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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 玉米莖稈強(qiáng)度測定儀
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 為方便準(zhǔn)確測定玉米莖稈的強(qiáng)度特性，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一種便攜式玉米莖稈強(qiáng)度測定儀。該儀器以STM32單片機(jī)為核心組成嵌入式控制平臺(tái)，由拉/壓力傳感器采集壓力信號(hào)，壓力曲線等結(jié)果可實(shí)時(shí)顯示或SD卡儲(chǔ)存。
- 詳細(xì)介紹：
- 本設(shè)計(jì)擬以STM32F103單片機(jī)為核心，利用其內(nèi)帶AD采集壓力傳感器數(shù)據(jù)，并通過UCGUI進(jìn)行可視化顯示。同時(shí)還可利用STM32F103單片機(jī)開發(fā)板上的USB傳輸功能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信，由此可更方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取于操作。 根據(jù)實(shí)際機(jī)械操作以及動(dòng)物在咀嚼飼料時(shí)牙齒對飼料的剪切和擠壓的力學(xué)原理，設(shè)計(jì)了玉米莖桿強(qiáng)度測定儀，該莖稈強(qiáng)度由機(jī)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集處理；執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)和發(fā)條驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成；人機(jī)交互界面進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及指令讀取。 系統(tǒng)分電動(dòng)與手動(dòng)兩種控制模式。電動(dòng)模式采用交流減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，手動(dòng)模式則依靠發(fā)條驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)。當(dāng)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，交流減速電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)軸通過絲杠提升或下放行程托板，從而帶動(dòng)傳感器跟隨刀片運(yùn)動(dòng)。玉米莖稈放在刀片的刀口中。當(dāng)?shù)镀\(yùn)動(dòng)時(shí)莖稈處于刀口與定刀片之間，由于兩者之間的相對運(yùn)動(dòng)從而擠壓莖稈，很好的模仿農(nóng)業(yè)機(jī)械切割或者動(dòng)物咀嚼切斷莖稈的動(dòng)作。手動(dòng)控制時(shí)將發(fā)條驅(qū)動(dòng)裝置安裝在固定板上，通過過渡齒輪與傳動(dòng)軸連接。實(shí)驗(yàn)前先旋動(dòng)手輪將發(fā)條旋緊，然后通過控制止逆機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 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(qiáng)度。因此設(shè)計(jì)出一款靈活方便既能滿足實(shí)驗(yàn)室需要同時(shí)又能帶到農(nóng)作物生長現(xiàn)場的莖稈強(qiáng)度測定儀。 基本思路： 以STM32F103單片機(jī)為核心，利用其內(nèi)帶AD采集壓力傳感器數(shù)據(jù)，并通過UCGUI進(jìn)行可視化顯示。同時(shí)還可利用STM32F103單片機(jī)開發(fā)板上的USB傳輸功能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信。 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）采用刀片、傳感器、作物莖稈的一體化設(shè)計(jì)和總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減小了儀器的尺寸和重量，便于在農(nóng)作物生長現(xiàn)場進(jìn)行檢測。 （2）采用計(jì)算機(jī)嵌入式控制平臺(tái)，曲線顯示直觀，降低了環(huán)境對測試結(jié)果的影響，減輕了測試的勞動(dòng)強(qiáng)度。提高了測試精度，平均測試精度為0.84%達(dá)到并超過了測得的萬能試驗(yàn)機(jī)的測試精度，信號(hào)放大器溫漂也在允許范圍內(nèi)。 （3）應(yīng)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(shí)用性。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)主要由刀片、交流減速電機(jī)、發(fā)條驅(qū)動(dòng)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(jìn)行現(xiàn)場測試特設(shè)計(jì)了發(fā)條驅(qū)動(dòng)裝置。 2 控制系統(tǒng)硬件電路 微處理機(jī)硬件系統(tǒng)主要由STM32單片機(jī)完成，搭配3.2寸TFT真彩屏模塊。信號(hào)放大電路由負(fù)電壓產(chǎn)生電路和信號(hào)放大器組成。 3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 嵌入式系統(tǒng)由鍵功能處理、數(shù)據(jù)顯示、中斷處理、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和上位機(jī)通信等模塊組成。主程序控制圖像的縮放，中斷程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 根據(jù)實(shí)際機(jī)械操作以及動(dòng)物在咀嚼飼料時(shí)牙齒對飼料的剪切和擠壓的力學(xué)原理，設(shè)計(jì)了玉米莖桿強(qiáng)度測定儀，該莖稈強(qiáng)度由機(jī)械和電氣兩部分組成。系統(tǒng)分電動(dòng)與手動(dòng)兩種控制模式。 為了能在無電力能源的田間進(jìn)行現(xiàn)場測試特設(shè)計(jì)了發(fā)條驅(qū)動(dòng)裝置。 以STM32單片機(jī)為核心組成嵌入式控制平臺(tái)，由拉/壓力傳感器采集壓力信號(hào)，壓力曲線等結(jié)果可實(shí)時(shí)顯示或SD卡儲(chǔ)存。 通過實(shí)驗(yàn)，該莖稈強(qiáng)度測定模塊測試精度約為0.84%，優(yōu)于萬能試驗(yàn)機(jī)的測試精度。而在測試穩(wěn)定性方面，該儀器誤差波動(dòng)略大于萬能試驗(yàn)機(jī)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)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(tǒng)設(shè)計(jì)大賽硬件組二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 1：實(shí)物產(chǎn)品 2：現(xiàn)場演示 3：圖片 4：樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 目前對農(nóng)作物莖稈力學(xué)性能指標(biāo)的研究主要依靠萬能試驗(yàn)機(jī)，可做拉伸、壓縮、彎曲、剪切等實(shí)驗(yàn)，但由于其體積龐大，價(jià)格昂貴且不能在無電力能源的田間進(jìn)行現(xiàn)場測試，限制了其應(yīng)用范圍。 該儀器可在田間無電力能源的條件下，通過專門設(shè)計(jì)的發(fā)條驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行現(xiàn)場測試。該儀器體積小，同時(shí)使用先進(jìn)的32位STM32單片機(jī)對剪切儀進(jìn)行控制，大大提高了數(shù)據(jù)采集的精確性與可靠性。 應(yīng)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(shí)用性。
同類課題研究水平概述
- 農(nóng)作物莖稈的力學(xué)性能是評(píng)價(jià)作物抗倒伏特性的重要指標(biāo)，也是設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要參數(shù)和依據(jù)。對農(nóng)業(yè)物料力學(xué)性能的研究，已發(fā)展成為一門重要的力學(xué)分支——農(nóng)業(yè)物料力學(xué)。 目前對農(nóng)作物莖稈力學(xué)性能指標(biāo)的研究主要依靠萬能試驗(yàn)機(jī)，可做拉伸、壓縮、彎曲、剪切等實(shí)驗(yàn)，但由于其體積龐大，價(jià)格昂貴且不能在無電力能源的田間進(jìn)行現(xiàn)場測試，限制了其應(yīng)用范圍，為此研制了便攜式玉米莖稈強(qiáng)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(shè)計(jì)的發(fā)條驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行現(xiàn)場測試。 該儀器體積小，同時(shí)使用先進(jìn)的32位STM32單片機(jī)對剪切儀進(jìn)行控制，大大提高了數(shù)據(jù)采集的精確性與可靠性。該儀器應(yīng)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(shí)用性。
