CN100573044C

CN100573044C - 一种收割面积测量与计费系统及方法

Info

Publication number: CN100573044C
Application number: CNB2007101753427A
Authority: CN
Inventors: 赵春江; 陈立平; 黄文倩; 孟志军; 付卫强; 王秀
Original assignee: Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture
Current assignee: Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: CN101398297A

Abstract

本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种收割面积测量与计费系统。本发明一种收割面积测量与计费系统，包括：单片机用于接收系统检测信息、外部输入信息、外部通讯信息，经运算处理通过显示器、打印机、通讯端口输出系统信息；在所述单片机上还连接有超声波测幅宽电路、测距传感器、刀头传感器、总线控制器和收发器。本发明的有益效果是，提供一种作业面积测量与计费系统。该系统能对收割幅宽进行实施测量，而且能对作业数据进行保存，也能根据需要打印出收割面积和计费结果。

Description

一种收割面积测量与计费系统及方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种收割面积测量与计费系统，该系统能完成收割机作业面积的测量，并计算出收割费用，利用微型打印机打印出计费结果。

背景技术

农机收割机在收获过程中普遍需要计算收割面积，并根据收割面积进行收费。目前，计算收割面积的主要手段是人工测量。这种测量方法往往存在测量精度差、测量速度慢的问题，更无法满足大面积作业时的需要，也容易引发经济纠纷。特别是在当前农机跨区作业普遍存在的情况下，一种简单实用的收割面积自动计费系统显得很有必要。

目前，市场上出售的作业面积测量系统，没有实时幅宽测量功能，只能设定一个固定的幅宽，这样当收割机不是满幅收割时便存在很大的误差，而收割机不是满幅收割的情况在实际收割过程中是大量存在的。这些系统都不具备作业数据保存和计费结果打印输出的功能；人机界面也较为简单，用LED数码管进行显示，显示的信息量有限；由于测量设备不具备串口或CAN总线接口扩展性较差，不能满足实际操作的需要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是为了克服现有的作业面积测量系统无法对收割幅宽进行实时测量以及不能对作业数据进行保存和打印输出的不足。

