附錄自動播種裝置控制系統(tǒng)設(shè)計案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u1517自動播種裝置控制系統(tǒng)設(shè)計案例概述 092831.1自動播種裝置 0115871.2自動播種裝置系統(tǒng)框架 1235341.3自動播種機(jī)主控單片機(jī)的選擇 2209561.4自動播種裝置步進(jìn)電機(jī)的選擇 334431.5電機(jī)編碼器的選擇 4227751.6鋰電池充電模塊的選擇 5144031.7液晶LCD1602 6242601.8變壓模塊的選擇 71.1自動播種裝置圖1.1自動播種機(jī)播種裝置示意圖種箱：存放種子的容器；排種器：通過轉(zhuǎn)動，使種子按一定頻率落下；導(dǎo)種管：將排種器落下的種子導(dǎo)入土壤，防止種子掉落在播種機(jī)金屬架上從而影響播種的準(zhǔn)確性；步進(jìn)電機(jī)：帶動排種器按一定速度轉(zhuǎn)動。圖1.2種箱底部示意圖圖1.3排種器俯視示意圖本設(shè)計所設(shè)計的自動播種裝置的控制部分裝設(shè)在駕駛室的操作手旁，操作手根據(jù)拖拉及的速度手動調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的檔位，從而控制步進(jìn)電機(jī)的運行速度，步進(jìn)電機(jī)帶動排種器轉(zhuǎn)動，使種子定距落下；太陽能板裝設(shè)在拖拉機(jī)頂部，有利于接收更多的光照。排種器是播種機(jī)的核心，它的性能的優(yōu)劣直接影響到播種機(jī)的播種量的多少、播種是否均勻以及是否會傷種等性能指標(biāo)。排種器種類繁多，外槽輪式排種器和水平圓盤式排種器最具代表性。本設(shè)計采用水平圓盤式排種器。排種器所選材料為厚度2mm的鋁板，鋁板的質(zhì)量很輕，10cm2鋁板質(zhì)量為54g。設(shè)計中所選的電機(jī)扭矩較大，足以帶動該排種器旋轉(zhuǎn)。1.2自動播種裝置系統(tǒng)框架硬件主要以STM32F103C8T6單片機(jī)為中心，選擇四相步進(jìn)電機(jī)，將軟件和硬件組合起來在LCD1602顯示屏上顯示步進(jìn)電機(jī)的啟停、加減速、正反轉(zhuǎn)等運行狀態(tài)信息。設(shè)計包括驅(qū)動電路的部分、狀態(tài)顯示部分、按鈕部分和新能源（太陽能）的供給部分。系統(tǒng)設(shè)計框圖如下：液晶液晶顯示電路步進(jìn)電機(jī)電路太陽能供電電路按鍵電路單片機(jī)控制電路電源電路圖1.4系統(tǒng)設(shè)計框圖1.3自動播種機(jī)主控單片機(jī)的選擇單片機(jī)包含了計算機(jī)的基本功能組件：CPU、存儲器、I/O接口電路等，只需與適當(dāng)?shù)能浖屯獠垦b置聯(lián)結(jié)便可制成單片機(jī)控制系統(tǒng)。出于操作的可靠性，所選擇的芯片需要具有更寬的工作溫度范圍、更低的功率消耗和恒定的干擾防止能力。本系統(tǒng)選擇的主控芯片是STM32F103C8T6，價格便宜，運行穩(wěn)定且操作簡單。如下：圖1.5STM32F103C8T6控制模塊圖1.6STM32F103C8T6原理圖1.4自動播種裝置步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)（steppingmotor）是一款數(shù)控電機(jī)，與其他電機(jī)相比，它的控制更加方便和精準(zhǔn)。因其可把脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，故控制脈沖信號數(shù)即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速則取決于脈沖信號的頻率。利用單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖控制信號控制驅(qū)動電路工作驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過的總角度與輸入的脈沖數(shù)成正比。整個電路所設(shè)計的電壓為5v，所以要選擇額定電壓為5v的電機(jī)，本設(shè)計選用的是28BYJ-48型四相八拍減速步進(jìn)電機(jī)，其減速比為1：64，步進(jìn)角為（5.625/64）°。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動1周，需要脈沖信號360/5.625*64=4096個。當(dāng)對電機(jī)施加一系列連續(xù)的控制脈沖時，它可以連續(xù)轉(zhuǎn)動。該電機(jī)可以實現(xiàn)瞬間啟動和急速停止操作。通電控制脈沖一定要嚴(yán)格按照相的順序分別控制各相的通斷。如果按正序通電換相，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之則電機(jī)反轉(zhuǎn)。每給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送一個控制脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一步。連續(xù)輸入的兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)得越快。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度與輸入的電脈沖信號的頻率成正比，其轉(zhuǎn)速為：

