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器(3)，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力輸入軸(7)與驅(qū)動(dòng)地輪(1)軸之間鏈條-鏈輪傳動(dòng)，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力輸出軸(5)與排肥或排種軸(8)之間鏈條-鏈輪傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)(13)經(jīng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)(11)驅(qū)動(dòng)脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的調(diào)節(jié)軸(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于施肥和播種的變量控制裝置，其特征為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路包括與單片機(jī)通用輸入輸出口相連的步進(jìn)電機(jī)的三相繞組驅(qū)動(dòng)電路，每相繞組驅(qū)動(dòng)電 路包括一個(gè)非門、與非門輸出端相連的光電耦合器件、與光電耦合器件的輸出端相連的達(dá) 林頓管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于施肥和播種的變量控制裝置，其特征為單片機(jī)選 用AT89S55 ；采用亞米級(jí)的AG132或GARMIN公司生產(chǎn)的GPS25_lvs0EM板作為GPS或DGPS 通信控制模塊，并通過(guò)美信公司MAX232芯片為串口控制芯片與單片微型計(jì)算機(jī)的串行通 信接口相連；USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊采用南京沁恒有限公司生產(chǎn)的USB總線通用接口 芯片 CH375B。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于施肥和播種的變量控制裝置，其特征為變速器調(diào) 節(jié)軸(10)的調(diào)節(jié)范圍為0 45°，蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)的減速比為1 40。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于施肥和播種的變量控制裝置，其特征為與單片機(jī) 連接有排肥或排種軸和地輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于施肥和播種的變量控制裝置，其特征為與單片機(jī)連接 有排肥或排種軸和地輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于施肥和播種的變量控制裝置，其特征為轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)模塊 由A3240LLHLT-T霍爾芯片、永磁和目標(biāo)齒輪構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于施肥和播種的變量控制裝置，其特征為 單片機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)波特率窮舉法，按照下表設(shè)置單片機(jī)串行通訊控 制寄存器PC0N的SM0D和定時(shí)器初值，改變單片機(jī)串行口波特率時(shí)間常數(shù)，并嘗 試以不同的波特率接收GPS或DGPS發(fā)出的“$”字符，直到能正確接收，并設(shè)置同 步標(biāo)志位為1，實(shí)現(xiàn)不同波特率的GPS或DGPS和單片機(jī)異步串行通訊波特率自 動(dòng)檢測(cè)識(shí)別；對(duì)不同長(zhǎng)度NMEA-0183語(yǔ)句的解譯，程序設(shè)計(jì)中對(duì)接收字符串中分 隔符“，”進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)不同精度和型號(hào)GPS或DGPS空間數(shù)據(jù)的傳輸和解譯，
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于施肥和播種的變量控制裝置，其特征為單片 機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)波特率窮舉法，按照下表設(shè)置單片機(jī)串行通訊控制寄 存器PC0N的SM0D和定時(shí)器初值，改變單片機(jī)串行口波特率時(shí)間常數(shù)，并嘗試以 不同的波特率接收GPS或DGPS發(fā)出的“$”字符，直到能正確接收，并設(shè)置同步 標(biāo)志位為1，實(shí)現(xiàn)不同波特率的GPS或DGPS和單片機(jī)異步串行通訊波特率自動(dòng) 檢測(cè)識(shí)別；對(duì)不同長(zhǎng)度NMEA-0183語(yǔ)句的解譯，程序設(shè)計(jì)中對(duì)接收字符串中分隔 符“，”進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)不同精度和型號(hào)GPS或DGPS空間數(shù)據(jù)的傳輸和解譯，
全文摘要
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械，具體為用于施肥和播種的變量控制裝置，屬于精細(xì)農(nóng)業(yè)智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械變量投入技術(shù)。解決現(xiàn)有用于施肥和播種的變量控制裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)所存在的缺陷和問(wèn)題，以及IC卡作為變量作業(yè)處方信息存儲(chǔ)介質(zhì)所造成的使用不便和成本增加的問(wèn)題。包括單片機(jī)，與單片機(jī)相連的GPS或DGPS通信控制模塊，單片機(jī)上連接有USB存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)控制模塊，單片機(jī)上連接有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施調(diào)節(jié)控制；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的調(diào)節(jié)軸。本發(fā)明所述的變量控制裝置專用于精細(xì)農(nóng)業(yè)變量施肥和變量播種作業(yè)控制。
文檔編號(hào)G11C7/10GK101840211SQ201010184450
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者吳海平, 吳鍇, 孟德勝, 李志偉, 王七斤, 王玉順, 鄭德聰, 郝稱意 申請(qǐng)人:山西農(nóng)業(yè)大學(xué)