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1、玉米脱粒机-软件设计摘要在玉米的生产过程中，玉米的收获工作是很关键的一部分，而在玉米收获工作过程中，玉米脱粒就是至关重要的一个环节。因此针对现今的玉米脱粒机仍存在破碎率高、脱净率低等问题，我们设计了一款低破碎率、高脱净率的玉米脱粒机。为了提高玉米脱粒机的脱净率，降低破碎率，本文介绍了玉米脱粒机的的背景和分析了国内外玉米脱粒机的发展现状，然后使用ProteUS软件对本次玉米脱粒机设计进行电路图设计和进行电路仿真，并运用AT89C51单片机对本次设计进行了程序设计。经过一系列的研究设计和改进，最终设计出来的玉米脱粒机达到我们所希望的要求。关键词：玉米脱粒机；AT89C51;电路设计；程序设计；转速
2、；间隙ComThresher-SoftwareDesignAbstractIntheprocessofcornproduction,cornharvestingisaveryimportantpart,andintheprocessofcornharvesting,cornthreshingisacrucialIinkThereforeJnviewoftheproblemsofthepresentcornthresher,suchashighcrushingrateandlownetremovalrate,wedesignedacornthresherwithlowcrushingratean
3、dhighnetremovalrate.Inordertoimprovethecleanrateofcornthresherandreducethecrushingrate,thispaperintroducesthebackgroundofcornthresherandanalyzesthedevelopmentstatusofcornthresherathomeandabroad,thenusesProteusSoftwaretodesignthecircuitdiagramandsimulatethecircuitofthiscornthresherdesign,andusesAT89C
4、51singlechipmicrocomputertoprogramthedesign.Afteraseriesofresearch,designandimprovement,thefinaldesignofcornthreshermeetstherequirementswewant.Keywords:CornThresher;AT89C51;CircuitDesign;Programming;Speed;Clearance目录L前言11.1 设计的目的及意义11.2 国内外玉米脱粒机的发展概况21.2.1 玉米脱粒机的概况21.2.2 国外玉米脱粒机的发展概况51.2.3 国内玉米脱粒机的发
5、展概况61.2.4 玉米脱粒机存在的问题613研究内容61.4 设计路线61.5 本章小结72 .玉米脱粒机控制系统的设计82.1 控制器的选择82.1.1 AT89C51介绍82.1.2 AT89C51引脚介绍82.2 相关参数的确定92.2.1 EDEM软件介绍92.2.2 确定相关参数92.3 控制系统流程122.4 本章小结123 .电路图的设计133.1 设计软件的介绍133.2 电路设计133.2.1 单片机电路设计133.2.2 电机转速控制电路设计143.2.3 脱粒间隙控制电路设计153.2.4 显示器电路设计163.2.5 按键电路设计173.2.6 复位电路设计173.2
6、.7 时钟电路设计183.3 本章小结194 .程序的编写204.1 编程软件的介绍204.2 程序设计204.2.1 主程序设计214.2.2 显示器程序设计224.3 本章小结225 .结论与展望235.1 结论235.2 展望23参考文献25谢辞27附录281.前言1.1 设计的目的及意义从古至今，农业一直都是人类的衣食之源、生存之本，世界上无论哪个国家都十分重视农业。随着机械自动化的发展，各行各业都开始实行机械化生产，农业也并不例外。因此对于农业机械的研究开发和利用是现阶段全世界都关注的科技研究。只有提高了农业的机械化，才能提升农业的产量、提高经济收入、改善农业生产经营等。现今我国正处