(二)技术方案

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是采用一种收割面积测量与计费系统，包括：

单片机，用于接收系统检测信息、外部输入信息、外部通讯信息，经运算处理通过显示器、打印机、通讯端口输出系统信息；

所述系统检测信息包括单片机与传感器连接，用于输入传感器检测信号；

所述外部输入信息包括单片机与存储器、复位芯片的连接，用于向单片机输入存储信息和复位信息；

所述外部通讯信息是单片机与键盘输入端、上位机输入输出端口的连接；

所述打印机与单片机的一个串行接口连接，用于打印测量结果、日志信息；

液晶显示器与单片机的并行接口连接，用于显示测量结果、日志信息；

在所述单片机上还连接有超声波测幅宽电路，测距传感器、总线控制器和收发器；

所述超声波测幅宽电路连接到单片机的管脚，用于测量物体的宽度，并将宽度信号传送给单片机；

所述测距传感器连接到单片机的管脚，用于测量移动物体行进的距离，并将距离信号传送给单片机；

所述总线控制器连接到单片机的一个总线扩展口，将收发器与所述总线控制器连接，用于扩展系统与外围设备的通讯。

本发明所述超声波测幅宽电路包括一对超声波收发器件，将所述超声波收发器件分别安装在收割机收割台左右两侧的谷物分拨器上。

本发明所述超声波收发器件分别与超声波发射电路和超声波接收电路连接，所述超声波发射电路和超声波接收电路分别与所述的单片机管脚连接。

本发明所述测距传感器采用霍尔传感器。

本发明在所述单片机上连接有存储器、存储器用于存储运算结果、作业参数和作业日志。

本发明在所述单片机上连接有时钟芯片，用于提供内部时间基准和计时。

本发明在所述单片机上连接有温度传感器，用于检测环境温度，通过单片机对超声波信号进行温度补偿。

本发明在所述单片机上连接有键盘，用于输入作业参数。

本发明所述存储器、时钟芯片、温度传感器、键盘通过单片机的另一个总线扩展口与单片机连接。

(三)有益效果

本发明的有益效果是，提供一种作业面积测量与计费系统。该系统能对收割幅宽进行实时测量，而且能对作业数据进行保存，也能根据需要打印出收割面积和计费结果。人机接口方面采用了汉字液晶显示器和键盘，并扩展有串口和CAN总线接口便于系统集成。利用超声波传感器对收割幅宽进行实时测量，并对超声波声速进行温度补偿，使面积测量精度大大提高；对作业信息进行保存和打印输出，使系统具有较高的实用价值；人机接口友好，有完善的通讯接口，便于扩展。这种收割面积测量与计费系统具有结构简单、操作方便和低成本的特点。

附图说明

图1是本发明电路原理框图；

图2是本发明超声波幅宽测量原理图；

图3是本发明扩展接口存储器和温度传感器电路原理图；

图4是本发明CAN总线接口电路原理图。

图5是本发明液晶和键盘接口电路原理图；

图6是本发明控制程序流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，为本发明所提供的电路原理框图。采用Winbond公司生产的W77E58单片机作为主控制器。控制器通过I²C接口扩展了存储器、时钟芯片、温度传感器和键盘接口芯片。W77E58具有两个串口，其中一个串口用于控制微型打印机，另一个串口用于扩展系统通讯接口。系统采用独立CAN总线控制器SJA1000，外加一片收发器82C250实现CAN总线通讯接口与上位机或其他外围设备的连接，便于与其他具有CAN通讯接口的设备互联。

如图2所示为超声波幅宽测量原理图。在收割机割台左右两边的谷物分拨器上各安装一对超声波收发器件。单片机P2.3和P2.6引脚输出40kHz的方波信号，经发射放大电路放大后加载到超声波换能器的两端，以提高超声波的发射强度。超声波接发器件接收超声波回波时，因回波信号较弱，需要经过两级放大电路和一级比较器电路进行调理。回波信号将触发单片机的中断引脚/INT4和/INT5，从而停止定时器计数。这样便可以通过发射和接收的时间间隔来计算幅宽。

如图3所示为I²C接口存储器和温度传感器电路原理图。I²C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它通过串行数据线(SDA)及串行时钟线(SCL)，两线在连接到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。在系统中利用单片机引脚P1.0和P1.1模拟IIC的总线时序。系统中扩展了两片EEPROM存储器，其中CAT24C04用于保存作业参数，CAT24C256则用于保存作业数据，单片机完成对存储器的寻址和读写。温度传感器采用LM75A，单片机通过I²C总线读取其温度值。

如图4所示为CAN总线接口电路原理图。微控制器W77E58负责SJA1000的初始化，并且在正常工作模式下，由微控制器控制SJA1000的收发操作来完成与总线的通信。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0引脚通过高速光耦6N137后与82C250相连，这样可以很好地实现总线上各CAN节点间的电气隔离。

如图5所示为液晶和键盘接口电路原理图。考虑到系统I/O口资源有限，采用专用的I²C总线键盘芯片ZLG7290，其最大可扩展64个按键。在本系统中用到了15个，如过需要可以进行扩展。液晶显示器采用可显示两行汉字的模块12232F，采用并行接口方式。

本发明所述系统包含一个完整的不可分割的控制程序，其流程图如图6所示。其具体的工作过程如下：上电复位后，系统首先进行自身的初始化，初始化单片机、I²C接口、LCD、打印机和串口/CAN总线通讯，然后读取保存在CAT24C04中的作业参数如幅宽、单价、车轮半径、磁钢个数和作业序号等。正确读取完参数后，系统判断用户是否按下“开始”键，若是则开始超声波幅宽测量和行走距离测量，利用测得的行走距离乘以当前的幅宽计算单位时间内的收割面积，并对收割面积进行累加，记录作业开始时的日期和时间；测量得到的幅宽和当前已收割的面积都实时显示在LCD上。当作业完成后，用户按“结束”键，系统将通过收割总面积乘以单价计算总费用，并记录下结束时的日期和时间，总面积、总费用和起止日期和时间都将保存在CAT24C256中。当用户按下“打印”键，则可以打印出当前的收割面积和计费结果。当用户按下“查询”键，则可以对历史数据进行浏览和查询，也可以打印输出。当用户按下幅宽、单价、车轮半径和磁钢个数等参数修改按键时，系统将调用相应的参数修改子程序，并对修改结果进行保存。

