摘要:灌溉和施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的至關(guān)重要的兩個環(huán)節(jié),分開實施費時費力,水肥一體化智能灌溉施肥是提高生產(chǎn)效率的重要方法,其核心是研發(fā)以控制算法和傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)的智能控制系統(tǒng)及操作裝置。針對水肥-體化智能控制系統(tǒng)實驗室試驗臺缺乏的問題,設(shè)計了一種渦輪流量計信號模擬系統(tǒng),包括下位機(jī)系統(tǒng)硬件電路和.上位機(jī)應(yīng)用軟件兩部分。基于51單片機(jī)采用定時器中斷和串口通信技術(shù),設(shè)計了可模擬不同流量信號的下位機(jī)硬件電路,包含單片機(jī)模塊、用戶交互模塊、串口通信模塊、EEPROM存儲模塊。使用Visual Studio開發(fā)平臺采用C#語言進(jìn)行上位機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計開發(fā),包括用戶界面設(shè)計、上位機(jī)與下位機(jī)串0通信設(shè)計。
該系統(tǒng)可在實驗室條件下為控制算法試驗提供模擬流量信號,具有重要應(yīng)用價值。
灌溉和施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的至關(guān)重要的兩個環(huán)節(jié),分開實施費時費力,水肥一體化智能灌溉施肥是提高生產(chǎn)效率的重要方法,其核心是研發(fā)以控制算法和傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)的智能控制系統(tǒng)及操作裝置.
水肥一體化和智能灌溉系統(tǒng)研究核心是智能控制算法研究和控制系統(tǒng)研發(fā)優(yōu)化[6-8],在整個過程中,大量的實驗室和田間試驗必不可少，目前的研究大都采用在真實的系統(tǒng).上或使用流量計搭建小型系統(tǒng)開展試驗,不僅費時費力，還無法開展過載疲勞試驗[9,10]。設(shè)計-渦輪流量計信號模擬器,在實驗室條件下為控制算法試驗系統(tǒng)提供模擬流量信號，具有重要應(yīng)用價值。
1模擬器總體設(shè)計
系統(tǒng)主要由硬件部分與軟件部分組成,系統(tǒng)主要.包括下位機(jī)上位機(jī)兩部分。下位機(jī)包括單片機(jī)模塊、按鍵模塊、顯示模塊、存儲模塊和渦輪流量計模擬接口,用戶可通過按鍵進(jìn)行用戶菜單的選擇,設(shè)置工作模式和工作參數(shù),如果選擇下位機(jī)設(shè)置模式,可以只使用下位機(jī)進(jìn)行簡單流量模擬,通過模擬接口輸出模擬流速信號。上位機(jī)軟件系統(tǒng)包括上位機(jī)模塊和通信模塊,上位機(jī)通過串口模塊把用戶設(shè)置好的參數(shù)傳輸?shù)较挛粰C(jī),同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲,當(dāng)參數(shù)確認(rèn)完以后進(jìn)入模擬狀態(tài),通過模擬輸出端把信號以方波的形式輸出。
2.上位機(jī)軟件設(shè)計
基于VisualStudio開發(fā)平臺設(shè)計了-上位機(jī)應(yīng)用軟件,首先對上位機(jī)應(yīng)用軟件界面進(jìn)行初始化，等待用戶的模擬方式的選擇，如果選擇恒流速模擬，界面選擇框上顯示恒流速模擬字樣,并等待用戶輸入初始流速設(shè)置;如果選擇流量加速模擬方式,界面選擇框上顯示流速加速模擬字樣,并等待用戶輸人初始流速、最大流速和流速變化率等設(shè)置;如果選擇流速階躍模擬,界面選擇框上顯示流速階躍模擬字樣,并等待用戶輸入階躍流速設(shè)置。之后等待用戶設(shè)置Com口、波特率、數(shù)據(jù)位和停止位等串口參數(shù),當(dāng)用戶點擊確定后，軟件首先讀取用戶參數(shù)輸入并進(jìn)行合法化檢查，如果參數(shù)不合法,軟件會彈出修改提示對話框提示用戶修改;如果參數(shù)合法，軟件會根據(jù)參數(shù)設(shè)置生產(chǎn)命令字符串通過串口下發(fā)到下位機(jī)中。如果用戶選擇退出，軟件釋放內(nèi)存空間并退出。