7、于农业机械化的起步状态，因此农业机械的研究开发是我国目前比较重视的一项科技研究，有着相对可观的市场。玉米是一种禾本科的一年生草本植物，而它的发源地是墨西哥及中美洲。经过一系列的推广和传播，到了现在玉米是世界上最重要的粮食之一，并在全世界范围内广泛种植。目前玉米是全世界粮食作物中总产量是最高的，并且其总种植面积也十分广。玉米是重要的能源作物，是食品、医疗卫生、轻工业、化工业等的必不可少的原料之一，它还是畜牧业、养殖业、水产养殖业等重要的饲料来源。中国是一个农业粮食大国，并且玉米的比重远远超过其他主要的粮食作物，已经连续很多年成为我国生产量第一的粮食作物。目前我国的玉米种植面积超过三亿亩，并且在全
8、国三十一个省、区、市都有广泛种植，而且其发展十分迅速，其产量也一直变大，所以对玉米的收获作业的任务量也越来越重。虽然近几年我国的玉米收获的机械化水平有所提升，但是还是比较落后的，相对于国外或者国内其他粮食的机械化水平还是有所差距。在玉米收获作业中，最重要的部分无非就是脱粒过程。但目前我国范围内的玉米脱粒质量水平仍然很低，玉米脱粒机类型也很少，并且发展速度也比较慢，导致破碎率高、脱净率低等问题，给农民造成严重的经济损失。因此设计一款能够适应现在的生产环境、提高生产率和降低破碎率的玉米脱粒机是目前所有农机工作者关心的焦点。本次设计针对这一问题，对相关的玉米脱粒机进行了研究和改进。1.2 国内外玉米
9、脱粒机的发展概况1.2.1 玉米脱粒机的概况国外对于玉米脱粒机的研究时间比较早，到现在已经有两百多年的发展历史，研究的成果也比较多，而中国的研究开始得比较晚，并且成果也不多。随着玉米脱离技术的发展，目前玉米脱粒机类型也各种各样。根据脱粒装置的脱粒原理、相对滚筒的运动方向、脱粒元件等的不同，可以分成很多不同种类的玉米脱粒机。目前比较常见的玉米脱粒机的种类如表LI所示。表1.1玉米脱粒机种类玉米脱粒机种类按脱粒原理打击式玉米脱粒机碾压式玉米脱粒机挤搓式玉米脱粒机搓擦式玉米脱粒机差速式玉米脱粒机按相对滚筒的运动方向切流型玉米脱粒机轴流型玉米脱粒机圆柱螺旋型玉米脱粒机平面螺旋型玉米脱粒机圆锥螺旋型玉米
10、脱粒机按脱粒元件纹杆式玉米脱粒机钉齿式玉米脱粒机板齿式玉米脱粒机按脱粒方式烂芯玉米脱粒机不烂芯玉米脱粒机按进料口的数量单管玉米脱粒机双管玉米脱粒机四管玉米脱粒机多管玉米脱粒机具体介绍以下几种比较常见的种类：(1)打击式玉米脱粒机这种玉米脱粒机是利用冲击原理进行脱粒，靠脱粒部分的冲击力使玉米粒与玉米轴芯分离。因此滚筒转速和脱粒元件的冲击力是控制脱粒效率的关键。这种脱粒机效率高，脱净率高，但对玉米籽粒的损伤很大，轴芯严重断裂。打击式玉米脱粒机装置如图L1所示。图Ll打击式玉米脱粒机装置(2)碾压式玉米脱粒机这种玉米脱粒机利用碾压原理进行脱粒：玉米籽粒与芯棒在脱粒时会出现横向相对位移，从而破坏两者之
11、间的连接力，使玉米籽粒与芯棒分离。在此种原理下的玉米脱粒机，其玉米籽粒的损伤会比较小，但是其工作效率很低，并且当投入较多的玉米时，易导致滚筒堵塞。碾压式玉米脱粒机装置如图1.2所示。图1.2碾压式玉米脱粒机装置(3)差速式玉米脱粒机这种玉米脱粒机利用两个滚筒之间的差动旋转来进行脱粒。该脱粒机脱净率高，玉米棒不会破碎，不过工作效率不高。差速式玉米脱粒机装置如图1.3所示。图1.3差速式玉米脱粒机装置(4)切流型玉米脱粒机这种玉米脱粒机是靠玉米棒在脱粒滚筒中作圆周运动，从而使玉米籽粒和轴芯分离。切流型玉米脱粒机装置简图如图1.4所示。图1.4切流型玉米脱粒机装置简图(5)轴流型玉米脱粒机玉米棒在这
12、种玉米脱粒机中会受到两个力：旋转力和轴向力，并且能够工作很久，从而实现脱粒。其主要脱粒结构不仅影响脱粒质量和生产效率，还在玉米脱粒分离和清芯中起着重要作用。因为此类玉米脱粒机的工作效率十分高，所以目前大部分人都在使用这种玉米脱粒机对玉米进行脱粒。轴流型玉米脱粒机装置简图如图1.5所示。图1.5轴流型玉米脱粒机装置简图(6)平面螺旋型玉米脱粒机这种玉米脱粒机的玉米棒首先投进脱粒滚筒，然后在脱粒滚筒的旋转离心力和与脱粒部分作用力两个力下进行脱粒，然后由内向外作平面螺旋运动，线速度增大，脱粒强度增大，最后径向排出。平面螺旋型玉米脱粒机装置简图如图1.6所示。图L6平面螺旋型玉米脱粒机装置简图(7)圆
