排种器转速检测系统的设计
目录
引 言 - 1 -
一、绪论 - 2 -
（一）精密排种器的研究现状 - 2 -
二、排种器转速检测系统组成 - 2 -
（一）机械式排种器 - 2 -
三、具体设计方案 - 3 -
（一）方案原理 - 3 -
（二）码盘的制作 - 3 -
四、硬件电路的设计 - 3 -
（一）传感器的选择 - 3 -
（二）信号采集电路 - 4 -
（三）AT89C51的概述 - 5 -
（四）单片机的复位电路 - 5 -
（五）单片机时钟电路 - 6 -
五、软件部分系统地实现 - 6 -
（一）总体设计思想 - 6 -
（二）软件的具体实现 - 7 -
六、自我鉴定及未来展望 - 8 -
（一）论文的自我鉴定 - 8 -
（二）我对未来的憧憬 - 8 -
参考文献 - 9 -
谢 辞 - 10 -
附件：软件、硬件及程序 - 11 -
引言
播种是种植业重要的作业环节之一。播种机工作性能的优劣直接影响到播种作业生产率及谷物出苗的质量。排种器是播种机的核心部件，其作用主要是将种子匀速连续、完好无损地按照需要进行播种，排种器的性能对播种的质量起着决定性的作用。
对于机械式排种器，实现排钟的关键部件就是转盘、转轮、滚筒等旋转机构。而影响排种器精度的主要原因也就是这些机构的转速。因此，对其转速的检测与控制就至关重要。虽然在市面上有一些转速测量仪，但它的体积相对庞大、结构复杂、价格比较昂贵，不适用于对体积小的仪器的转速进行测量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
。
本次设计的转速测量系统结构简单，价格低廉，体积小，抗干扰能力强，适合应用于各种测量转速的电路中。
一、绪论
（一）精密排种器的研究现状
1.国外精密派中期的研究现状
现在，国外生产和使用的精密排种器主要分为两大类：机械式精密排种器，主要有窝眼轮式、垂直圆盘式、水平圆盘式、倾斜圆盘式、指夹式等；二是气力式精密排种器，主要有气吸式、气吹式、气压式3种。20世纪40年代，国外就已开始研究精密排种器，目前技术已经相当完善。精密播种机上除了设有完善的整地、施肥、喷药、覆土及镇压装置外，液压技术及电子技术也广泛使用气力式精密播种机上。目前，在欧美等西方国家已广泛使用气力式精密播种机械，其中气流一阶分配式、集排式排种系统已大量应用在谷物条播机上。同时，新的排种理论也相继应用到播种机械中，如荷兰VISSER公司、美国BLACKMORE公司的针式（又称吸嘴式）精密播种机、美国文图尔公司的齿盘式精密播种机等。
2.国内精密排种器的研究现状
精密排种器按其排种原理可划分为机械式精密排种器和气力式精密排种器。我国精密排种器的开发和研究始于20世纪70年代初，但没有得到快速发展。近几年来，随着国外不同类型精密播种机的相继引进，我国精密排种器的研制工作已取得了很大的进步，新式播种机和不同形式的排种器也不断出现。例如，吉林工业大学李成华研制成功的倾斜圆盘勺式排种器、江苏大学胡建平等发明的磁吸式精密播种机都是较新型的精密排种器；北京农业工程大学研制的震动式排种器及双辊动静式排种器，其精播小麦机速高于4千米每小时，但作业性能差；黑龙江八一农垦大学新研制的XGJP多用型孔式紧密排种器是高速精播大豆等小粒距作物的一种机械式排种器，其播种速度达11千米每小时，但需严格精选种子才能工作；被称为我国在机械式精密排种器压制方面的一次重大突破的内侧囊种垂直圆盘式排种器，排种频率为22.11次每秒，株距合格率达90%；中国农机院研制的2BJ--16气力轮式精密排种器可高速精播小粒距作物，作业速度较高，粒距合格率达91%，而且所需气源全压为4.5千帕，同其他高速精播排种器相比，具有结构简单、制造容易、操作方便等优点。
二、排种器转速检测系统组成
（一）机械式排种器
1.水平圆盘式排种器
水平圆盘式排种器利用水平旋转的型孔盘排出种子。排种盘有周边槽孔和圆孔两种型式。排种盘回转时，种子靠重力进人型孔的过程，称为充种，然后由刮种器刮去型孔上方的多余种子，再由推种器将型孔内的种子推出，通过种子箱底座的漏种孔，落到种沟内成穴。
2.窝眼轮式排种器
窝眼轮式排种器利用绕水平轴旋转的窝眼轮排出种子。窝眼轮转动时，型孔进入种子箱并充种。再经过充种区通过重力来投种。
三、具体设计方案
（一）方案原理
