光电式容积谷物流量传感器的设计

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1、35内蒙古农业大学学士学位论文引言：农业是支撑国民经济发展的重要基础。目前，我国农业已经进入了一个新的历史发展阶段，农业生产将处于主要依靠科技进步加速农业结构调整、改善农产品品种品质、迅速增加农民收入、提高农业整体效益、改善生态环境以及大力提高农产品市场竞争力的新时期。随着中国加入WTO、经济全球一体化、市场国际化进程的日益加快，科技创新的作用更加突出，技术含量低的农产品市场竞争力将越来越弱，我国农业产品的市场实力和缺乏竞争力的农业企业将面临世界范围的巨大冲击和威胁。因此，在很大程度上就是要求以现代技术，特别是高新技术改造和替代传统的农业技术体

2、系。由依靠常规技术和资源密集型或劳动密集型为主的生产方式，转变到依靠科技进步，利用高新技术和现代工业技术装备农业，提高资源产出率和劳动生产率，实现可控条件下高效益集约化的可持续发展的生产方式。“精细农作”这一概念正是在时代和农业科学化的发展要求中产生的。“精细农作”是基于信息和知识进行作物生产管理的现代农田精耕细作技术。其核心是根据作物实际需要确定化肥、农药等的投入，达到节约成本、提高产量、减少污染的目的。获取农作物小区产量信息，建立小区产量空间分布图，是实施“精细农作”的起点，也是实现作物生产过程中科学调控投入和制定管理决策措施的基础。在支持

3、精细农作的农业机械装备技术创新中，应用发展最快的当属带产量监视器的谷物联合收割机，而整个测产系统的核心就是安置在谷物联合收割机上的谷物流量传感器。光电式容积谷物流量传感器在设定时间间隔内或机器对应作业形成间距内自动机量累计产量，再换算为对应时间间隔内作业在积的单位面积产量。目前Case和JohnDeere公司在北美生产的谷物联合收割机超过50%~70%产品已带有谷物流量传感器，这一比例仍有上升趋势。综观国内外，应用的谷类作物产量传感器主要有：冲量式流量传感器，γ射线式传感器和光电式流量传感器。在美国MicroTrack公司，CASEIH公司和A

4、gLeader公司的联合收获机谷物产量监测系统中的谷物流量传感器都是基于冲量式流量测量原理。冲量式流量传感器基于冲击原理，当谷物流冲击感力板时会改变运动方向，造成冲量的变化，在感力板上反映为力的变化，检测该变化即可得到谷物流量值。该测量方法的精度取决于集谷搅笼的速度、谷物类型和粮食的湿度。冲击式流量传感器虽然使用安全、应用广泛但是安装调试困难，不利于我国农业结构调整中技术的推广与应用。γ35内蒙古农业大学学士学位论文射线式流量传感器虽然可以得到较高的测量精度，但是它造价高，且对操作者的人身健康可能造成潜在伤害，限制了其推广。改进的光电式容积谷物

5、流量传感器结构简单，安装调试容易，采用更新工艺的芯片和技术，并且加入LCD液晶显示和键盘操作，可实现对一些数据的输入和控制，将系统的人机界面加以改善，这样不仅使传感器的使用更加人性化和易操作化，而且还提高了系统的处理效率。为便于对产量进行实时监测和管理，光电式容积谷物流量传感器设计加入了单片机与计算机之间的通讯。光电式容积谷物流量传感器的设计在一定程度上提升产品的功能、降低产品的成本、简化操作、方便使用、增强了本产品在同类或其它相似产品市场中的竞争力，降低谷物产量监测体系的投资费用，便于技术的推广和应用。适合我国农业可持续化以及农业科学化发展的

6、要求。1光电式容积谷物流量传感器工作原理1.1基本结构光电式容积谷物流量传感器的基本组成为对射式光电开关、电缆、稳压电路、信号的采集电路、信号处理电路、通信电路、显示电路和键盘操作电路。该传感器放置在联合收获机的谷物升运器的两侧，见图1谷物升运器和光电容积式流量传感器。图1谷物升运器和光电容积式流量传感器收割机内完成脱粒作业的谷粒，由升运器上升刮板运送到谷仓中，在谷物输送过程中，由于谷物具有一定的体积，当谷物通过对射式光电开关之间时，阻碍了对射式光电开关接收端对反射所发出光线的接收，使接收端输出电压发生高低电平的变化。这样就可根据挡光时间来判断

7、谷物的流量，从而实现对谷物流量的测量。谷物体积越大，光被阻断的时间就越长。通过标定可将所测得的阻断的时间转变为谷物质量流量值，从而测得单位时间内谷物联合收获机收获的谷物的多少。2光电式容积谷物流量传感器硬件设计硬件电路的设计是整个系统的主体，35内蒙古农业大学学士学位论文设计的好坏直接影响到整个系统是否可行、是否能够实现各功能、是否能够正常的运行。硬件电路部分由稳压电路、信号的调理模块、信号的处理模块、显示模块、键盘操作模块和通讯模块组成。如图2硬件电路组成框图(a)、(b)所示。（a）（b）图2硬件电路组成框图2.1电源的引入稳压电路负责对信

8、号调理电路、信号处理电路、液晶显示电路和与计算机的通讯电路提供稳定的输入电压。如图2硬件电路组成框图中(b)所示。因此在单片机控制系统中，供电电源系统