油菜移栽机漏栽检测系统设计

　　摘要：油菜移栽机在工作时不可避免会出现漏栽和堵塞等现象。设计一套以STM32为核心的检测系统，系统以4个光电开关及相对应的发光二极管、警报器等作为光电传感器的发射端接收端和提示端，精确检测全程漏栽的具体行数和排数。移栽机没有把油菜苗调入移栽的栽植器时，发出警报信号，在数码管上显示漏栽的排数；发光二极管亮起，显示移栽的具体行数。当移栽机全部移栽完毕后，人工查补漏栽秧苗，能够提高移栽机的工作效率。

　　关键词：油菜移栽机；漏栽；设计；检测

　　中图分类号：S223.9文献标识码：A文章编号：1674-1161（2014）09-0020-04

　　油菜移栽机的技术不断发展，已经成为现代移栽技术的主要特征。应用移栽机移栽油菜苗以后，人工快速、准确地找到漏栽的油菜苗，是确保人工补栽效率和防止油菜苗出现少栽的重要环节。移栽作业整个过程中都是在全封闭的状态下进行，无法避免出现漏播的现象，而作业人员很难觉察到。因此，需要设计一种性价比较高的检测系统以确保移栽效果和机械性能。

　　移栽机漏栽检测系统，能准确监测移栽机漏栽等异常现象，从而提高劳动生产率，降低操作人员劳动强度。本系统可以适用于多种移栽机，成本低、经济效益高。从生产角度看，可以大大提高移栽的效率和质量。

　　1油菜移栽机漏栽检测系统总体设计方案

　　监测系统方案设计由传感器模块、STM32模块、电源转换模块、显示模块和通讯模块等5个模块组成。其中STM32模块为整个系统的核心。总体方案设计如图1。

　　移栽机移栽检测系统原理图如图2，其主要由传感器、STM32控制系统、中断系统、定时系统、显示系统及输入与输出系统组成。

　　移栽机检测系统中的4个光电传感器对应4个栽植器采集信号，由于4个栽植器的移栽基本同步，所以只要有一个光电传感器有信号，数码管上就会增加一次，以代表移栽的排数。当光电开关没有检测到信号时，相应的LED会亮起，同时报警装置会发出报警声音来提示作业人员有苗漏栽。这样作业人员就可以从数码管和LED灯上知道在哪排哪行漏栽。因为移栽机转弯要使得后面的移栽结构不受地面的冲撞，所以当移栽完四行时，移栽结构有一个通过液压大幅度的上升结构，转弯结束后又要使得移栽机构放下来。通过这样的机械升高与降低，可以采用超声波传感器来测定距离。转弯后，超声波传感器检测到移栽机又开始移栽，从而使数码管上显示为零。这样可以重复使用监测装置，在大面积移栽后，工作人员很容易找到漏栽的油菜苗，通过人工补栽达到无漏栽的效果。

　　2油菜移栽机漏栽检测系统硬件设计

　　移栽机移栽系统硬件方案由多个模块组成，图3为整个工作的电路图。

　　移栽机的漏栽检测传感器用于检测有无油菜苗通过移栽的栽植器，其主要作用是将油菜苗下落到栽植器的情况变成电信号。因此，它的好坏直接影响移栽监测装置的工作性能。为确保检测的可靠性，需要对每一个栽植器进行监控。根据移栽机漏栽的检测装置要求，传感器应安装在栽植器边上。

　　在传感器的选型上，应从频率特性、灵敏性和发光元件的覆盖性等方面进行分析。本系统采用了欧姆龙光电传感器。它具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测多个参数，传感器的结构简单，形式灵活多样，非常适合移栽机漏栽的检测装置。光电传感器是把光信号转变成为电信号。它采用了施密特整形电路，先对传感器传来的电流进行整形，之后经过门电路进行逻辑判断并发出脉冲信号给STM32模块。

　　2.1STM32模块

　　STM32控制模块是检测系统硬件部分的控制核心。采用芯片STM32F103ve，它一共有8个通用Timer，其中TIMER1和TIMER8是高级定时器，其他的是普通定时器。此外，还有一个Systick，这个定时器通常在操作系统中作为系统的任务切换周期。还有一个RTC，它是一个毫秒定时器，支持秒级中断，用来做实时时钟计数器，从而缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。芯片F103ve电路图如图4。

　　处理器作为核心部分，从传感器模块接收脉冲信号转换后进行数据处理并作逻辑判断，再将处理过的数据通过通讯模块传给显示模块和LED模块。

　　2.2DC-DC电源模块

　　由于在移栽机漏栽检测装置的工作坏境中只有12.0V的工作电源，而检测装置需要5.0V和3.3V电压供电。所以，需要将12.0V电压通过DC-DC转换为5.0V和3.3V。

　　芯片LM2596S和LM1117电路图如图5。

　　2.3显示模块和LED模块

　　油菜移栽机记录的栽苗行数，是通过数码管显示出来的。为了让工作人员知道哪一行漏栽，LED灯上会亮起不同颜色的光。电路图见图6。

　　2.4通信模块的设计

　　移栽通信广泛采用了MAX232ACSE串行总线标准。它采用的平衡发送和差分接收，具有抑制共模的干扰能力。由于采用了半双工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。工作电路图如图7。

　　3系统软件方案及流程

　　软件设计主要用于支持硬件系统的运行和工作。由于主控器选用的单片机STM32，而C语言十分适合应用在它的编程中。同时，考虑到C语言效率高，执行速度快等优点，因此本检测系统采用C语言进行软件设计。软件程序主要包括主程序、定时中断子程序和通讯子程序，分别完成工作位信号采集、逻辑判断与警报和数据传输。主程序流程图如图8。

　　4系统抗干扰防误报方案的设计

　　抗干扰措施的设置是提高测试系统可靠性的重要手段。移栽机的检测系统工作坏境比较复杂，为确保系统在任何条件下都能保持良好的工作状态，对整个电路采取一系列的抗干扰措施。内部电路最大限度减少调整元件，并用热熔胶固定，加强这个电路板的稳定性。软件方面，通过软件拦截方法防止程序跑飞和陷入死循环，确保系统的可靠运行。

　　5结论

　　运用了传感器技术和单片机控制技术，设计了基于STM32F103ve单片机的移栽检测系统。该系统结构合理、性能稳定、价格低廉、准确记载漏栽的行数和排数，报警准确及时，传感器抗尘性能比较明显。通过模块化的软件设计，可以实现对漏栽进行准确的记载，使得移栽机的智能控制水平和自动化水平得到极大地提高。提高了生产效率和质量，减少了操作人员的工作量。