油菜移栽機漏栽檢測系統(tǒng)設計

肖名濤　孫松林　周惠根　李軍政　張利峰

摘要：油菜移栽機在工作時不可避免會出現漏栽和堵塞等現象。設計一套以STM32為核心的檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)以4個光電開關及相對應的發(fā)光二極管、警報器等作為光電傳感器的發(fā)射端接收端和提示端，精確檢測全程漏栽的具體行數和排數。移栽機沒有把油菜苗調入移栽的栽植器時，發(fā)出警報信號，在數碼管上顯示漏栽的排數；發(fā)光二極管亮起，顯示移栽的具體行數。當移栽機全部移栽完畢后，人工查補漏栽秧苗，能夠提高移栽機的工作效率。

關鍵詞：油菜移栽機；漏栽；設計；檢測

中圖分類號：S223.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0020-04

油菜移栽機的技術不斷發(fā)展，已經成為現代移栽技術的主要特征。應用移栽機移栽油菜苗以后，人工快速、準確地找到漏栽的油菜苗，是確保人工補栽效率和防止油菜苗出現少栽的重要環(huán)節(jié)。移栽作業(yè)整個過程中都是在全封閉的狀態(tài)下進行，無法避免出現漏播的現象，而作業(yè)人員很難覺察到。因此，需要設計一種性價比較高的檢測系統(tǒng)以確保移栽效果和機械性能。

移栽機漏栽檢測系統(tǒng)，能準確監(jiān)測移栽機漏栽等異常現象，從而提高勞動生產率，降低操作人員勞動強度。本系統(tǒng)可以適用于多種移栽機，成本低、經濟效益高。從生產角度看，可以大大提高移栽的效率和質量。

1 油菜移栽機漏栽檢測系統(tǒng)總體設計方案

監(jiān)測系統(tǒng)方案設計由傳感器模塊、STM32模塊、電源轉換模塊、顯示模塊和通訊模塊等5個模塊組成。其中STM32模塊為整個系統(tǒng)的核心。總體方案設計如圖1。

移栽機移栽檢測系統(tǒng)原理圖如圖2，其主要由傳感器、STM32控制系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)及輸入與輸出系統(tǒng)組成。

移栽機檢測系統(tǒng)中的4個光電傳感器對應4個栽植器采集信號，由于4個栽植器的移栽基本同步，所以只要有一個光電傳感器有信號，數碼管上就會增加一次，以代表移栽的排數。當光電開關沒有檢測到信號時，相應的LED會亮起，同時報警裝置會發(fā)出報警聲音來提示作業(yè)人員有苗漏栽。這樣作業(yè)人員就可以從數碼管和LED燈上知道在哪排哪行漏栽。因為移栽機轉彎要使得后面的移栽結構不受地面的沖撞，所以當移栽完四行時，移栽結構有一個通過液壓大幅度的上升結構，轉彎結束后又要使得移栽機構放下來。通過這樣的機械升高與降低，可以采用超聲波傳感器來測定距離。轉彎后，超聲波傳感器檢測到移栽機又開始移栽，從而使數碼管上顯示為零。這樣可以重復使用監(jiān)測裝置，在大面積移栽后，工作人員很容易找到漏栽的油菜苗，通過人工補栽達到無漏栽的效果。

2 油菜移栽機漏栽檢測系統(tǒng)硬件設計

移栽機移栽系統(tǒng)硬件方案由多個模塊組成，圖3為整個工作的電路圖。

移栽機的漏栽檢測傳感器用于檢測有無油菜苗通過移栽的栽植器，其主要作用是將油菜苗下落到栽植器的情況變成電信號。因此，它的好壞直接影響移栽監(jiān)測裝置的工作性能。為確保檢測的可靠性，需要對每一個栽植器進行監(jiān)控。根據移栽機漏栽的檢測裝置要求，傳感器應安裝在栽植器邊上。

在傳感器的選型上，應從頻率特性、靈敏性和發(fā)光元件的覆蓋性等方面進行分析。本系統(tǒng)采用了歐姆龍光電傳感器。它具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測多個參數，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，非常適合移栽機漏栽的檢測裝置。光電傳感器是把光信號轉變成為電信號。它采用了施密特整形電路，先對傳感器傳來的電流進行整形，之后經過門電路進行邏輯判斷并發(fā)出脈沖信號給STM32模塊。