在此方案设计中采用霍尔元件，利用霍尔效应测量排种器的转速。其工作原理是将永磁铁以1/4等分的方式固定在一个圆盘上，将圆盘固定在排种器的转轴上，霍尔元件置于永磁铁的边缘但不接触永磁铁。当旋转轴以角速度ω旋转时，每当一个永磁铁转过霍尔开关时，它便会输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数即可确定转轴的转速。增加磁钢数可以提高测量转速或转速的分辨率。系统总体原理框图如3-1所示。
永磁体
图3-1 码盘示意图 图3-2系统的原理框图
（二）码盘的制作
码盘是将一个圆形树脂板四等分，在树脂板的圆周每隔90度画一个圆点，在每个圆点处挖一个小坑，用来放置永磁铁，最后用万能胶把永磁铁粘在坑中。再把码盘整体粘贴在排种器转轴上。如图3-2。
在此方案中主要以AT89C51为核心元件，通过单片机T0口、T1口对传感器输出的方波信号进行定时和计数。用软件计算周期的倒数算出电机转速的频率。再由单片机的串行通讯口对4个8位串行输入并行输出的74LS164驱动4个共阴极数码管显示转速。
四、硬件电路的设计
（一）传感器的选择
霍尔传感器可以实现非接触式转速测量系统，它的好处在于没有磨损和扭矩损失，不发热，而且在很多情况下，采用永磁铁来产生磁场，毋需附加能源。此外，霍尔传感器在低速方面有其独到的优势。采用霍尔传感器与智能转速变送器或智能转速表相结合的测量系统，测量范围最低可测0.01转，精度可达0.1%。
霍尔式传感器有几个基本组成部分：霍尔元件、加于激励电极两端的激励电源、与霍尔电极输出端相连的测量电路、产生某种具有磁场特性的装置。
传感器中的基本电路如图4-1所示。激励电流I由电源UE供给，可以是直流电源或交流电源，电位器RP调节激励电流I的大小。RL是霍尔元件输出端的负载电阻，它可以是显示仪表或放大电路的输入电阻。霍尔电势一般在毫伏数量级，在实际使用时必须加差分放大器。此次设计选取霍尔元件开关状态的使用方式，因此输出电路有如4-2图所示。
图4-1 霍尔电压的基本测量电路 图4-2霍尔元件开关状态输出电路图
（二）信号采集电路
在信号采集部分选取霍尔元件UNG3144作为采集电路的传感器，UGN3144是工作于高温环境下的敏感型霍尔效应开关元件，在本设计中所使用的UGN3144霍尔开关元件内置有OC门，所以要在元件输出端和电源接入端之间加上一个5kΩ的上拉电阻。其具体电路如图4-3所示：
引 言 - 1 -
一、绪论 - 2 -
（一）精密排种器的研究现状 - 2 -
二、排种器转速检测系统组成 - 2 -
（一）机械式排种器 - 2 -
三、具体设计方案 - 3 -
（一）方案原理 - 3 -
（二）码盘的制作 - 3 -
四、硬件电路的设计 - 3 -
（一）传感器的选择 - 3 -
（二）信号采集电路 - 4 -
（三）AT89C51的概述 - 5 -
（四）单片机的复位电路 - 5 -
（五）单片机时钟电路 - 6 -
五、软件部分系统地实现 - 6 -
（一）总体设计思想 - 6 -
（二）软件的具体实现 - 7 -
六、自我鉴定及未来展望 - 8 -
（一）论文的自我鉴定 - 8 -
（二）我对未来的憧憬 - 8 -
参考文献 - 9 -
谢 辞 - 10 -
附件：软件、硬件及程序 - 11 -
引言
播种是种植业重要的作业环节之一。播种机工作性能的优劣直接影响到播种作业生产率及谷物出苗的质量。排种器是播种机的核心部件，其作用主要是将种子匀速连续、完好无损地按照需要进行播种，排种器的性能对播种的质量起着决定性的作用。
对于机械式排种器，实现排钟的关键部件就是转盘、转轮、滚筒等旋转机构。而影响排种器精度的主要原因也就是这些机构的转速。因此，对其转速的检测与控制就至关重要。虽然在市面上有一些转速测量仪，但它的体积相对庞大、结构复杂、价格比较昂贵，不适用于对体积小的仪器的转速进行测量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
。
本次设计的转速测量系统结构简单，价格低廉，体积小，抗干扰能力强，适合应用于各种测量转速的电路中。
一、绪论
（一）精密排种器的研究现状
1.国外精密派中期的研究现状
现在，国外生产和使用的精密排种器主要分为两大类：机械式精密排种器，主要有窝眼轮式、垂直圆盘式、水平圆盘式、倾斜圆盘式、指夹式等；二是气力式精密排种器，主要有气吸式、气吹式、气压式3种。20世纪40年代，国外就已开始研究精密排种器，目前技术已经相当完善。精密播种机上除了设有完善的整地、施肥、喷药、覆土及镇压装置外，液压技术及电子技术也广泛使用气力式精密播种机上。目前，在欧美等西方国家已广泛使用气力式精密播种机械，其中气流一阶分配式、集排式排种系统已大量应用在谷物条播机上。同时，新的排种理论也相继应用到播种机械中，如荷兰VISSER公司、美国BLACKMORE公司的针式（又称吸嘴式）精密播种机、美国文图尔公司的齿盘式精密播种机等。
