2 020 年第 11 期 辨 別機(jī)械的運(yùn)行情況 涵蓋機(jī)械設(shè)備故障 機(jī)器維修等情況 長(zhǎng) 時(shí)間從事機(jī)械管理的基層人員 可以只聽(tīng)聲音的問(wèn)題從而分別 出機(jī)械是否出現(xiàn)故障 要最大化顯示出基層農(nóng)機(jī)人員在農(nóng)業(yè)機(jī) 械管理上的效用 可以及時(shí)安排基層工作者展開(kāi)機(jī)械管理專(zhuān)業(yè) 知識(shí)的培訓(xùn) 鼓舞基層人員主動(dòng)參加 派出優(yōu)秀基層農(nóng)機(jī)人員展 開(kāi)機(jī)械管理指導(dǎo)工作 高效提升機(jī)械設(shè)備的安全管理成效以及 提升運(yùn)用時(shí)間 2 5 加強(qiáng)安全生產(chǎn)管理 安全生產(chǎn)生呈現(xiàn)在各個(gè)方面 標(biāo)準(zhǔn)化安全管理在農(nóng)業(yè)機(jī)械 管理中的運(yùn)用 重點(diǎn)展現(xiàn)在策劃一致的安全準(zhǔn)則以及規(guī)章制度 改進(jìn)執(zhí)法管理的方式 創(chuàng)新安全管理舉措等方面 并且還必須規(guī) 范農(nóng)業(yè)機(jī)械崗位的入職條件 并且 因?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)是大規(guī)模 生產(chǎn)的環(huán)節(jié) 因此各類(lèi)安全檢查 監(jiān)督管理都必須要清晰 透明 化 并且督促群眾自行行使自身的監(jiān)督權(quán)限 有助于高效提升管 理人員以及工作人員的覺(jué)悟 2 6改進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械管理體系 農(nóng)業(yè)機(jī)械管理是提升生產(chǎn)成效 提升農(nóng)民生活質(zhì)量的關(guān)鍵 舉措 伴隨著科學(xué)手段的持續(xù)發(fā)展以及完備 機(jī)械化管理在農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)中的運(yùn)用逐步趨于常態(tài)化 要想更好的達(dá)成機(jī)械化管理的 優(yōu)越性以及社會(huì)價(jià)值 改進(jìn)管理是必須進(jìn)行的 首先 必須普及 農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理的有關(guān)知識(shí) 涵蓋以鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為單位成立的有關(guān) 管理團(tuán)隊(duì) 以農(nóng)技站作為骨干牽頭示范 將完備的安全管理知識(shí) 深入到鄉(xiāng)鎮(zhèn) 村的安全管理制度中 經(jīng)過(guò)定點(diǎn)創(chuàng)建機(jī)械安全管理 機(jī)構(gòu) 組織專(zhuān)業(yè)工作者以及管理工作者進(jìn)行指正 科學(xué)優(yōu)化資源 配 置 完備 硬 件基 礎(chǔ) 設(shè) 施 管理等舉措 全面完成農(nóng)機(jī)安全管理的 順利 進(jìn)行 最 終 還必須 強(qiáng) 化機(jī)械安全管理 涵蓋定 期 檢修以及 保養(yǎng) 3 結(jié)語(yǔ) 隨著 我國(guó) 經(jīng) 濟(jì) 的持續(xù)發(fā)展 農(nóng)村現(xiàn) 代 化進(jìn) 程 的逐步 推 進(jìn) 農(nóng) 業(yè)機(jī)械化的 應(yīng) 用范 圍 越 來(lái) 越大 農(nóng)業(yè)機(jī)械化安全生產(chǎn) 也 面 臨 著 非 常 多 的問(wèn)題 只有 由政府 牽頭 鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)站 做 好安全管理 各村 委 會(huì) 協(xié)同 配 合 群眾 積極 參 與 各 部門(mén)和 單位明 確 職 責(zé) 強(qiáng) 化 責(zé) 任 才能確保 農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)工作 取得 