2.1 STM32模塊

STM32控制模塊是檢測系統(tǒng)硬件部分的控制核心。采用芯片STM32F103ve，它一共有8個通用Timer，其中TIMER1和TIMER8是高級定時器，其他的是普通定時器。此外，還有一個Systick，這個定時器通常在操作系統(tǒng)中作為系統(tǒng)的任務切換周期。還有一個RTC，它是一個毫秒定時器，支持秒級中斷，用來做實時時鐘計數器，從而緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。芯片F103ve電路圖如圖4。

處理器作為核心部分，從傳感器模塊接收脈沖信號轉換后進行數據處理并作邏輯判斷，再將處理過的數據通過通訊模塊傳給顯示模塊和LED模塊。

2.2 DC-DC電源模塊

由于在移栽機漏栽檢測裝置的工作壞境中只有12.0 V的工作電源，而檢測裝置需要5.0 V和3.3 V電壓供電。所以，需要將12.0 V電壓通過DC-DC轉換為5.0 V和3.3 V。

芯片LM2596S和LM1117電路圖如圖5。

2.3 顯示模塊和LED模塊

油菜移栽機記錄的栽苗行數，是通過數碼管顯示出來的。為了讓工作人員知道哪一行漏栽，LED燈上會亮起不同顏色的光。電路圖見圖6。

2.4 通信模塊的設計

移栽通信廣泛采用了MAX232ACSE串行總線標準。它采用的平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模的干擾能力。由于采用了半雙工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。工作電路圖如圖7。

3 系統(tǒng)軟件方案及流程

軟件設計主要用于支持硬件系統(tǒng)的運行和工作。由于主控器選用的單片機STM32，而C語言十分適合應用在它的編程中。同時，考慮到C語言效率高，執(zhí)行速度快等優(yōu)點，因此本檢測系統(tǒng)采用C語言進行軟件設計。軟件程序主要包括主程序、定時中斷子程序和通訊子程序，分別完成工作位信號采集、邏輯判斷與警報和數據傳輸。主程序流程圖如圖8。

4 系統(tǒng)抗干擾防誤報方案的設計

抗干擾措施的設置是提高測試系統(tǒng)可靠性的重要手段。移栽機的檢測系統(tǒng)工作壞境比較復雜，為確保系統(tǒng)在任何條件下都能保持良好的工作狀態(tài)，對整個電路采取一系列的抗干擾措施。內部電路最大限度減少調整元件，并用熱熔膠固定，加強這個電路板的穩(wěn)定性。軟件方面，通過軟件攔截方法防止程序跑飛和陷入死循環(huán)，確保系統(tǒng)的可靠運行。

5 結論

運用了傳感器技術和單片機控制技術，設計了基于STM32F103ve單片機的移栽檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構合理、性能穩(wěn)定、價格低廉、準確記載漏栽的行數和排數，報警準確及時，傳感器抗塵性能比較明顯。通過模塊化的軟件設計，可以實現對漏栽進行準確的記載，使得移栽機的智能控制水平和自動化水平得到極大地提高。提高了生產效率和質量，減少了操作人員的工作量。

摘要：油菜移栽機在工作時不可避免會出現漏栽和堵塞等現象。設計一套以STM32為核心的檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)以4個光電開關及相對應的發(fā)光二極管、警報器等作為光電傳感器的發(fā)射端接收端和提示端，精確檢測全程漏栽的具體行數和排數。移栽機沒有把油菜苗調入移栽的栽植器時，發(fā)出警報信號，在數碼管上顯示漏栽的排數；發(fā)光二極管亮起，顯示移栽的具體行數。當移栽機全部移栽完畢后，人工查補漏栽秧苗，能夠提高移栽機的工作效率。

關鍵詞：油菜移栽機；漏栽；設計；檢測

中圖分類號：S223.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0020-04

油菜移栽機的技術不斷發(fā)展，已經成為現代移栽技術的主要特征。應用移栽機移栽油菜苗以后，人工快速、準確地找到漏栽的油菜苗，是確保人工補栽效率和防止油菜苗出現少栽的重要環(huán)節(jié)。移栽作業(yè)整個過程中都是在全封閉的狀態(tài)下進行，無法避免出現漏播的現象，而作業(yè)人員很難覺察到。因此，需要設計一種性價比較高的檢測系統(tǒng)以確保移栽效果和機械性能。

