一款基于NEC单片机田间超声波测距的应用

为了方便农机手能够迅速、准确地知道机具作业的深度，提出一种基于NEC单片机的田间超声波测距方法，设计非刚性接触地面仿形装置和电子控制系统，利用超声波测距传感器和NEC单片机，通过NEC专用软件开发工具Applilet自动生成代码，在PM+集成环境平中建立目标源文件，最后将程序经烧写器烧入到单片机中实现控制任务，驾驶员通过观察LCD显示的实时运行参数，LED状态指示灯，或根据蜂鸣器报警等情况及时监测和调整机具作业深度，本研究为研制智能化装备提供了开发平台。

在田间旋耕、收获、播种时，经常需要控制机具的作业深度，现有农业机械设备多无机具作业深度监测设备，既费力又影响田间耕作效果。我国在农业机械装备处于起步阶段，以东方红X-804拖拉机为研究对象，开发了电控液压转向系统和作业机具升降控制系统，实现了拖拉机自动转向操纵控制和作业机具自动升降控制，但整套设备价格昂贵，推广尚需时日。

1、超声波传感器发射地面试验

由超声波传播理论可知，声波在传播过程中如果遇到直径小于超声波半个波长的障碍时，其声波会绕过障碍物而继续传播，即产生绕射现象，选取花盆上方同一水平面3行3列的9点测量。如图1所示，用超声波测量距书桌高度，图2为利用超声波传感器模拟测量地面的一组数据，在其传播路径中放有花盘时，超声波未发生绕射，原因是由于收获植物茎叶直径较大时，发射的超声波还未到达地面就发生了反射，影响测量结果。为解决此问题设计了一种非刚性接触地面仿形装置。

 

 

图1 超声波传感器模拟测量地面试验

 

 

图2 超声波测距试验结果

2、非刚性接触仿形装置设计

2.1结构原理

仿形装置由地轮，导向管a，导向管b，焊接板，压簧，长螺杆，测量基准板等组成。压簧嵌套在长螺杆上，并始终运动于两导向管之间，导向管b随着地面的起伏在导向管a内上下滑动，活动距离为335 cm，导向管a和导向管b之间连接有六角头螺栓，限制了导向管b绕长螺杆轴线方向转动的的自由度，更好的起到了导向作用。超声波传感器安装在超声波测量基准板上方，测量超声波传感器距离测量基准板的距离可以得到机具作业深度的变化。

 

 

图3 非刚性接触地面仿形装置

2.2地轮滚动模型动力分析

根据车轮在平坦地面的运动、受力和只滚不滑的条件可以列出以下方程：

 

 

 

图4 地轮滚动受力分析