基于MSP430的农药浓度自动配兑装置

邱 虎 刘瑞超 袁文丁 刘桂平 包本刚

(湖南科技学院 电子工程系，湖南 永州 425199)

0 引 言

我国是农业生产大国，由于人口多，耕地面积相对较少，粮食生产占主要地位。农药在农业生产中发挥着重要的作用，科学合理的使用农药能够有效地提高农作物产量。然而在农村，大部分农民配比农药采用传统手动配比方式，直接用瓶盖粗略量取农药倒入喷洒桶进行混合。此外，不少农民用户为了确保能将害虫彻底杀死，在配兑农药时往往使用大量的农药来达到灭杀效果。这一种配兑方式不仅加重了农作物和土地的农药残留，同时还污染了自然环境，更严重的还将危害使用者的健康[1,2]。

针对这一现状，我们设计构思了一种农药浓度自动配兑的装置（可移动式农药浓度自动配兑装置），从根源上来改变这种现状。该装置主要通过MSP430单片机[3]对农药的配兑进行控制，可以完成任意比例农药的配兑，能够实时监测配兑状况，具有配兑速度快，准确度高，操作简便，实用性强等突出优点。

1 农药浓度自动配兑装置的原理

可移动式农药浓度自动配兑装置主要由主控制器、驱动模块、配比模块、检测模块、液晶显示以及键盘输入等功能模块系统组成（如图1）。使用者通过键盘输入，将农药与水的比例、农药的用量、水的用量以及容器存储容量的临界值等相关数据进行设定，然后启动装置，系统会根据设定的比例和相关数据，自动完成农药与水的配兑和混合。

1.1 农药与水的抽取与测量

单片机依靠设定的数据，控制电机对水和农药进行定量抽取[4,5]，同时，借助液体输送管道末端安装的流量传感器对农药和水的用量进行检测，并将采集的信息输送到单片机，通过单片机的处理对电机进行启动、加速、减速、停止。

1.2 农药与水的配兑和混合

通过输送管道输送的农药和水注入配比容器进行配兑后，依靠流量传感器将配比完成的信号输送至单片机，并通过单片机控制启动配比容器与喷洒容器之间的电磁阀，将配比的农药与水释放到喷洒容器中进行充分混合，混合完成后电磁阀关闭，重新进行第二次配兑，如此循环(如图2)。

1.3 数据显示与系统报警

在配兑过程中，单片机将采集到的配兑比例、农药剩余量以及水剩余量等数据信息实时地通过 LCD12864液晶进行显示，方便用户随时查看配比情况和农药与水的剩余量。同时，通过单片机对农药和水用量的计算，当低于设定临界值时，快速响铃报警，提醒使用者更换农药或水。此外，在喷洒过程中，喷洒容器的液面传感器实时监测喷洒容器的药水容量，当低于设定临界值时，响铃报警，提醒使用者。

2 农药浓度自动配兑装置模块设计

2.1 主控制器

可移动式农药浓度自动配兑装置的主控制器采用MSP430F149单片机，是一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。其具有处理能力强，预算速度快，超低功耗，片内资源丰富，以及方便高效的开发环境等特点。

2.2 驱动模块

模块包括电机驱动、继电器驱动以及电磁阀驱动等模块。在农药配兑过程中，农药的抽取是微量的，并且实现可控制，因此采用LM298电机驱动模块，实现对农药的抽取。由于配兑比例的限制，水的供给量往往很大，因此抽水电机由继电器驱动（如图3）完成。同时，为让配兑容器与喷洒容器之间相连的电磁阀正常工作，使配兑好的溶液快速有效地流入喷洒容器中，在对电磁阀的控制中增加了电磁阀驱动，方便对电磁阀的有效控制。

2.3 检测模块

在检测模块中，对水以及农药的用量的检测采用流量传感器，对喷洒容器中药水的容量的检测采用液面传感器。水流量传感器主要由塑料阀体 、水流转子组件和霍尔传感器组成。当水通过水流转子组件时，磁性转子转动并且转速随着流量变化而变化，霍尔传感器输出相应脉冲信号，反馈给控制器，由控制器判断水流量的大小，进行调控。液面传感器根据不同液体容量电阻值的差异，通过检测溶液的液面，当液面低于传感器后，输出状态发生改变，反馈给控制器。

2.4 LCD12864液晶显示屏

为方便用户获得更多的数据信息，本装置采用LCD12864液晶进行显示。LCD12864液晶是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，控制器ST7920。可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16 点阵）、128 个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。LCD12864液晶用来显示用户对配兑装置设定的比例、用量等数值，实时显示农药的配兑状况，方便使用者对装置及时掌握控制。

2.5 键盘输入

键盘由四个二极管、两个电阻组成（如图4），采用两个IO口进行控制，构成六个按键的键盘输入。六个按键分别为上、下、左、右、确认键和返回键，使用者通过按键，对配兑装置进行设定。

3 系统的软件结构设计

软件控制系统主要有两个基本的类型：数据处理和过程控制。数据处理包括数据的采集、数据的传递以及数据的转换等。过程控制主要指单片机根据一定的算法实行计算，计算后输出，从而控制整个系统的运行。

该系统的软件结构采用模块化结构设计，把整个控制分解成很多个部分，每个小的部分叫作一个控制模块，整个系统由主控程序模块、显示程序模块、键盘扫描程序、电机驱动控制程序模块、检测程序模块、警报程序模块等构成（如图5）。

4 结 论

本文主要阐述了利用MSP430系列单片机实现对农药自动配兑和喷洒的控制，通过进行多次试验，该装置操作简便，配比精准，实用性强，解决了传统手动配比农药的不足，优化了配比过程，实现了多比例，快速度，高精度，宽领域的配兑操作。但在研究过程中发现，农药配兑过程中要完全实现自动化、智能化、精准化，还存在困难。其一，使用者在配兑前仍需手动将农药瓶装上配兑装置，同时，多瓶农药以及操作装置同时装载到配兑装置上，难免会加重整个喷洒系统的重量；其二，由于农药的采集都是微量的，但现在的电机和流量传感器对微小流量的采集和检测都存在局限性，而超高精度的电机和流量传感器的价格十分昂贵，且难以获得。虽然存在这些制约因素，但在农业生产不断发展的现代，能带给广大农民用户极大地便利，同时该自动配兑装置对农药的科学有效使用有着非常广泛的研究价值。

[1]顾中言,许小龙,韩丽娟.我国农药应用技术现状、发展趋势和需解决的关键问题[J].江苏农药,2001,(2):9-10.

[2]孙言峰.高效低毒农药的配制及注意事项[J].科学种养, 2011,(7):7.

[3]王冲,陈荣.基于SOP单片机的农药浓度快速检测装置研制[J].安徽农药科学,2011,39(29):18274-18275.

[4]游艳艳.谈农药配制使用的工艺方法[J].中国石油和化工标准与质量,2012,(1):290.

[5]张国斌.农药配制浓度简易公式[J].新农业,1981,(4):25.