3下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計
硬件系統(tǒng)主要包括單片機(jī)模塊.供電模塊、串口通信模塊、用戶輸人模塊、顯示模塊外觀設(shè)計,設(shè)計重點是單片機(jī)處理與控制模塊以及下位機(jī)與上位機(jī)串口通信兩部分。
單片機(jī)模塊采用為常見的單片機(jī)最小系統(tǒng),復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位。晶振采用11.0592，采用11.0592M的目的是為了獲得精準(zhǔn)的串口通信頻率,即波特率,它能夠精準(zhǔn)生成9600的波特率,相比于12M晶振來說可以準(zhǔn)確與上位機(jī)進(jìn)行通信而不會發(fā)生失真與亂碼。單片機(jī)使用較為實用的AT89C52,它是CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C52有40個引腳,32個I/O端口,同時內(nèi)含2個外中斷口,3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口。52系列單片機(jī)雖然已經(jīng)是十年前使用的芯片,但它全備的功能與低的價格也是選擇的理由,其運算速度與程序存儲量足以滿足開發(fā),直插式的封裝也方便裝卸。單片機(jī)模塊主要功能在于串行通信口進(jìn)行與上位機(jī)的通信,2K字節(jié)EEPROM進(jìn)行的數(shù)據(jù)存儲,用來模擬流量時實時計時功能的定時器0,用來產(chǎn)生所需頻率脈沖方波的定時器1及單片機(jī)基本的用戶菜單顯示與輸人功能。
采用RS-232串口通信技術(shù)進(jìn)行下位機(jī)與上位機(jī)的通信，但RS232電平和單片機(jī)電平不一致,單片機(jī)TTL信號電平為[0,+5],而RS-232信號電平為[-10,+10v]。MAX232芯片使用+5v單電源供電，可實現(xiàn)單片機(jī)和串口信號之間電平轉(zhuǎn)換�；贛AX232芯片設(shè)計了渦輪流量計模擬系統(tǒng)下位機(jī)硬件電路串口通信模塊,串口通信模塊電路分三部分，第1部分是電荷泵電路,由4只1uf極性電容(也可用非極性電容或0.1uf電容)構(gòu)成。第2部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，只使用第二數(shù)據(jù)通道，把第一數(shù)據(jù)通道的輸入端接地，接收端空引腳。第3部分是供電線路,15腳接地、16腳5V電源。
4結(jié)語
第一，渦輪流量計信號模擬系統(tǒng)組成。包括下位機(jī)系統(tǒng)硬件電路和上位機(jī)應(yīng)用軟件兩部分，上位機(jī)軟件接收用戶的流量信號模擬設(shè)置，通過串口發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)上位機(jī)的命令信息產(chǎn)生模擬信號輸出。
第二，模擬系統(tǒng)下位機(jī)硬件電路�；�51單片機(jī)采用定時器中斷和串口通信技術(shù)，可模擬出不同流量信號的下位機(jī)硬件電路,包含了單片機(jī)模塊、用戶交互模塊、串口通信模塊、EEP-ROM存儲模塊。第三，設(shè)模擬系統(tǒng)上位機(jī)應(yīng)用軟件。使用VisualStudio開發(fā)平臺采用C#語言進(jìn)行上位機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計開發(fā)，包括用戶界面設(shè)計、上位機(jī)與下位機(jī)串口通信設(shè)計。用戶界面可以設(shè)置模擬方式.初始流量、流量變化率、最大流量等各個參數(shù),通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置更簡單便捷。
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