秸秆基质覆盖机测控系统设计与研制

摘要

近年来，我国渭北旱塬地区大力引进矮砧苹果集约化栽培模式，但是由于当地干旱缺水、土壤板结现象严重，很大程度上限制了该模式优势的发挥。同时，果园周边区域存在大量秸秆等农业废弃物资源没有有效利用途径。针对上述问题，课题组提出了果园秸秆基质机械化分层覆盖技术，并研制了覆盖机。该机能够一次完成秸秆基质覆盖和薄土盖压，但存在自动化程度低，操控难度大，无法实时了解覆盖机运行状态参数和作业效果等问题。因此设计研制一套覆盖机测控系统尤为必要。 本研究采用STM32单片机为核心，设计研制了一套秸秆基质覆盖机测控系统并进行了测试，主要工作内容及研究结果如下： （1）提出了秸秆机基质覆盖机测控系统的总体设计方案。在对覆盖机结构和工作过程分析的基础上，确定以车速、柴油油位、液压油温、蓄电池电压、覆盖效果视频图像为监测对象，以下料辊、刮板装置和覆土机构驱动液压马达为辅助作业控制对象，以STM32为核心，采用上下位机二级分布式结构进行了系统方案设计。 （2）测控系统硬件设计：根据功能规划对硬件模块进行选型，对单片机最小系统、车况信息采集模块、作业参数信息采集模块、辅助作业控制模块、串口通讯模块等硬件电路模块进行了设计；仿真试验结果表明，辅助作业控制模块信号调理时间小于0.1秒，误差范围小于0.63％，具有良好的信号调理效果。 （3）测控系统软件设计：基于Keil uVision5软件编写了单片机程序，程序采用模块化编程思想，主要包括系统主程序、车况信息采集子程序、作业参数信息采集子程序和辅助作业控制子程序；采用Kinco HMIware组态软件设计了工控屏人机界面，主要包括参数输入区、视频监控区和参数监控区，实现了监测参数的在线显示和视频监控功能，并且具有一定的人机交互能力；基于modbus-RTU通讯协议编写了串口通讯程序，从而实现了上下位机的通讯。 （4）系统集成应用与测试分析：通过试验得到基质下料厚度和覆土厚度与机械参数的关系，并结合电液比例调速阀调速特性，建立了覆盖机辅助作业控制关系表；试验结果表明，液压油温度、蓄电池电压和柴油液位等车况信息监测误差范围不大于3.3%，行车速度、下料辊转速、刮板装置转速以及覆土机构转速等作业参数信息监测误差范围不大于1.4%，辅助作业控制模块输出转速误差范围不大于3.3％，各硬件、软件模块性能良好。测控系统能够对车况信息、作业参数信息、覆盖视频图像进行实时准确的监测，并且具有警报提醒和一定的辅助作业控制功能。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 秸秆基质覆盖机样机的概况及存在问题

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容及技术路线

1.5论文组织结构

第二章 秸秆基质覆盖机测控系统总体方案设计

2.1 秸秆基质覆盖机样机结构及工作过程

2.2 秸秆基质覆盖机测控对象的选择

2.3 秸秆基质覆盖机测控系统的主要功能规划及整体设计要求

2.4 秸秆基质覆盖机测控系统整体设计

2.5 本章小结

第三章 秸秆基质覆盖机测控系统硬件设计

3.1 主控制器性能特征及其核心板

3.2 硬件模块选型

3.3 测控系统硬件电路设计

3.4 单片机外围电路仿真试验

3.5 测控系统原理图及PCB板设计

3.6 工控触摸屏选型与性能特征

3.7 本章小结

第四章 秸秆基质覆盖机测控系统软件设计

4.1 单片机软件设计

4.2 工控屏人机界面设计

4.3串口通讯

4.4 本章小结

第五章 系统集成应用与测试分析

5.1 测控系统安装设计

5.2 电液比例调速阀调速特性研究

5.3辅助作业系统控制关系设计

5.4 秸秆基质覆盖机测控系统性能测试

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

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