摘 要: 随着精细农业的发展,精量施肥装置成为农机研究必不可少的一部分。排肥器是精量施肥装置的核心部件，因此，对排肥器性能的测试也显得尤为重要。为实现对各种排肥器的性能测试，通过对排肥器主要性能的研究，设计开发了以PC机为平台，以单片机为核心的排肥器试验台的智能控制系统。对系统的硬件组成和人机交互界面的软件设计进行了介绍。结果表明，系统实现了对排肥器几个重要性能的精确测试并输出测试参数，为排肥器的改良设计提供数据。
关键词: 排肥器；性能测试；智能控制；
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0引言
近年来，随着生态环境的不断恶化，精量施肥技术越来越受到大家的关注
[1]。精量施肥技术
[78]是精细农业在施肥上的具体应用，是实施精细农业的重要内容之一。它主张根据小尺度田块之间的地力和作物长势差异，施以不同数量和肥份配比的肥料，从而减少用肥量以及提高肥料利用率，并从整体上减轻水源污染。排肥器是精量排肥装置的核心部件，其性能是精量施肥的关键。排肥器性能试验是农机测试的重要组成部分，也是研制和开发新型精量排肥器不可缺少的重要环节。如何正确地检测排肥器的性能是保证精量施肥的措施之一，也是确保研制精量排肥器的关键。目前，国内外在精量排肥器的性能检测方法和手段上开展了大量的研究，为精量排肥器的改良设计提供了宝贵依据。
1系统硬件结构组成
该系统由Cygnal C8051单片机、超声波测距传感器、压力传感器、步进电机、转矩传感器、计算机、打印机等部件组成，总体结构如图1所示。
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Fig.1 The systematic structure of hardware
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1.1 Cygnal C8051单片机Cygnal C8051单片机与标准的8051单片机全兼容，并且具有新的功能。系统选择它的主要原因是它具有如下特点：3~5个通用16位定时器，16位可编程定时器/计数器列阵（PCA），可用于PWM波发生器；8~64个通用I/O口，8~64KB FLASH内部程序存储器
[2] 。
本系统采用了定时器0作为定时中断扫描转距传感器实时数据，定时器1作为定时中断扫描测距传感器实时数据，定时器3作为定时中断扫描压力传感器实时数据，定时器2作为16位的波特率发生器。使用PWM波发生器调节步进电机的速度，代替了标准的8051单片机以牺牲机时来换取的通过仿真PWM口和查表法的方式对电动机进行控制。
1.2测距传感器
测距传感器在本系统中的主要作用是检测肥箱内肥料高度的实时变化情况。目前，常用的测距方式主要有超声波测距、红外测距和激光测距。超声波测距的优点是比较耐脏污，即
使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用，但其缺点是精度较低，且成本较高。红外测距的优点是便宜、易制、安全，缺点是精度低、距离近、方向性差。
本系统采用了激光测距传感器，其优点是测试距离适中，在短距离测试中数值精确。
1.3 压力传感器
通过单片机对压力传感器数据的实时采集，可以得到实际的排肥量。之后通过对数据的分析可以知道排肥量的均匀性。
压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器及谐振式压力传感器等。本系统采用了应用广泛的压电传感器，其具有较高的精度和良好的线性特性。
1.4 转矩传感器
转矩是工程机械动力传动系统重要的性能参数之一
[3]。在测试排肥器性能时需考虑排肥器在空转时，对传动装置的转矩进行测试，来判断是否达到国标要求。中华人民共和国机械行业标准：未装肥料时单个排肥器轴在10N·m力矩作用下应转动灵活
[4] 。
常见的电动机转矩测试方法
[5]有: 电涡流测功器、电动测功机和磁粉制动器。本系统采用了磁粉制动器转矩传感器，其结构简单，使用方便，准确度高，对测试中、小型电动机转矩十分合适。
1.5 步进电机
步进电机大概可以分为永磁式步进电机、反应式步进电机和混合式步进电机。本系统采用了混合式步进电机，它具有体积较小，可实现大转矩输出等优点。通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度，以模拟机具在田间作业时的实际情况，从而达到测试排肥器是否受机具行进速度影响的目的。
< >计算机
Y
本系统主要进行对排肥器三个主要性能指标：转矩、均匀性、精确度进行测试。排肥器的均匀性是指在肥量一定时由排肥管流出的肥料是否始终一致；排肥器的精确度是指在某一确定的肥量下根据步进电机的转数模拟出来的机具行走距离与理论上机具应走的距离之间的比值。它们的检测是同时进行的，因此把这两个性能指标放在同一模块。系统用二个模块分别来完成排肥器三个主要性能指标的测试,分别为转矩测试模块、均匀性检测和精确度检测模块。2.1转矩测试模块
转矩测试是指排肥器空转时所需的转矩大小，和肥料的种类及排肥量大小无关，也是排肥器性能系统检测的首要任务。为了避免测试工作的繁琐与重复，把它设计为测试工作的第一步。用户点击转矩测试菜单启动执行，系统在接到该指令后，上位机通过串行通讯把指令传给单片机，单片机调用转距测试程序，并通过定时器0的定时中断扫描把测得的数据实时传给上位机，计算机通过数据处理程序把最终的转矩测试结果显示出来，或者通过打印机打印出来。程序流程图如图2所示。
2.2均匀性检测和精确度检测模块
在此模块中，测试的结果有以下几个方面：< >排肥器的通用性，是指排肥器能否适用于面状、粉状、颗粒状等各种肥料。排肥器不受地形、机具行进速度等因素的影响。排肥器能适应各种排肥量的要求。排肥器能精确定位各种排肥量。
N
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开始
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设定肥料截止高度
