单片机在农业机械设备自动化改造中的应用分析

王 亚

（濮阳职业技术学院，河南 濮阳 457000）

单片机有着极强的数学逻辑控制能力，具有结构小、重量轻、功率消耗低等优势，从而受到多个行业的青睐。开展农机设备自动化改造时，合理、科学运用单片机技术，能够弥补传统农机设备操作难度大、效率低、管控不及时等缺点，为农机设备的自动化操作、控制与运行提供可靠的技术支持。

1 农机设备自动化改造中单片机应用优势

农机设备自动化发展是现代化农业生产过程中需重点考虑以及预期实现的目标，既能够减少人工操作量，还能够赋予农机设备更高性能，确保其始终保持良好、稳定的运作状态，提高农业生产效率与质量。但要想实现对农机设备的自动化改造，需应用计算机系统与各类先进改造技术，而单片机便是计算机系统的重要类型，其作用是对系统进行微化处理，并优化计算机性能，为农机设备自动化改造的顺利推进提供可靠保障，促使设备总体性能及产能大幅提升，以保证农业生产水平[1]。

单片机可看作一种单片微型计算机，随机存储、读取中央处理器，从而达到端口输入与输出的目的，是集所有功能为一体的集成电路芯片。随着技术的不断发展与创新，单片机已从最初的8 位发展至如今的32 位，且不同单片机的运行特点有较大差异，但彼此间相互补充。由此可见，农机设备改造中单片机的应用是未来主流发展趋势，应深入探究，尽可能发挥出单片机应用价值。推进农业生产现代化，涉及多类型自动化、智能化机械设备的使用，同时也包括以人工操作为主的传统农机设备。只有做到设备的统一管理，科学运行计算机操作系统，确保设备性能完善，才能推动农业生产高质量、高效率进行。作为计算机的核心部件，单片机因其自身性能优势，可从根本上增强各部件抗干扰能力，充分发挥计算机系统管理职能，强化现代农机设备管理水平，确保设备稳定、安全运行[2]。

此外，农业的发展与转型，对农机设备各部件的运行性能提出更高要求，既要保留传统农机生产性能，还要进行外部拓展，严重影响农机设备自动化系统运行效率，这就需要积极落实设备自动化改造工作。尤其是多个部件的集中化应用，更能够凸显出计算机改造、管控作用，并在极强抗干扰条件下，促进农机设备智能化、自动化发展。

2 单片机的合理选择及基本特征

2.1 单片机的合理选择

科技的进步在优化单片机性能的同时也丰富了单片机类型，为适应各个行业应用发展需求，创新出不同类型与型号的单片机系统。选用单片机时，应从以下三个角度加以思考：其一，单片机在运行过程中应表现出极强的实用性，可充分满足系统稳定、连续运行的需求；其二，应保证单片机产品的易获取性，与其他同类型产品相比，应具备极高的性价比；其三，根据农机操作人员对单片机技术的理解程度以及应用能力科学选用单片机类型，确保技术的完善与后续应用开发的有序进行[3]。

单片机入门者在选购单片机系统时需参考以上建议，当前性能优越、运行稳定的单片机系统类型为51 系列的8 位单片机。技术人员应深入了解单片机运行原理与基本功能，加强对其他类型单片机的学习，实现对更高级操作技巧的全面掌握，以此满足个性化、多元化使用需求。此外，选择单片机时，以能够直接下载程序的类型为重点考虑对象，为后续程序的修改与优化提供可操作性保障。一般来说，单片机的程序存储区可执行1 000次～10万次的反复擦写，这一特征能够基本满足入门者对单片机的学习要求。但为获得预期学习效果，最大程度地发挥单片机应用价值，还应积极了解、学习单片机资料手册，熟悉单片机系统整体结构与内部构造，并做到对硬件资源的有效掌握，促使单片机性能开发与利用效率得以提高[4]。