移栽機漏栽檢測系統(tǒng)，能準確監(jiān)測移栽機漏栽等異常現象，從而提高勞動生產率，降低操作人員勞動強度。本系統(tǒng)可以適用于多種移栽機，成本低、經濟效益高。從生產角度看，可以大大提高移栽的效率和質量。

1 油菜移栽機漏栽檢測系統(tǒng)總體設計方案

監(jiān)測系統(tǒng)方案設計由傳感器模塊、STM32模塊、電源轉換模塊、顯示模塊和通訊模塊等5個模塊組成。其中STM32模塊為整個系統(tǒng)的核心。總體方案設計如圖1。

移栽機移栽檢測系統(tǒng)原理圖如圖2，其主要由傳感器、STM32控制系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)及輸入與輸出系統(tǒng)組成。

移栽機檢測系統(tǒng)中的4個光電傳感器對應4個栽植器采集信號，由于4個栽植器的移栽基本同步，所以只要有一個光電傳感器有信號，數碼管上就會增加一次，以代表移栽的排數。當光電開關沒有檢測到信號時，相應的LED會亮起，同時報警裝置會發(fā)出報警聲音來提示作業(yè)人員有苗漏栽。這樣作業(yè)人員就可以從數碼管和LED燈上知道在哪排哪行漏栽。因為移栽機轉彎要使得后面的移栽結構不受地面的沖撞，所以當移栽完四行時，移栽結構有一個通過液壓大幅度的上升結構，轉彎結束后又要使得移栽機構放下來。通過這樣的機械升高與降低，可以采用超聲波傳感器來測定距離。轉彎后，超聲波傳感器檢測到移栽機又開始移栽，從而使數碼管上顯示為零。這樣可以重復使用監(jiān)測裝置，在大面積移栽后，工作人員很容易找到漏栽的油菜苗，通過人工補栽達到無漏栽的效果。

2 油菜移栽機漏栽檢測系統(tǒng)硬件設計

移栽機移栽系統(tǒng)硬件方案由多個模塊組成，圖3為整個工作的電路圖。

移栽機的漏栽檢測傳感器用于檢測有無油菜苗通過移栽的栽植器，其主要作用是將油菜苗下落到栽植器的情況變成電信號。因此，它的好壞直接影響移栽監(jiān)測裝置的工作性能。為確保檢測的可靠性，需要對每一個栽植器進行監(jiān)控。根據移栽機漏栽的檢測裝置要求，傳感器應安裝在栽植器邊上。

在傳感器的選型上，應從頻率特性、靈敏性和發(fā)光元件的覆蓋性等方面進行分析。本系統(tǒng)采用了歐姆龍光電傳感器。它具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測多個參數，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，非常適合移栽機漏栽的檢測裝置。光電傳感器是把光信號轉變成為電信號。它采用了施密特整形電路，先對傳感器傳來的電流進行整形，之后經過門電路進行邏輯判斷并發(fā)出脈沖信號給STM32模塊。

2.1 STM32模塊

STM32控制模塊是檢測系統(tǒng)硬件部分的控制核心。采用芯片STM32F103ve，它一共有8個通用Timer，其中TIMER1和TIMER8是高級定時器，其他的是普通定時器。此外，還有一個Systick，這個定時器通常在操作系統(tǒng)中作為系統(tǒng)的任務切換周期。還有一個RTC，它是一個毫秒定時器，支持秒級中斷，用來做實時時鐘計數器，從而緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。芯片F103ve電路圖如圖4。

處理器作為核心部分，從傳感器模塊接收脈沖信號轉換后進行數據處理并作邏輯判斷，再將處理過的數據通過通訊模塊傳給顯示模塊和LED模塊。

2.2 DC-DC電源模塊

由于在移栽機漏栽檢測裝置的工作壞境中只有12.0 V的工作電源，而檢測裝置需要5.0 V和3.3 V電壓供電。所以，需要將12.0 V電壓通過DC-DC轉換為5.0 V和3.3 V。

芯片LM2596S和LM1117電路圖如圖5。

2.3 顯示模塊和LED模塊

油菜移栽機記錄的栽苗行數，是通過數碼管顯示出來的。為了讓工作人員知道哪一行漏栽，LED燈上會亮起不同顏色的光。電路圖見圖6。

2.4 通信模塊的設計

移栽通信廣泛采用了MAX232ACSE串行總線標準。它采用的平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模的干擾能力。由于采用了半雙工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。工作電路圖如圖7。