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电机转动
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是否达到截止高度
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结束
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扫描压力传感器
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开定时器1中断
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开定时器3中断
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关定时器中断1
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关定时器中断3
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延时
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压力是
否增加
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扫描测距传感器
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图4
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Fig.4
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程序。首先测试此时肥料的高度，并根据要求计算出肥料下落的截止高度，根据前面设定的步进电机的速度并启动，定时器3的溢出中断则把压力传感器的值读出并传送给计算机，对此数据流进行分析，便可得到排肥器在此状态下的均匀性，通过对步进电机所转圈数的计算和分析可能得到排肥量控制误差。程序流程图如图4所示。
3结论
1) 系统通过对排肥轴转矩的测试来判断排肥器是否达到了国家规定的标准，从而为排肥器的进一步改进提供依据。
2)对采集到的压力传感器的数据，系统运用二次插值等数据分析的方法进行分析处理，进而来判断排肥量的均匀性，并通过对数据的图像化描述再现了排肥的实际流量效果。
3) 系统通过对排肥器的肥量调节装置的测试，给出了调节装置的误差值，为改进设计排肥器提供了性能依据。
4）本系统采用了可视化的软件设计，操作简单，实用性强。
参考文献：
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[2] 王晓明.电动机的单片机控制[M].北京航空航天大学出版社,2002.
[3] 牛跃听.单片机在工程机械转矩测试中的应用[J].工程机械,2008,5.39.5-9.
[4] 中华人民共和国机械行业标准. JB/T 9783-1999.
[5] 胡培钧.小型电动机转矩测试台的研制[J]. 浙江丝绸工学院学报，1996，9．13(4).25-28.
[7] 曲桂宝, 田耘. 变量施肥的实现过程及其发展前景 [J]. 中国农机化, 2005,(4):50-52.
[8] 李春亮 ，朱星贤,余泳昌. 施肥机料斗结构参数对排肥质量的影晌 [J]. 农业装备技术,2008.4,34(2):14-17.
Design and Research on Intelligent Control System of Fertilizer Apparatus Performance Test
Abstract: With the development of Precision Farming, the Precision Fertilization device has become an imperative part of agriculture machinery researching. Fertilizer feed is the crucial part of precision fertilization device. Therefore it is especially important to test the performance of fertilizer feed. In order to test the performance of various fertilizer feeds, this paper designs an intelligent testing fertilizer apparatus system, which is based on singlechip controlling in the computer platform. The structure of hardware and software, which includes interactive interface between people and the computer in this system, was introduced. These results suggested the system can both accurately test the several key performances of fertilizer apparatus and output tested performance parameter. Furthermore, this system provides evidence for improving design of fertilizer apparatus.
Keywords: fertilizer apparatus; performance test; intelligent control;
