单片机下施药监测系统设计与试验范文

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《机电元件》2017年第3期

摘要:以STC89C52RC单片机为核心，通过利用串行接口通信、数据库编辑处理等技术，实现简单近距离传输数据实现的农作物变量施药监测，设计形成良好给药监控系统。该设计具有数据处理及可根据收集的实时数据调整给药量的功能，且系统可以接受多种传感器，具有良好的扩展性。通过采集实时环境数据，特别是影响给药量的因素，如压力、药物流速、流量及喷嘴大小等各种影响参量，将采集数据传输至显示器，并将采集的数据储存入内存卡中，使用者可以选择以表格或图形方式查询。通过试验表明:验证了压力、速度、流量的系统测量和实际测量值，通过两者之间的相对误差，发现三者的相对误差的平均值分别为2．16%、2．15%、2．09%，误差都小于3%，可以满足农业精准变量施药的要求。该系统成本较低，操作性强，具有广泛的应用前景。

关键词:单片机;变量施药;检测系统;传感器

0引言

在当代农业的发展中，农药在农业生产中占据着非常重要的地位，出现了各种类型的农药，用量逐年上升。但是施药中，工作人员缺乏重要的安全意识，农作物及环境中的农药残留问题更是严重，对人体和环境造成非常大的危害［1］。农药在农业生产中起着非常大的推动作用，也无法避免地对四周环境和食用者产生了严重的污染和损害。人体经常食用农残过高的食物，农药在体内长期积累，严重危害着食用者的身体健康［2］。经统计:2015年水稻、小麦和玉米这三大农作物的农药利用率为36．6%，与农业发达国家还是存在很大差距;发达国家的农药利用率最高可达到60%，平均比我国高20个百分点。施药的机器、技术和观念的落后这些都是主要的影响因素［3－5］。为此，通过区分农田中作物的不同信息，然后通过变量施药，以达到精准施药的目的。工作时，通过使用多种不同传感器，实时采集施药参量数据，根据不同的信息变量精准施药［6－14］，并实时收集并长期储存施药信息。我国土地等资源利用强度很大，欧美等国家耕地层一般在35cm以上，我国大部分地区的耕地层只有15～20cm，保水保肥能力差。因此，提高化肥农药利用率，发展绿色可持续农业，使用高效科学的施药方法。本文设计基于STC89C52RC单片机的施药监测系统，利用传感器收集实时数据，数据库处理编辑储存施药参量，根据长期储存的施药参量进行变量施药，合理用药。

1试验设计

1．1设计原理

以STC89C52RC单片机为控制中心，组合信息采集器(各类传感器、单片机、SD卡数据存储模块)、信息传送模块、显示模块、电脑，以及串口通信模块等主要结构形成系统。

1．2总体设计

本设计采用STC89C52RC单片机监控整个施药监测过程。STC89C52RC单片机是STC生产的一款低耗、高性能的微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。该机型可以支持串口通信，工作电压为5．5～3．3V，代码指令可以兼容以前的型号，在传统的基础具有更强大的兼容性。该系统中使用的显示装置为液晶显示器，使用者可以设置成数字或汉字，适用多种电路。根据系统设计的其他模块的需求，采用串口电路，减少装置中的线路连接，简化安装程序。信息传送模块为用户与系统互换信息的门户，采用字母与数字结合的简单形式，使用4×4按键，共16个按键。SD卡数据库储存传感器采集的施药信息。传感器长期采集施药信息，分析施药过程，并在用户分析数据时，将前面储存的数据以图表或数字的形式输出。采用的传感器主要有数字型和模拟型两种类型:数字型传感器可将得到的信息直接与数字设施互换信息，快速读取信息;模拟型传感器提取信息速度快，处理信息的范围宽。本系统从传感器的特点和设计成本综合考虑，传感器采用数字传感器。系统以20个施药监控点为试验点，测试各个试验点的系统测量值和实际测量值的误差，通过对比验证该系统是否可行。同时，采取多个试验点验证可测试系统的稳定性，表明该系统中使用的传感器可用。

2机构组成和施药监控

2．1机构组成施药监控系统组成。以STC89C52RC单片机为核心，包括信息采集器(各类传感器、SD卡数据存储模块)、信息传送模块、显示模块、电脑以及串口通信模块等主要结构。

2．2施药监控控制

施药监控系统主要根据传感器监控施药收集施药管道中农药的流速、压力、流量等信息，将信息输送至单片机，通过单片机的分析，校正系统设置，监控施药量是否符合系统设置的数据，保证施药的准确性。

3试验与结果

3．1试验基本条件

为了试验施药监控装置可靠性和准确性，在试验田上进行试验，将本文设计的系统安装在行走的施药机械上进行速度、压力和流量等参量的试验，并对试验结果进行分析比较。

3．2试验设计

为了检测采用基于STC89C52RC单片机的施药监测系统的有效性，首先验证送药管道速度的准确性［15］，测试施药系统所在机械速度值与实际值的相对误差。

4结论

本研究对单片机的施药监测系统设计进行验证，结果表明:采用STC89C52RC单片机为控制中心的施药监测系统，完全满足农业生产需求，可实时采集施药信息，监控施药过程。该系统的目的就是为了施药精确，控制农药的使用，减少农作物内过多残留，确保喷洒的农药可以达到杀虫除草的量。试验表明:该系统可保证农药喷洒机械的正常运行，减少种植户的成本投入，减少农残对人体的危害，减轻农药对生态环境危害，在多样化种植中的变量施药有着非常大的应用价值。

参考文献:

［1］陈晓雯，方菁，周洁．我国农药使用状况和农药对健康的影响研究［J］．卫生软科学，2012(6):560－562．

［2］巨修炼．农药与食品安全［J］．农药科学与管理，2010，31(11):3－4．［3］傅泽田，祁力钧，王俊红．精准施药技术研究进展与对策［J］．农业机械学报，2007，38(1):189－192．

［4］卢秉福，张祖立，朱明，等．农业机械化发展关键影响因素的辨识与分析［J］．农业工程学报，2008，24(11):114－117．

［5］翟长远，朱瑞祥，张佐经，等．精准施药技术现状分析［J］．农机化研究，2010，32(5):9－12．

［8］王利霞，张书慧，马成林，等．基于ARM的变量喷药控制系统设计［J］．农业工程学报，2010，26(4):113－118．

［9］翟长远，朱瑞祥，随顺涛，等．车载式变量施药机控制系统设计与试验［J］．农业工程学报，2009，25(8):105－109．

［10］白晶，李坤，沈成杰，等．连续可变量喷雾系统响应特性试验［J］．农业机械学报，2010，41(9):32－35．

［11］胡开群，周舟，祁力钧，等．直注式变量喷雾机设计与喷雾性能试验［J］．农业机械学报，2010，41(6):70－74．

［12］王俊红，傅泽田，王秀，等．基于AT89C52单片机的变量喷雾控制器设计［J］．微计算机信息:测控自动化，2006，22(8):8－10．

［15］吴敏．一种基于单片机的速度测量系统［J］．微计算机信息，2008(2):94－95，87．

［16］陈敏锐，张捷．一种基于单片机的压力检测系统［J］．科技风，2008(21):63，65.

作者：孙琦 单位：廊坊市广播电视大学