3 系統(tǒng)軟件方案及流程

軟件設計主要用于支持硬件系統(tǒng)的運行和工作。由于主控器選用的單片機STM32，而C語言十分適合應用在它的編程中。同時，考慮到C語言效率高，執(zhí)行速度快等優(yōu)點，因此本檢測系統(tǒng)采用C語言進行軟件設計。軟件程序主要包括主程序、定時中斷子程序和通訊子程序，分別完成工作位信號采集、邏輯判斷與警報和數據傳輸。主程序流程圖如圖8。

4 系統(tǒng)抗干擾防誤報方案的設計

抗干擾措施的設置是提高測試系統(tǒng)可靠性的重要手段。移栽機的檢測系統(tǒng)工作壞境比較復雜，為確保系統(tǒng)在任何條件下都能保持良好的工作狀態(tài)，對整個電路采取一系列的抗干擾措施。內部電路最大限度減少調整元件，并用熱熔膠固定，加強這個電路板的穩(wěn)定性。軟件方面，通過軟件攔截方法防止程序跑飛和陷入死循環(huán)，確保系統(tǒng)的可靠運行。

5 結論

運用了傳感器技術和單片機控制技術，設計了基于STM32F103ve單片機的移栽檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構合理、性能穩(wěn)定、價格低廉、準確記載漏栽的行數和排數，報警準確及時，傳感器抗塵性能比較明顯。通過模塊化的軟件設計，可以實現對漏栽進行準確的記載，使得移栽機的智能控制水平和自動化水平得到極大地提高。提高了生產效率和質量，減少了操作人員的工作量。

摘要：油菜移栽機在工作時不可避免會出現漏栽和堵塞等現象。設計一套以STM32為核心的檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)以4個光電開關及相對應的發(fā)光二極管、警報器等作為光電傳感器的發(fā)射端接收端和提示端，精確檢測全程漏栽的具體行數和排數。移栽機沒有把油菜苗調入移栽的栽植器時，發(fā)出警報信號，在數碼管上顯示漏栽的排數；發(fā)光二極管亮起，顯示移栽的具體行數。當移栽機全部移栽完畢后，人工查補漏栽秧苗，能夠提高移栽機的工作效率。

關鍵詞：油菜移栽機；漏栽；設計；檢測

中圖分類號：S223.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0020-04

油菜移栽機的技術不斷發(fā)展，已經成為現代移栽技術的主要特征。應用移栽機移栽油菜苗以后，人工快速、準確地找到漏栽的油菜苗，是確保人工補栽效率和防止油菜苗出現少栽的重要環(huán)節(jié)。移栽作業(yè)整個過程中都是在全封閉的狀態(tài)下進行，無法避免出現漏播的現象，而作業(yè)人員很難覺察到。因此，需要設計一種性價比較高的檢測系統(tǒng)以確保移栽效果和機械性能。

移栽機漏栽檢測系統(tǒng)，能準確監(jiān)測移栽機漏栽等異常現象，從而提高勞動生產率，降低操作人員勞動強度。本系統(tǒng)可以適用于多種移栽機，成本低、經濟效益高。從生產角度看，可以大大提高移栽的效率和質量。

1 油菜移栽機漏栽檢測系統(tǒng)總體設計方案

監(jiān)測系統(tǒng)方案設計由傳感器模塊、STM32模塊、電源轉換模塊、顯示模塊和通訊模塊等5個模塊組成。其中STM32模塊為整個系統(tǒng)的核心。總體方案設計如圖1。

移栽機移栽檢測系統(tǒng)原理圖如圖2，其主要由傳感器、STM32控制系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)及輸入與輸出系統(tǒng)組成。

移栽機檢測系統(tǒng)中的4個光電傳感器對應4個栽植器采集信號，由于4個栽植器的移栽基本同步，所以只要有一個光電傳感器有信號，數碼管上就會增加一次，以代表移栽的排數。當光電開關沒有檢測到信號時，相應的LED會亮起，同時報警裝置會發(fā)出報警聲音來提示作業(yè)人員有苗漏栽。這樣作業(yè)人員就可以從數碼管和LED燈上知道在哪排哪行漏栽。因為移栽機轉彎要使得后面的移栽結構不受地面的沖撞，所以當移栽完四行時，移栽結構有一個通過液壓大幅度的上升結構，轉彎結束后又要使得移栽機構放下來。通過這樣的機械升高與降低，可以采用超聲波傳感器來測定距離。轉彎后，超聲波傳感器檢測到移栽機又開始移栽，從而使數碼管上顯示為零。這樣可以重復使用監(jiān)測裝置，在大面積移栽后，工作人員很容易找到漏栽的油菜苗，通過人工補栽達到無漏栽的效果。