2.2 单片机的基本特征

多种功能集中于一张芯片上是单片机最为突出的特征，很多操作人员认为若将多类别工作整合于同一张芯片上，会减少单片机零部件使用量。但事实上，单片机具备完整的计算机性能，且系统内部设置有多个部件，如中央处理器，并在其外端连接有通信外接设备。这一构造方式赋予单片机更高性能，从而满足使用者运行需求。起初所制造的单片机仅有内存零部件，而技术的不断发展以及各行业使用需求的不断增多，现如今的单片机在整体结构上得到相应的完善，并具备声音、图像等多种要素。经过长时间的运作与优化，单片机的使用也可起到网络检索的作用。在最初设计时，因单片机功能完善，可缩小计算机体积，增强操作便捷性，且单片机可以同网络直接相连，拓宽适用范围，有利于对现场的远程把控，因此，仅考虑接入更多外接设备，却忽视了对现场干扰因素的考虑。对此，技术人员便加强对单片机抗干扰性能的研究，以此丰富系统功能。此外，对单片机的使用特征进行分析，其拥有良好集成度，且所占空间小，便于携带。单片机还表现出多方面优势，比如控制功能完善、操作难度低、性价比高等，现如今被广泛应用于计算机通信、农业生产、医疗设备等领域中[5]。

3 农机设备自动化改造中单片机的实际应用

3.1 明确单片机控制要求

为深入、全面、准确地分析单片机控制要求，应了解、明确农机设备自动化的改造需要。单片机生产与应用期间，为保证单片机能够在农机自动化系统中稳定、良好运作，应在系统改造前，依托所设定的具体执行要求，对单片机实际控制要求进行深入探讨。通常来说，在维护单片机整体运行安全性的前提下，需根据自动化系统实际运行程序，着手对存储层传输信息与重要信息的分析工作，并在制作单片机的过程中，明确单片机具体安装位置，同时做好各部件的制作与检测工作。比如，若单片机冲头下冲，需先执行首孔冲制工作，紧接着检测冲制机制，确保其整体合理性，当达到良性循环状态后，开展第二个单片机孔冲制作业。处理完所有孔后再回到首孔位置，对单片机材料进行更换。这一控制要求的实施既能够推动单片机生产与制作工作的有序、顺利执行，还可在农机设备自动化改造中充分发挥作用，以此满足系统自动化改造需要[6]。

3.2 做好软件功能改造工作

单片机软件系统的搭建与稳定运行可实现对任务细节的处理，并保证各类资源的合理利用，将更为明确的操作指令发送给农机设备，实现自动化管控。软件是确保农机自动化系统工作运转良好的主要动力基础，这就需要在开展农业机械设备自动化系统控制与改造时，加强对软件设施的完善，为农机设备自动化系统稳定运行创设良好条件。使用单片机开展设备改造时，尽可能建立起各自动化子系统彼此间的联系，确保所有系统的高度配合，以保证系统的完整性、先进性，凸显出系统软件的运行功能与价值，并满足农机设备机械化、自动化运行需求。此外，功能设计时，为增强设计的全面性、科学性，应按照系统特点以及实际功能划分多个模块，以模块为单位着手功能设计工作，实现对各部分功能的优化与调整，简化设计程序的同时，降低整体化系统运行调控难度，推动设计工作的有序、高效落实。但需注意的是，开展模块调控工作时，应预留充足空间，为后期系统运维、升级创设有利条件[7]。

3.3 软硬件抗干扰改造

要想单片机长时间保持稳定、良好的运行状态，发挥其应用价值，强化农机设备自动化改造效果，仅依靠软件、硬件的功能无法实现，还需增强软件与硬件彼此间的配合度，并提高软硬件系统整体抗干扰能力。现如今，单片机被广泛应用于农业机械功能完善与自动化改造作业中，但由于农业技术水平较低，且农业机械运行环境较差，为推动设备自动化改造工作有序、高质量进行，就需注重对自动化系统抗干扰功能的设计，确保农机设备运行稳定。此外，此项工作的开展还可从真正意义上保障设备接收运行指令与各类信号的正确性，并严格按照指令信息自动运行，降低设备损坏风险。但随着农业生产需求的增多以及农机设备操作技术水平的不断强化，要求单片机的抗干扰设计也作出相应的改变。而此项设计效果得益于软件系统与硬件系统的不断升级，增强系统运行稳定性、安全性，可保证农机设备自动化改造的秩序性、先进性[8]。

