基本信息
- 項目名稱：
- 玉米莖稈強度測定儀
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 為方便準確測定玉米莖稈的強度特性，本實驗設計了一種便攜式玉米莖稈強度測定儀。該儀器以STM32單片機為核心組成嵌入式控制平臺，由拉/壓力傳感器采集壓力信號，壓力曲線等結果可實時顯示或SD卡儲存。
- 詳細介紹：
- 本設計擬以STM32F103單片機為核心，利用其內帶AD采集壓力傳感器數據，并通過UCGUI進行可視化顯示。同時還可利用STM32F103單片機開發(fā)板上的USB傳輸功能實現與上位機之間的通信，由此可更方便的實現數據的讀取于操作。 根據實際機械操作以及動物在咀嚼飼料時牙齒對飼料的剪切和擠壓的力學原理，設計了玉米莖桿強度測定儀，該莖稈強度由機械和電氣兩部分組成。信息采集依靠拉/壓力傳感器和行程傳感器完成；控制器負責數據的采集處理；執(zhí)行機構由電動機和發(fā)條驅動裝置構成；人機交互界面進行數據顯示及指令讀取。 系統分電動與手動兩種控制模式。電動模式采用交流減速電動機帶動，手動模式則依靠發(fā)條驅動裝置帶動。當處于電動狀態(tài)時，交流減速電機帶動傳動軸轉動。傳動軸通過絲杠提升或下放行程托板，從而帶動傳感器跟隨刀片運動。玉米莖稈放在刀片的刀口中。當刀片運動時莖稈處于刀口與定刀片之間，由于兩者之間的相對運動從而擠壓莖稈，很好的模仿農業(yè)機械切割或者動物咀嚼切斷莖稈的動作。手動控制時將發(fā)條驅動裝置安裝在固定板上，通過過渡齒輪與傳動軸連接。實驗前先旋動手輪將發(fā)條旋緊，然后通過控制止逆機構實現系統的運動。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的： 全球玉米因倒伏而造成損失十分巨大, 而影響玉米倒伏的主要因素是莖稈的強度。因此設計出一款靈活方便既能滿足實驗室需要同時又能帶到農作物生長現場的莖稈強度測定儀。 基本思路： 以STM32F103單片機為核心，利用其內帶AD采集壓力傳感器數據，并通過UCGUI進行可視化顯示。同時還可利用STM32F103單片機開發(fā)板上的USB傳輸功能實現與上位機之間的通信。 創(chuàng)新點： （1）采用刀片、傳感器、作物莖稈的一體化設計和總體結構優(yōu)化，減小了儀器的尺寸和重量，便于在農作物生長現場進行檢測。 （2）采用計算機嵌入式控制平臺，曲線顯示直觀，降低了環(huán)境對測試結果的影響，減輕了測試的勞動強度。提高了測試精度，平均測試精度為0.84%達到并超過了測得的萬能試驗機的測試精度，信號放大器溫漂也在允許范圍內。 （3）應用范圍廣，在配備取樣器件后還可測定肉類、食品、水果等的剪切力大小，具有很好的實用性。 主要技術指標： 1 硬件系統設計 機械系統主要由刀片、交流減速電機、發(fā)條驅動裝置和拉壓力傳感器等組成。為了能在無電力能源的田間進行現場測試特設計了發(fā)條驅動裝置。 2 控制系統硬件電路 微處理機硬件系統主要由STM32單片機完成，搭配3.2寸TFT真彩屏模塊。信號放大電路由負電壓產生電路和信號放大器組成。 3 軟件系統設計 嵌入式系統由鍵功能處理、數據顯示、中斷處理、A/D轉換、數據存儲和上位機通信等模塊組成。主程序控制圖像的縮放，中斷程序進行數據的采集與處理。
科學性、先進性
- 根據實際機械操作以及動物在咀嚼飼料時牙齒對飼料的剪切和擠壓的力學原理，設計了玉米莖桿強度測定儀，該莖稈強度由機械和電氣兩部分組成。系統分電動與手動兩種控制模式。 為了能在無電力能源的田間進行現場測試特設計了發(fā)條驅動裝置。 以STM32單片機為核心組成嵌入式控制平臺，由拉/壓力傳感器采集壓力信號，壓力曲線等結果可實時顯示或SD卡儲存。 通過實驗，該莖稈強度測定模塊測試精度約為0.84%，優(yōu)于萬能試驗機的測試精度。而在測試穩(wěn)定性方面，該儀器誤差波動略大于萬能試驗機。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年6月20日，第六屆‘博創(chuàng)杯’既第二屆‘海爾軟件杯’嵌入式系統設計大賽硬件組二等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 1：實物產品 2：現場演示 3：圖片 4：樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 目前對農作物莖稈力學性能指標的研究主要依靠萬能試驗機，可做拉伸、壓縮、彎曲、剪切等實驗，但由于其體積龐大，價格昂貴且不能在無電力能源的田間進行現場測試，限制了其應用范圍。 該儀器可在田間無電力能源的條件下，通過專門設計的發(fā)條驅動裝置進行現場測試。該儀器體積小，同時使用先進的32位STM32單片機對剪切儀進行控制，大大提高了數據采集的精確性與可靠性。 應用范圍廣，在配備取樣器件后還可測定肉類、食品、水果等的剪切力大小，具有很好的實用性。
同類課題研究水平概述
- 農作物莖稈的力學性能是評價作物抗倒伏特性的重要指標，也是設計農業(yè)機械的重要參數和依據。對農業(yè)物料力學性能的研究，已發(fā)展成為一門重要的力學分支——農業(yè)物料力學。 目前對農作物莖稈力學性能指標的研究主要依靠萬能試驗機，可做拉伸、壓縮、彎曲、剪切等實驗，但由于其體積龐大，價格昂貴且不能在無電力能源的田間進行現場測試，限制了其應用范圍，為此研制了便攜式玉米莖稈強度測定儀，該儀器可在田間無電力能源的條件下，通過專門設計的發(fā)條驅動裝置進行現場測試。 該儀器體積小，同時使用先進的32位STM32單片機對剪切儀進行控制，大大提高了數據采集的精確性與可靠性。該儀器應用范圍廣，在配備取樣器件后還可測定肉類、食品、水果等的剪切力大小，具有很好的實用性。