2 油菜移栽機漏栽檢測系統(tǒng)硬件設計

移栽機移栽系統(tǒng)硬件方案由多個模塊組成，圖3為整個工作的電路圖。

移栽機的漏栽檢測傳感器用于檢測有無油菜苗通過移栽的栽植器，其主要作用是將油菜苗下落到栽植器的情況變成電信號。因此，它的好壞直接影響移栽監(jiān)測裝置的工作性能。為確保檢測的可靠性，需要對每一個栽植器進行監(jiān)控。根據移栽機漏栽的檢測裝置要求，傳感器應安裝在栽植器邊上。

在傳感器的選型上，應從頻率特性、靈敏性和發(fā)光元件的覆蓋性等方面進行分析。本系統(tǒng)采用了歐姆龍光電傳感器。它具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測多個參數，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，非常適合移栽機漏栽的檢測裝置。光電傳感器是把光信號轉變成為電信號。它采用了施密特整形電路，先對傳感器傳來的電流進行整形，之后經過門電路進行邏輯判斷并發(fā)出脈沖信號給STM32模塊。

2.1 STM32模塊

STM32控制模塊是檢測系統(tǒng)硬件部分的控制核心。采用芯片STM32F103ve，它一共有8個通用Timer，其中TIMER1和TIMER8是高級定時器，其他的是普通定時器。此外，還有一個Systick，這個定時器通常在操作系統(tǒng)中作為系統(tǒng)的任務切換周期。還有一個RTC，它是一個毫秒定時器，支持秒級中斷，用來做實時時鐘計數器，從而緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。芯片F103ve電路圖如圖4。

處理器作為核心部分，從傳感器模塊接收脈沖信號轉換后進行數據處理并作邏輯判斷，再將處理過的數據通過通訊模塊傳給顯示模塊和LED模塊。

2.2 DC-DC電源模塊

由于在移栽機漏栽檢測裝置的工作壞境中只有12.0 V的工作電源，而檢測裝置需要5.0 V和3.3 V電壓供電。所以，需要將12.0 V電壓通過DC-DC轉換為5.0 V和3.3 V。

芯片LM2596S和LM1117電路圖如圖5。

2.3 顯示模塊和LED模塊

油菜移栽機記錄的栽苗行數，是通過數碼管顯示出來的。為了讓工作人員知道哪一行漏栽，LED燈上會亮起不同顏色的光。電路圖見圖6。

2.4 通信模塊的設計

移栽通信廣泛采用了MAX232ACSE串行總線標準。它采用的平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模的干擾能力。由于采用了半雙工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。工作電路圖如圖7。

3 系統(tǒng)軟件方案及流程

軟件設計主要用于支持硬件系統(tǒng)的運行和工作。由于主控器選用的單片機STM32，而C語言十分適合應用在它的編程中。同時，考慮到C語言效率高，執(zhí)行速度快等優(yōu)點，因此本檢測系統(tǒng)采用C語言進行軟件設計。軟件程序主要包括主程序、定時中斷子程序和通訊子程序，分別完成工作位信號采集、邏輯判斷與警報和數據傳輸。主程序流程圖如圖8。

4 系統(tǒng)抗干擾防誤報方案的設計

抗干擾措施的設置是提高測試系統(tǒng)可靠性的重要手段。移栽機的檢測系統(tǒng)工作壞境比較復雜，為確保系統(tǒng)在任何條件下都能保持良好的工作狀態(tài)，對整個電路采取一系列的抗干擾措施。內部電路最大限度減少調整元件，并用熱熔膠固定，加強這個電路板的穩(wěn)定性。軟件方面，通過軟件攔截方法防止程序跑飛和陷入死循環(huán)，確保系統(tǒng)的可靠運行。

5 結論

運用了傳感器技術和單片機控制技術，設計了基于STM32F103ve單片機的移栽檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構合理、性能穩(wěn)定、價格低廉、準確記載漏栽的行數和排數，報警準確及時，傳感器抗塵性能比較明顯。通過模塊化的軟件設計，可以實現對漏栽進行準確的記載，使得移栽機的智能控制水平和自動化水平得到極大地提高。提高了生產效率和質量，減少了操作人員的工作量。