一种智能计亩器的设计与实现

论文摘要

本文对现有计亩器的地块面积算法准确度进行了研究,提出一种基于垄宽动态实时测量的自适应地块面积算法,并在此基础上设计了一款基于单片机的智能计亩器,完成了该设备的软件和硬件系统的编程,制作和调试。实际运行测试,表明了该智能计亩器的性能完全达到了设计要求。本论文主要完成了以下几个方面的工作:使用MC9S08AW32作为核心芯片,充分利用了它的硬件资源,借助接近开关、限位开关和超声波传感器等开发了嵌入式智能计亩器。把智能计亩器作为了农业机械的配套产品,充分考虑到了农业设备的特点,大大增强了农业机械的功能,同时也拓宽了智能计亩器的应用领域。将面向对象的方法应用于智能计亩器的软件系统上,分别对软件的结构和功能实现进行了设计,方便了实现和维护。可以计算农业机械行走的距离,可以得到农机系统工作的地块亩数。讨论了不同地块形状的面积算法和思路,对规则地块和不规则的地块分别采用了不同的计算方法,讨论了一种针对不规则地块的垄宽动态实时测量自适应的地块面积算法,降低了计算的难度。为了提高计亩器系统的计算精度,对面积运算结果的精度进行了分析,提出了使用卡尔曼滤波剔除噪声的思路。为了提高智能计亩器的可靠性,从工程应用的角度依次对硬件结构和软件系统采用的可靠性措施进行了研究。硬件系统上,考虑了印制PCB电路板中相应的抗干扰措施,以及供电系统、接地技术,信号传输通道、空间电磁场等多方面的电磁兼容方法。在软件上,主要采用了结构化,模块化的分层处理的方法和可维护性设计的思路。通过以上措施,使智能计亩器的可靠性得到了保证和提高。介绍了智能计亩器的调试情况和测试实验,在完成硬件调试基础上测试了计亩器的软件功能,验证了智能计亩器系统的性能。实验测试表明,自主研发的基于单片机的智能计亩器器是可以满足设计要求的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源与研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 农业智能仪表的发展及国内外研究现状
• 1.2.1 农业仪表技术的发展概述
• 1.2.2 国外农业仪表研究现状
• 1.2.3 国内农业仪表研究现状
• 1.3 本文的研究内容和结构
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文的章节结构
• 2 农业智能仪表总体方案的构建
• 2.1 智能计亩器的整体设计
• 2.1.1 智能计亩器总体控制方案的确定
• 2.1.2 计亩器的功能要求
• 2.2 智能计亩器的硬件设计
• 2.2.1 计亩器的结构示意图
• 2.2.2 智能计亩器的硬件组成
• 2.3 智能计亩器的软件设计
• 2.3.1 软件的结构分析
• 2.3.2 软件的功能分析
• 2.4 本章小结
• 3 智能计亩器的硬件设计与实现
• 3.1 所需器件的确定
• 3.1.1 主芯片的选择
• 3.1.2 主芯片所需外围器件的确定
• 3.1.3 传感器型号的确定
• 3.2 智能计亩器的硬件组成
• 3.2.1 LED显示屏
• 3.2.2 触摸式按键
• 3.2.3 传感器接口
• 3.2.4 非易失数据存储器
• 3.2.5 计亩器的面板及外壳
• 3.3 硬件电路的具体实现
• 3.3.1 传感器信号输入电路的实现
• 3.3.2 超声波发射电路的实现
• 3.3.3 超声波检测接收电路的实现
• 3.3.4 非易失数据存储器电路的实现
• 3.3.5 其余电路的实现
• 3.4 设计和使用中的可靠性措施
• 3.4.1 PCB板设计的可靠性考虑
• 3.4.2 采用的电磁兼容方法
• 3.5 本章小结
• 4 智能计亩器的软件设计与算法实现
• 4.1 智能计亩器软件的整体结构设计
• 4.1.1 软件功能的结构实现
• 4.1.2 主程序的处理
• 4.1.3 LED显示程序的处理
• 4.1.4 按键处理的程序
• 4.1.5 闪烁处理的程序
• 4.1.6 脉冲信号的测量
• 4.1.7 读写扩展EEPROM处理的程序
• 4.2 智能计亩器软件的算法实现
• 4.2.1 路程算法处理的程序实现
• 4.2.2 长宽计亩算法处理的程序实现
• 4.2.3 丈量型计亩算法的实现
• 4.2.4 自适应动态垄宽测量面积的算法设计
• 4.2.5 实验结果
• 4.2.6 算法处理的误差分析及改进
• 4.3 软件系统的抗干扰措施
• 4.4 本章小结
• 5 智能计亩器的调试及测试实验
• 5.1 系统的调试
• 5.1.1 硬件的调试步骤
• 5.1.2 调试过程中出现的问题及解决办法
• 5.2 计亩器的测试实验
• 5.2.1 系统的测试方案
• 5.2.2 用户使用情况的反馈分析
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录