（1）

其中f為步進(jìn)電機(jī)通電的脈沖頻率，單位為Hz；n為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min，用步矩角表示為：

（2）圖1.7步進(jìn)電機(jī)實物圖1.5電機(jī)編碼器的選擇本設(shè)計中使用ULN2003芯片為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號。ULN2003芯片是高電壓、大電流達(dá)林頓陣列。ULN20037NPN達(dá)林頓連接晶體管是低邏輯數(shù)字電路，是與要求大電流高電壓的斜坡、繼電器等其他負(fù)載之間接口的理想裝置。其設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)TTL系列兼容。IN1116OUT1IN2215OUT2IN3314OUT3IN4413OUT4IN5512OUT5IN6611OUT6IN7710OUT7GND89COMMONFREEWHEELINGDIOOES圖1.8ULN2003管腳連接圖表1.1ULN2003主要特性表圖1.9ULN2003電機(jī)編碼器圖1.10電機(jī)編碼器原理圖1.6鋰電池充電模塊的選擇TP4056是使用恒定電流/恒定電壓對單電池充電的完全線性充電器。其底部有散熱器的SOP8封裝和更少的外部元件數(shù)量，方便攜帶。TP4056內(nèi)部采用PMOFE結(jié)構(gòu)，由于具備逆充電路徑，故無需外部分離二極管。圖1.11TP4056鋰電池充電模塊1、高達(dá)1000mA的可編程充電電流2、精度達(dá)到+1%的4.2V預(yù)設(shè)充電電壓3、用于電池電量檢測的充電電流監(jiān)控器輸出4、充電狀態(tài)有無電池、雙輸出以及故障狀態(tài)顯示5、待機(jī)模式中的供電電流為55uA6、充電達(dá)到90%時變?yōu)?.9V涓流充電模式7、軟啟動限制了浪涌電流8、TP4056有電池溫度監(jiān)測功能9、采用8引腳SOP-PP封裝表1.2TP4056各引腳功能引腳功能TEMP電池溫度檢測輸入端PROG恒流充電電流設(shè)置和充電電流監(jiān)測端GND電源接地VCC輸入電壓正輸入端BAT電池連接端STDBYTP4056電池的充電完成指示端GHRG漏極開路輸出的充電狀態(tài)指示端CE芯片始能輸入端1.7液晶LCD1602LCD1602這款液晶顯示器是分為16（帶背光）引腳和14（無背光）引腳的的顯示器，現(xiàn)在已經(jīng)很普遍了被越來越多的人所認(rèn)可，這款顯示器主要由以下幾方面來構(gòu)成，首先是一個字符型的液晶顯示屏，接下來是一個控制驅(qū)動主電路HD44780及擴(kuò)展驅(qū)動電路HD44110，還有部分用來控制整個電路安全的電阻和電容等元器件，這些元件拼接在一個PCB板子上面即組成了一個可以顯示數(shù)字，字母，特殊字符的帶背光顯示器，同時它還擁有消耗的功率低，使用便捷，占地面積小，顯示豐富的優(yōu)點。他的顯示容量為16×2個字符，每一個字符都有一個固定的代碼。它的工作電壓在4.5v-5.5v，正常來講和單片機(jī)的工作電壓是一樣的，每個字符的尺寸為1.95mm×4.35mm，我們在顯示器的三號引腳與接地電路中接入一個可變電阻，這個可變電阻的阻值變化，便可以做到調(diào)節(jié)屏幕分辨率的作用。LCDLCD16字X2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F1027404142434445464748494A4B4C4D4E4F5067圖1.12RAM地址映射圖表1.31602液晶模塊內(nèi)部的控制器指令碼序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1.8變壓模塊的