本发明收割面积测量与计费系统的工作原理是，在收割机割台左右两边的谷物分拨器上各安装一对超声波收发器件。幅宽测量开始时，单片机驱动超声波发射装置发出一束超声波的同时启动定时器，当超声波遇到谷物时被反射回去，单片机接收到返回信号后立即停止定时器计数。超声波在空气中的传播速度是已知的，这样只要计算出超声波往返所花的时间，就可以计算出谷物分拨器到谷物边沿的距离，收割机幅宽减去计算得到的两边的距离便是实际的收割幅宽，计算公式如下：

W_{r} = W_{i} - \frac{C * (T_{R} + T_{L})}{2}

公式中，W_r为实际幅宽，W_i为收割机幅宽，C为超声波的传播速度，T_L和T_R为左右两路超声波往返所花的时间。超声波在空气中的传播速度受温度的影响，系统中扩展了温度传感器来补偿超声波声速在不同温度下造成的误差。

为解决数据保存和打印的问题，系统中配置了两片I²C接口的EEPROM存储器和串口的微型打印机。一片512字节的CAT24C04用于存储作业相关的参数如幅宽、单价、车轮半径、磁钢个数、作业序号、用户名和电话号码等信息，这些参数可以通过键盘进行修改和设置。另外一片32K字节的CAT24C256用于保存作业数据，作业数据包括：此次收割的起始时间、总收割时长、收割总面积、收割单价和收割总费用；每次作业完成后都将记录这些信息，这些信息可以随时进行查询；也可以通过微型打印机打印输出，作为收费的凭据。

系统中扩展了15个按键和可显示2行15个汉字的液晶显示器进行相关参数的设置和显示；同时扩展了串口和CAN总线接口，便于与其他设备进行通讯。

Claims

1、一种收割面积测量与计费系统，包括：

其特征在于：

在所述单片机上还连接有超声波测幅宽电路、测距传感器、总线控制器和收发器；

所述超声波测幅宽电路连接到单片机的管脚，用于测量物体的宽度，并将宽度信号传送给单片机，所述超声波测幅宽电路包括一对超声波收发器件，所述超声波收发器件分别安装在收割机收割台左右两侧的谷物分拨器上；

2、如权利要求1所述的收割面积测量与计费系统，其特征在于：所述超声波收发器件分别与超声波发射电路和超声波接收电路连接，所述超声波发射电路和超声波接收电路分别与所述的单片机管脚连接。

3、如权利要求1所述的收割面积测量与计费系统，其特征在于：所述测距传感器采用霍尔传感器。

4、如权利要求1所述的收割面积测量与计费系统，其特征在于：在所述单片机上连接有存储器，存储器用于存储运算结果、作业参数和作业日志。

5、如权利要求1所述的收割面积测量与计费系统，其特征在于：在所述单片机上连接有时钟芯片，用于提供内部时间基准和计时。

6、如权利要求1所述的收割面积测量与计费系统，其特征在于：在所述单片机上连接有温度传感器，用于检测环境温度，通过单片机对超声波信号进行温度补偿。

7、如权利要求1所述的收割面积测量与计费系统，其特征在于：在所述单片机上连接有键盘，用于输入作业参数。

8、如权利要求4至7任一权利要求所述的收割面积测量与计费系统，其特征在于：所述存储器、时钟芯片、温度传感器、键盘通过单片机的另一个总线扩展口与单片机连接。