3.4 加强驱动电路改造

驱动电路是需重点关注的设计内容。驱动电路是保证系统相互协调运行的关键，亦是各子系统多元化功能充分实现的前提。开展驱动电路设计工作时，主要设计内容包括端口驱动的连接方式、需协调运作的子系统、输入输出信号的科学处理等，为各个部位的稳定、高性能运作提供基本保障[9]。

3.5 控制总电路改造

农机设备自动化系统性能的充分发挥，需科学、合理地应用单片机技术，在先进技术的支撑下，提高设备控制系统灵敏度与管控力，还可实现多个子系统的良好、协调运作，并达到控制总电路改造的效果。若所设计的控制电路缺乏合理性，无法发挥其控制作用，将不利于自动化系统的安全、良好运作，甚至会增大农机设备运行故障、损坏的风险。分析单片机结构能够发现，单片机设置有强大且指令丰富的系统，在系统资源占用方面也表现出显著优势，可从根本上增强自动化系统控制精准性、及时性、稳定性[10]。

4 农业滴灌自动化系统功能改造设计

首先，改造、设计土壤湿度检测模块。为保证滴灌系统稳定运行，为农业生产提供适宜水分，需搭建土壤中水分含量实时检测系统，并将传感器作为主要工作元件。要想传感器发挥出数据采集功能，长时间保持良好运行状态，传感器需具备极强的防水性能，故通常由不锈钢或防水材料制作而成。确保传感器能够较长时间埋藏于含水量高的土壤中，定点监控、测量土壤表层与深层部分水分含量。该模块可自动接收传感器反馈数据，对数据进行处理，以信号模拟的方式输出，这类信号只有两种形式，即低于既定含水量、高于既定含水量，此时自动化滴灌系统可根据信号控制供水量。

其次，设计信号转换模块。因单片机可实现对数字信号的科学处理，所以当接收到传感器输出的模拟信号后，需利用信号转换装置将模拟信号转换为数字信号，再由单片机进行处理。在设计与改造该模块时，应保证配置的信号转换装置可以自行独立供电，且不会消耗过多电能，并具备极为显著的续航效果。设计模拟信号输入端口时，其数量应多于信号输出端口，确保系统功能性运作。此外，还应搭建信号输出模块，利用单片机处理完输入数字信号后，再通过信号输出装置控制系统实际供水量，以串行的方式设置总线，自动控制并完成模拟信号输入与输出、数字信号输入与输出，确保滴灌系统运行的稳定性、科学性。

再次，搭建工作参数显示模块。为保证滴灌系统操控人员能够实时跟踪、掌握系统运行状态，确保滴灌作业有效进行，需科学设置、优化工作参数显示模块。在控制中心安装LCD 液晶显示装置，实现农业生产现场情况的可视化展示。由于自动化滴灌系统只是对供水量进行控制，系统工作参数构成较为简单，采集、观察、处理的数据量较少，通常以字母、数字、符号的形式加以显现。因此，对于该模块的功能要求较低，只需确保显示装置能够精准显示出现场操作界面并反馈有关数据即可。

最后，完善远程操作模块。为增强系统运行人员整体使用体验感，并发挥出自动化滴灌系统管控功能，应为系统配置远程遥感装置。现阶段，市场中应用频率最高的装置为红外线遥控装置，利用遥感器发射红外线，再借助控制模块科学处理接收到的红外线信号，对系统工作状态进行实时调控。在此过程中，自动化滴灌系统应通过遥控操作实现对系统工作模式与工作时间等参数的调整。

5 结束语

综上所述，现代科技水平的不断发展与自动化程度的大幅提高，促使单片机结构优点与功能优势得到全面完善与充分彰显，单片机在多领域中应用的同时被大范围推广。因此，改造农机设备自动化系统时，加强单片机技术的有效应用，着眼于自动化系统软件功能设计、软硬件抗干扰设计、驱动电路设计等工作，可赋予自动化系统更高性能，并始终保持稳定、安全的运行状态，在先进技术与自动化设施的共同支撑下，提高农业生产效率与质量。