成效 參考文獻(xiàn) 1 許占華 農(nóng)業(yè)機(jī)械田間作業(yè)轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) J 農(nóng)機(jī) 使用與維修 2018 000 011 68 2 范寶紅 安全管理模式在農(nóng)業(yè)機(jī)械管理中的應(yīng)用研究 J 農(nóng)民致富之友 2018 000 013 152 1 制作方案 1 1比較與選擇 1 1 1單 片 機(jī) 型號(hào)選擇 微型植物 工 廠采 用 STM32F103RCT6 單 片 機(jī) 該 單 片 機(jī)為 ARM 架 構(gòu) 具 備成 熟 的開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán) 境應(yīng) 用 廣泛 時(shí) 鐘頻率 72Mhz 必要情況 下 可 超頻 擁 有 多 個(gè) 硬 件 IIC SPI 和 UART 通訊 端口 以及 八 個(gè) 內(nèi)部 定時(shí)器 功耗低 1 1 2傳感 器 選擇 空氣溫濕 度 傳感 器 SHT20 該傳感 器 通 過(guò) 內(nèi)部 MCU 將 獲 取 到的 空氣溫濕 度 數(shù) 值進(jìn)行 處 理 濾波然后 以 IIC 通訊 方式將 數(shù) 據(jù) 以 數(shù)字 量的 形 式 直接 上 傳 到單 片 機(jī) 土壤溫濕 度 傳感 器以 串 口通訊 的方式 115200的 波特率與 單 片 機(jī)進(jìn)行 通訊 將 土壤溫濕 度 數(shù)據(jù) 上 傳 單 片 機(jī) 光照強(qiáng) 度 OPT101 傳感 器 具 備 集 成的 硬 件 運(yùn) 算放 大 濾波電路 將 光照強(qiáng) 度 轉(zhuǎn)變 為 0 3 3V 的模 擬 量 再通 過(guò)單 片 機(jī) 內(nèi)部 12 位 ADC 進(jìn)行 A D轉(zhuǎn)換 可 得 出 實(shí) 時(shí) 光照強(qiáng) 度 數(shù)據(jù) 以上 三 個(gè) 傳感 器 具 備 低功耗 使用 廣泛 工作 穩(wěn) 定的優(yōu)點(diǎn) 1 1 3電 機(jī) 控 制器 選擇 本系統(tǒng)需 要 水泵對(duì)土壤 進(jìn)行 補(bǔ)水 風(fēng)扇對(duì) 工 廠內(nèi)部 進(jìn)行 通 風(fēng) 所 以 選擇廉 價(jià)的 L298N 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)器 其控 制 精 度 滿足本系統(tǒng) 要 求 且 輸 出 功率 可達(dá) 36W 反應(yīng)速 度 快 控 制 邏輯簡(jiǎn) 單 可長(zhǎng)時(shí) 間持續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn) 1 1 4電 源的設(shè) 計(jì) 微型植物 工 廠采 用 太陽(yáng)能電池板 可 充電鋰電池和 12V 直 流電 源進(jìn)行 供電 三部 分 電 源設(shè) 計(jì)其 優(yōu)點(diǎn)在于 天氣狀 況 良 好的 情況 下 太陽(yáng)能電池板 可 保證系統(tǒng) 正常運(yùn)行的 同 時(shí) 給鋰電池 進(jìn) 行 充電 在 陰天 的時(shí) 候鋰電池 進(jìn)行工作 若 持續(xù) 陰雨天氣 可 接 市電 進(jìn)行工作 由 于一 天之 中 太陽(yáng)光光強(qiáng) 的 變 化 太陽(yáng)能電池板 輸 出的 電壓波 動(dòng) 變 化 幅 度 較 大 采 用升 壓再降壓穩(wěn)壓電路 既保 證輸 出 電壓穩(wěn) 定在 12V 輸 出 電流滿足系統(tǒng) 最大 功率 運(yùn)行 在 夜 間 太陽(yáng)能電池板不能 提 供電 源的時(shí) 候 此時(shí)使用單 片 機(jī) 內(nèi)部 ADC 附 加 外部電路對(duì)電壓 進(jìn)行檢 測(cè) 太陽(yáng)能電池板 發(fā) 電電壓低 于 9V 后切斷太陽(yáng)能電池板 的 供電 采 用 鋰電池或 者 市電 進(jìn)行 供 電 保證系統(tǒng) 持續(xù)運(yùn)行 1 1 5 顯示模 塊選擇 