2.国内精密排种器的研究现状
精密排种器按其排种原理可划分为机械式精密排种器和气力式精密排种器。我国精密排种器的开发和研究始于20世纪70年代初，但没有得到快速发展。近几年来，随着国外不同类型精密播种机的相继引进，我国精密排种器的研制工作已取得了很大的进步，新式播种机和不同形式的排种器也不断出现。例如，吉林工业大学李成华研制成功的倾斜圆盘勺式排种器、江苏大学胡建平等发明的磁吸式精密播种机都是较新型的精密排种器；北京农业工程大学研制的震动式排种器及双辊动静式排种器，其精播小麦机速高于4千米每小时，但作业性能差；黑龙江八一农垦大学新研制的XGJP多用型孔式紧密排种器是高速精播大豆等小粒距作物的一种机械式排种器，其播种速度达11千米每小时，但需严格精选种子才能工作；被称为我国在机械式精密排种器压制方面的一次重大突破的内侧囊种垂直圆盘式排种器，排种频率为22.11次每秒，株距合格率达90%；中国农机院研制的2BJ--16气力轮式精密排种器可高速精播小粒距作物，作业速度较高，粒距合格率达91%，而且所需气源全压为4.5千帕，同其他高速精播排种器相比，具有结构简单、制造容易、操作方便等优点。
二、排种器转速检测系统组成
（一）机械式排种器
1.水平圆盘式排种器
水平圆盘式排种器利用水平旋转的型孔盘排出种子。排种盘有周边槽孔和圆孔两种型式。排种盘回转时，种子靠重力进人型孔的过程，称为充种，然后由刮种器刮去型孔上方的多余种子，再由推种器将型孔内的种子推出，通过种子箱底座的漏种孔，落到种沟内成穴。
2.窝眼轮式排种器
窝眼轮式排种器利用绕水平轴旋转的窝眼轮排出种子。窝眼轮转动时，型孔进入种子箱并充种。再经过充种区通过重力来投种。
三、具体设计方案
（一）方案原理
在此方案设计中采用霍尔元件，利用霍尔效应测量排种器的转速。其工作原理是将永磁铁以1/4等分的方式固定在一个圆盘上，将圆盘固定在排种器的转轴上，霍尔元件置于永磁铁的边缘但不接触永磁铁。当旋转轴以角速度ω旋转时，每当一个永磁铁转过霍尔开关时，它便会输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数即可确定转轴的转速。增加磁钢数可以提高测量转速或转速的分辨率。系统总体原理框图如3-1所示。
永磁体
图3-1 码盘示意图 图3-2系统的原理框图
（二）码盘的制作
码盘是将一个圆形树脂板四等分，在树脂板的圆周每隔90度画一个圆点，在每个圆点处挖一个小坑，用来放置永磁铁，最后用万能胶把永磁铁粘在坑中。再把码盘整体粘贴在排种器转轴上。如图3-2。
在此方案中主要以AT89C51为核心元件，通过单片机T0口、T1口对传感器输出的方波信号进行定时和计数。用软件计算周期的倒数算出电机转速的频率。再由单片机的串行通讯口对4个8位串行输入并行输出的74LS164驱动4个共阴极数码管显示转速。
四、硬件电路的设计
（一）传感器的选择
霍尔传感器可以实现非接触式转速测量系统，它的好处在于没有磨损和扭矩损失，不发热，而且在很多情况下，采用永磁铁来产生磁场，毋需附加能源。此外，霍尔传感器在低速方面有其独到的优势。采用霍尔传感器与智能转速变送器或智能转速表相结合的测量系统，测量范围最低可测0.01转，精度可达0.1%。
霍尔式传感器有几个基本组成部分：霍尔元件、加于激励电极两端的激励电源、与霍尔电极输出端相连的测量电路、产生某种具有磁场特性的装置。
传感器中的基本电路如图4-1所示。激励电流I由电源UE供给，可以是直流电源或交流电源，电位器RP调节激励电流I的大小。RL是霍尔元件输出端的负载电阻，它可以是显示仪表或放大电路的输入电阻。霍尔电势一般在毫伏数量级，在实际使用时必须加差分放大器。此次设计选取霍尔元件开关状态的使用方式，因此输出电路有如4-2图所示。
图4-1 霍尔电压的基本测量电路 图4-2霍尔元件开关状态输出电路图
（二）信号采集电路
在信号采集部分选取霍尔元件UNG3144作为采集电路的传感器，UGN3144是工作于高温环境下的敏感型霍尔效应开关元件，在本设计中所使用的UGN3144霍尔开关元件内置有OC门，所以要在元件输出端和电源接入端之间加上一个5kΩ的上拉电阻。其具体电路如图4-3所示：
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