基于单片机的农机作业面积测量系统研究

苏炳玲

摘 要：当前机械产品在农业作业中得到广泛应用，但缺少一种作业面积测量系统。为此，研制了一种结构简单、操作方便、性能可靠的智能作业面积测量系统。

关键词：单片机；作业面积；测量系统

1 前言

目前，随着社会生产力的发展和科学技术的进步，农业机械产品在农业生产中得到了广泛的推广和应用，机械代替了传统的人力劳动，在播种、收割等方面得到了广泛的应用，大大加快了作业的速度，但是，目前没有一种可以精确测量作业面积的设备，机耕计数问题逐渐成为困扰广大农机手的突出问题。本文研究设计了一种成本低廉、性能可靠的测量农业机械作业面积的仪器，能为农业机械操作人员方便快速的提供作业面积，满足农村经济发展的需要。

2 农业机械智能作业面积测量系统基本工作原理

农业机械智能面积测量系统，由磁电感应式传感器检测农业机械（如拖拉机、联合收割机）后桥两侧车轮的转数，并将检测结果输入单片机计数口；农业机械作业农具的宽度由人工进行测量，并将测量数据输入控制器，由控制器自动根据磁电感应式传感器检测信息和人工输入的农具宽度自动进行农业机械农具作业面积计算，并将计算结果同步显示在系统显示屏中。系统将采集到的开关量，如作业农具的类型、作业农具的工作状态等通过LED显示状态信息，方便农机操作人员掌握农机工作状况。农业机械智能面积测量系统工作原理如图1所示。

3 硬件设计

3.1 控制器的选择

通过比较，单片机具有以下优点：小巧灵活、成本低、易于产品化；可靠性能好，适应温度范围宽；易扩展、控制功能强等。单片机便于在农业机械中安装，使系统成本降低，有利于在农业机械中广泛推广，农业机械作业环境恶劣，采用单片机作为控制器更有利于提高系统的可靠性。本机采用的单片机是AT89c51，AT89c51具有高速度，低价格，低功耗，低电压工作，抗干扰能力强等特点。

3.2 传感器的选择与设计

智能面积测量系统采用磁电感应式传感器。磁电感应式传感器是一种机电能量变换型传感器，不需要供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范围，使用于转速测量。这种传感器质量和体积较大，但不影响在农机上的应用。

变磁通式磁电感应传感器对环境条件要求不高，能在-140℃～+85℃的温度下工作，不影响测量精度，也能在灰尘、油、水雾等条件下工作，比较符合农业机械的工作环境，因此，智能面积测量系统采用变磁通式磁电感应传感器。该输出为数字信号，可直接为单片机所识别。

3.3 显示器接口使用

系统选用专用的键盘、显示器接口电路芯片8279，该芯片能自动完成对显示的刷新，同时还可以对键盘自动扫描，识别闭合键的键号，使用非常方便。用数码管进行显示，数码管显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了。采用串行输入使得硬件简单，占用单片机系统接口少，能简化软件编程。

3.4 主要的电路原理图如图2所示。

4 软件设计

农业机械智能面积测量系统软件设计的思想，就是充分考虑农业机械的运行状态，按照农业机械农具的工作过程编制。主程序流程图如图3所示。

在主程序中初始化各端口和器件，并检查外围器件（主要是车轮转数传感器、农具工作状态传感器及存储器）是否能够正常工作。若出现异常问题，则进行报警，提醒农机操作人员做出相应的操作。自检过程是检查在初始化后各线口的状态是否与初始化后的预期状态一致，并且恢复在上一次关机时的各个变量的值。

在检查农业机械农具类型和作业状态时，根据农具的类型确定农具的尺寸，并赋予相关变量相应的值，根据农具的状态确定面积测量系统处于待机状态还是进行面积测量。

5 农业机械智能面积测量系统的安装

将智能面积测量系统的操作显示屏安装在农业机械驾驶室内，便于农机作业人员的操作和觀察；将变磁通式磁电感应传感器安装于农业机械后桥与车轮相近一端，将金属块固定在农机车轮轮盘上，并保证金属块与传感器相距4±1mm。为提高传感器测量精度，可在农机车轮轮盘上增加金属块的数量。智能面积测量系统由农业机械发动机的蓄电池提供12V电压。

结束语

农业机械智能面积测量系统结构简单，性能可靠，成本低廉，经过大量的实际作业试验，面积测量系统所得面积与实际面积误差小于0.3%，能够满足联合收割机、旋耕机、播种机等作业机具的面积计量要求，解决了农业机械作业面积测量不便的问题，得到农机使用者的认可。