溫室無(wú)害生長(zhǎng)植物工廠智能監(jiān)控系統(tǒng) 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 李磊 梁潤(rùn)東 丁新飛 儲(chǔ)相龍 谷偉樂(lè) 李朝亮 摘 要 本文通過(guò)對(duì)溫室無(wú)害生長(zhǎng)植物工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件挑選 軟件程序設(shè)計(jì) 冒泡法濾波 電路板設(shè)計(jì) 實(shí)物調(diào)試等方面分享搭建該微型植物工廠的心得 以 STM32F1 單片機(jī)為控制核心 結(jié)合空氣溫濕度傳感器 SHT20 土壤溫濕度傳感器 光強(qiáng)傳感器 OPT101 組成的傳感器系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)環(huán)境變化量的采集處理 融合了模擬電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用 信號(hào)通訊處理 電機(jī)控制等技術(shù)搭建出了具備成本低廉 可持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的微型植物工廠 在外界非極 端天氣環(huán)境下 可以持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行 為我國(guó)未來(lái)農(nóng)作物生產(chǎn)工廠化少人化無(wú)人化提供了可行性方案 關(guān)鍵詞 STM32 單片機(jī) SHT20 電路板設(shè)計(jì) 電機(jī)控制技術(shù) 新 聞 視界 H EBEINONGJI 河北 農(nóng) 機(jī) 25 2 020 年第 11 期 使用 7引腳封裝的 OLED128 64屏幕 其采用 SPI 的通訊 方式 具有極快的刷新速度 低功耗運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)工作穩(wěn)定 1 1 6電路設(shè)計(jì) 控制部分和傳感器供電電源部分使用 7805三端穩(wěn)壓芯片 將 12V 直流降壓為穩(wěn)定的 5V 電壓 5V 電壓在負(fù)責(zé)給土壤溫濕 度傳感器進(jìn)行供電的同時(shí) 再通過(guò)兩片 AMS1117 3 3V 并聯(lián)穩(wěn) 壓負(fù)責(zé)給單片機(jī) SHT20 OPT101 以及 OLED屏幕進(jìn)行供電 因 為 AMS1117 3 3V 額定輸出電流為 500mA 不能滿足后期對(duì)系 統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)增加功能的要求 所以采用并聯(lián)的方式提供足 夠供電能力 1 1 7電機(jī)選擇 水泵電機(jī)選擇常用直流 12V385 有刷電機(jī) 該電機(jī)內(nèi)阻小 減速組損耗低工作運(yùn)行穩(wěn)定 風(fēng)扇選擇 9cm 9cm 12V 6W 散熱 扇 價(jià)格便宜 該系列風(fēng)扇常用作電腦散熱扇因此運(yùn)行穩(wěn)定使用 時(shí)間長(zhǎng) 2 設(shè)計(jì)思路及工作原理 基于太陽(yáng)能供電的微型植物工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)采用了三電 源供電方式 保證系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行 以 SHT20 土壤溫濕度傳 感器 OPT101 對(duì)影響植物生長(zhǎng)狀況的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行檢測(cè) 并通過(guò) STM32對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行冒泡法濾波處理 將各項(xiàng)參 數(shù)與之前設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較 通過(guò)定時(shí)器輸出 PWM 