13、锥螺旋型玉米脱粒机这种脱粒机集圆柱和平面螺旋型玉米脱粒机的长处于一身：玉米棒在此玉米脱粒机的滚筒中运动时，不仅受到轴向力，而且受到径向力，还受到圆周切向力。除此之外玉米棒在此种脱粒机的脱粒滚筒中受打击的路程比较远，并且随着玉米棒的运动，玉米棒接触到的脱粒滚筒半径也会随之变化，还有其线速度不断增加，脱粒强度也逐渐增强，实现变速脱粒。不仅如此，此种脱粒机装置的尺寸要比另外两种脱粒机装置都要小。圆锥螺旋型玉米脱粒机装置简图如图1.7所示。图1.7圆锥螺旋型玉米脱粒机装置简图(8)钉齿式玉米脱粒机这种脱粒机脱粒原理是轴流式旋转工作，用钉齿摩擦玉米棒，并用玉米棒摩擦齿侧、齿顶、凹弧面完成脱粒。钉齿式玉米
14、脱粒机装置简图如图1.8所示。图1.8钉齿式玉米脱粒机装置简图1.2.2 国外玉米脱粒机的发展概况有关玉米脱粒装置的发明，外国起步得非常早，至今已经有两百多年的历史了。1785年，安德鲁米克尔发明了以钉齿结构为脱粒元件的脱粒装置，这也是世界上第一台回转滚筒脱粒装置。从那以后，人们就开始进行相关的研究发明。十九世纪初，人们研究出了第一台手动玉米脱粒机。1921年世界上第一台玉米联合收获机诞生，并且经过后人不断的改进，逐渐被人们使用起来。1939年美国发明了第一台自走式玉米联合收获机，并且通过十几年的发展和推广，美国在二十世纪五十年代就已拥有700000多台自走式玉米收获机。在二十世纪六十年代的时
15、候，一些机械化水平比较高的国家已经全部用机械进行玉米的收获。1.2.3 国内玉米脱粒机的发展概况我国玉米收获机研究技术起步比较晚，从上世纪五十年代开始引入国外的玉米收获机，并进行仿制改造。1957年我国第一台玉米联合收获机在北京农业机械厂研究发明出来。但是因为其损失实在是太大了，所以一直并没有被推广使用；1961年新疆兵团农业机械化研究所和生产单位合作对牵引式北京号康拜因进行改装直接收获玉米籽粒进行了一系列研究，并进行了大面积的生产试验；1969年东北农学院研制出大型的轴流型滚筒脱粒机，并试验出不同条件下对不同脱粒作物的影响；二十世纪九十年代以后，小麦联合收获机的飞速发展刺激了玉米收获机的发展
16、，我国先后研制出新型收获机，使玉米收获机械化进入一个新的阶段。1.2.4 玉米脱粒机存在的问题通过上述对玉米脱粒机的国内外的发展现状可以得知，目前的玉米脱粒机研究仍然不成熟。虽然目前我国在此方面取得一定的进步和成果，但对玉米脱粒机的的研究还是比较少，并且在提高脱净率和降低破碎率等方面还有待更多的优化与创新。L3研究内容本文以在保障生产率的情况下，提高玉米脱粒机的脱净率，并且同时以降低脱粒时的破碎率和含杂率为目标，设计一款挤搓式螺旋板齿玉米脱粒机。本文主要用AT89C51单片机、ProteUS软件等对此款玉米脱粒装置进行编程、电路设计、仿真等研究工作。1.4设计路线本次设计的设计路线如图L9所示
17、。图1.9设计路线1. 5本章小结(1)说明了本次设计的目的及意义；(2)列举了比较常见的玉米脱粒机；(3)简述了玉米脱粒机的国内外现状，通过对比得出我国玉米脱粒机仍处于发展阶段，仍有很大的市场；(4)最后提出本设计的研究内容和设计路线。2,玉米脱粒机控制系统的设计1.1 控制器的选择本次设计选用的AT89C51型单片机是世界著名半导体公司一ATMEL公司AT89系列的产品之一。本系列单片机是以8051核构成的，因此它能与8051系列单片机兼容。而且此有功耗低、性能高、指令简单、性价比高、无方向寄存器、IO口操作简单等优点。2. L1AT89C51介绍AT89C51是一种低功耗、高性能、带4K
18、字节FlaSh存储器的CMoS8位的微处理器，而且其可擦除只读存储器能反复擦除上千次，便于系统的开发以及参数的修改。尽管它是8位单片机，但是其高密度、非易失性存储器技术生产，芯片具有8位中央处理器和FlaSh存储单元，所以能够满足相关系统的设计要求，并且可灵活运用在各种控制领域。AT89C51单片机的内设和外设资源十分丰富，具有4k字节FlaSh闪速存储器，256字节片内数据存储器，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，5向量两级中断结构，全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，其可降到OHz的静态逻辑运算，并支持两种软件可选省电操作。暂停时CPU不运行，而RAM等组件会一直运行。电