對(duì)通風(fēng) 扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制 應(yīng)用 PID 算法對(duì)室內(nèi)空氣加熱棒進(jìn)行控制 和 實(shí)時(shí)光照補(bǔ)充 以及 I O口輸出高低電平控制 8050NPN 行三極 管導(dǎo)通和截止再由三極管控制繼電器 三極管對(duì)水泵進(jìn)行開(kāi)關(guān) 這里的不采用 I O直接控制繼電器 防止使用過(guò)程中電機(jī)或者繼 電器出現(xiàn)故障反向電壓擊穿單片機(jī) 3 理論分析與軟件設(shè)計(jì) 3 1算法濾波 3 1 1冒泡法濾波 冒泡法是目前最常用的效率較高的數(shù)據(jù)初 步 處理方法 程 序 設(shè)計(jì)中采用冒泡法對(duì)空氣溫濕度數(shù)據(jù) 土壤溫室度數(shù)據(jù) 光照 強(qiáng) 度數(shù)據(jù) 十個(gè)一 組進(jìn)行冒泡法 排序 去掉十個(gè) 數(shù)據(jù)中的最 大 值 最小值 然 后再求 剩余八 組數(shù)據(jù)的平 均 值 優(yōu)點(diǎn) 在于 本身 數(shù)據(jù) 通過(guò)傳感器內(nèi)部電路進(jìn)行處理 就 比較穩(wěn)定 再 上 傳到單片機(jī)進(jìn) 行冒泡法 排序 濾波 得 到的數(shù)據(jù) 更 加接 近 于此時(shí)環(huán)境的 真 實(shí)狀 態(tài) 且 冒泡法 排序占 用單片機(jī) 資 源 少 算法 簡(jiǎn) 單效率高 不 會(huì) 影 響系統(tǒng)的反應(yīng)速度 保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理能力 且經(jīng) 過(guò)濾波后增加 了系統(tǒng)的使用 壽命 消除 了數(shù)據(jù)出現(xiàn)的波 峰 和波 谷 3 1 2 PID算法 微 型 植物工廠 顧名思義 最 重 要的 就 是 像 工廠 一樣 持續(xù)穩(wěn)定 的運(yùn)行 該系統(tǒng)采用基于單片機(jī)系統(tǒng)的 PID 算法 PID 分 別 為比 例 微分 積 分 比 例 保證了系統(tǒng)的反應(yīng)速度 I D共 同 決 定了系 統(tǒng)的運(yùn)行 精 度 該算法保證工廠內(nèi)部各項(xiàng)環(huán)境 維 持在植物生長(zhǎng) 最 佳范圍 內(nèi) 其中對(duì)風(fēng)扇風(fēng)速的控制采用 PD 算法其 優(yōu)勢(shì) 在于反 應(yīng)速度快 且 與 SHT20傳感器組 成閉 環(huán)控制 保證室內(nèi)空氣濕度 在 可 控 范圍 內(nèi) 加熱棒采用 PI 算法進(jìn)行控制 雖然 PI 算法的反 應(yīng)速度較 PD 慢 但 是其控制 精 度高 能保證植物 始終 處于最 佳 生長(zhǎng)溫度 范圍 內(nèi) 光 強(qiáng) 控制方 面 直接采用比 例 算法與 OPT101 反 饋 的光 強(qiáng) 數(shù)據(jù) 形成閉 環(huán)控制 保證植物的光 合 作用處于最高效 的狀 態(tài) 3 2軟件設(shè)計(jì) 軟件 部分的設(shè)計(jì) 包括 以 下幾個(gè) 部分 OLED屏幕 底層驅(qū)動(dòng) 程 序搭建 單片機(jī)定時(shí)器 配置 程 序搭建 軟件 IIC 軟件 SPI 和 硬件 串 口通訊 配置 程 序搭建 SHT20和土壤傳感器 配置 程 序搭建 單 片機(jī)內(nèi)部 12位 ADC 配置 程 序搭建 單片機(jī) 看門(mén)狗底層配置 設(shè) 計(jì) 看門(mén)狗 用于運(yùn)行過(guò)程中監(jiān) 視 程 序 狀 態(tài) 系統(tǒng)出現(xiàn) 異 常 停 止 程 序 運(yùn)行 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 重啟 如果重啟 后再 次 出現(xiàn) 錯(cuò)誤 將 報(bào)警 通 知技術(shù)員解決 底層代碼 采用 HAL 庫(kù) 進(jìn)行 編寫(xiě) HAL 庫(kù) 是 ST公司推 出的 目前在 STM32系列單片機(jī) 上廣泛 應(yīng)用的 固件庫(kù) 對(duì)單片機(jī)內(nèi)部 寄存 器 包括 定時(shí)器 I O口 串 口 A D轉(zhuǎn) 換 初 始化 看門(mén)狗配置 初 始化可 直接采用 官 方 退 出的 CubeMX 進(jìn)行 圖形化配置 其 底層 代碼邏輯性強(qiáng) 可讀性 高 可移 植 性強(qiáng) 節(jié)省 了 大量 的 底層軟件 設(shè)計(jì)時(shí)間 在 底層代碼搭建完成 后 參照 網(wǎng)上 Github CSDN 等諸 多 電 子 設(shè)計(jì)開(kāi) 發(fā) 開(kāi)源 資料 對(duì) 上層邏輯 控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì) 編 程 調(diào)試 4 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整個(gè)模型 分 成四 部分 第一 部分為 歐標(biāo) 2020 鋁型材搭建 50cm 30cm 40cm 框架 框架 之間以 亞克 力 板 作為 透明擋板 既 可 以直接 觀察 植物的生長(zhǎng)狀況 第二 部分為 核心 控制部分 采用 自 行設(shè)計(jì) PCB 板構(gòu)建 PCB 上包括 單片機(jī) 空氣溫濕度傳感器 SHT20 土壤溫濕度傳感器 穩(wěn)壓 模塊 顯示 屏幕 等 第 三部分為 電機(jī)及電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 部分 包括 IRF3205 大 功率 MOS 管 8050NPN 型 三極管 L298N電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 風(fēng)扇 水泵 第四 部分為電源部分 其中 包括 太陽(yáng)能電 池板 12V 可 充電 鋰 電 池 市 電轉(zhuǎn) 12V 穩(wěn)壓直 流電源 5 總結(jié) 經(jīng) 過(guò)實(shí) 際 實(shí) 驗(yàn) 運(yùn)行監(jiān)測(cè) 本文 中基于太陽(yáng)能供電的微 型 植 物工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)方 案可 行 且 工作運(yùn)行穩(wěn)定 以 ARM 架構(gòu) 的 32位 單片機(jī)為控制 核心 的 結(jié)合 各 種 傳感器 構(gòu)成 了該系統(tǒng) 能 夠在 模型 內(nèi)部空氣溫度升高的時(shí) 候 及時(shí) 打 開(kāi)通風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng) 降溫 在土壤 含 水 量 低于閾值時(shí) 打 開(kāi)水泵 進(jìn)行 滴灌 在 外界 溫 度降低時(shí) 加熱棒和通風(fēng)扇 結(jié)合共 同 維 持系統(tǒng)的溫度處于植物 生長(zhǎng) 發(fā)育 的最 佳范圍 并 隨著外界 光 強(qiáng) 的 變化 模型 內(nèi)的 LED燈 通過(guò)單片機(jī)對(duì) 占 空比的 調(diào)整達(dá) 到控制補(bǔ)光的效 果 使植物處于 最 佳 的光 合 作用狀 態(tài) 該系統(tǒng) 硬件可靠耐 用 軟件全面 能 自我調(diào) 整 整體適 應(yīng) 性強(qiáng) 參考文獻(xiàn) 1 方春華 單片機(jī) C 語(yǔ)言編程的常見(jiàn)問(wèn)題于分析 J 電腦知 識(shí)與技術(shù) 2019 15 30 237 238 2 葛昆 在電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與開(kāi)發(fā)實(shí)踐 J 信 息通訊 2019 194 291 292 3 閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 第六版 M 北京 高等教育出 版社 2016 78 79 4 張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 M 北京 高等教育出版社 2004 202 233 新 聞 視界 H EBEINONGJI 河北 農(nóng) 機(jī) 河北 農(nóng) 26