19、源关闭时保留RAM的内容，但振荡器不运行，所有其他组件也不运行，直到下一个设备重新启动。AT89C51实体图如图2.1所示。图2.1AT89C51实体图3. 1.2AT89C51引脚介绍AT89C51总共有40个引脚，包括8个P0、8个P1、8个P2、8个P3、RST复位输入、PSEN读取外部信号、ALE/PROG地址锁存用、EA/VPP外部程序存储器、XTALl振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端、XTAL2振荡器反相放大器的输出端、VCC供电电压、GND接地等引脚。而P3口还有特殊的功能，P3特殊功能见附录1表。AT89C51引脚图如图2.2所示。图2.2T89C51引脚图2.2 相
20、关参数的确定2.2.1 EDEM软件介绍EDEM软件是一个用离散元法来模拟和分析颗粒的计算机辅助工程软件，其在2002年发布出来。到现今，EDEM软件应用在多个范畴中，例如机械、化工、运输、制药、采掘等。EDEM软件主要分成三个部分：前处理器(Creator)求解器(Simulator)、后处理器(AnaIyst)。前处理器部分能进行CAD结构运动、颗粒建模等；求解器部分能进行多核共享内存式并行、模拟千万量级的颗粒单元等；后处理器能进行图片/动画生成、曲线图/柱状图分析、模拟数据导出等。除此之外，其还有二次开发接口、能进行外部耦合等功能。其设计界面如图2.3所示。图2.3EDEM设计界面2.2
21、.2 确定相关参数EDEM软件能够直接导入三维模型，因此本次设计先在SolidWorks2014上画出玉米果穗的三维模型，并且简化脱粒装置，只截取脱粒部分的三维模型进行实验。本次设计所研究的玉米种类为郑单958和嫩单18。查阅相关资料可得，这两种玉米种类的尺寸大小如表2.1所示。玉米的实物如图2.4所示。表2.1玉米种类的尺寸大小种类长度mm大段直径mm小段直径mm郑单9581855143嫩单182005647图2.4玉米的实物根据上文所得到的玉米种类大小和玉米果穗外形，在SolidWOrkS2014上画出玉米果穗的三维模型和脱粒装置的三维模型，并导入EDEM软件中。玉米果穗的三维模型如图2.
22、5和图2.6所示。成图2.5玉米果穗的三维模型图2.6脱粒装置的三维模型查阅相关资料得知，离散元建模中玉米果穗、脱粒装置的材料力学特性、物理属性参数等如表2.2和表2.3所示。5其相关参数在EDEM软件上的设置如图2.7所示。表2.2模型材料参数材料泊松比剪切模量/MPa密度/(kgn?)玉米0.41.37*1021197钢0.283.5*10,7850表2.3模型材料接触参数接触形式恢复系数静摩擦系数滚动摩擦系数玉米-玉米0.1820.0340.002玉米-钢0.60.30.01图2.7参数设置由机械设计部分可得知，本次设计的转速范围在286.6-372.6rmin,因此本次仿真选择的滚筒转
23、速为300、325、350rmino在设置完相关参数后，对此进行相关的仿真，并且对仿真得到的结果进行收集和分析。其结果如表2.4所示。表2.4仿真结果滚筒转速/(rmin)玉米种类郑单958嫩单18接触力/N300216.81199.92325232.25210.08350250.32220.67由表2.4可以得出，随着滚筒转速的变快，两种玉米种类的接触力也有不同程度的变大。原因在于：随着滚筒转速的增加，其齿顶圆线速度增大，增大了对果硬的接触力果穗受到脱粒元件的击打后其受力与速度均增大，增加了果穗与凹板间碰撞接触时的相对速度，增大凹板与果穗间的碰撞接触力。3根据相关文献得知，玉米籽粒发生破碎时
24、的破坏力范围为124.33N-347N,玉米籽粒从芯轴上脱下时，籽粒果柄的断裂力范围为1.97-11.93此12由表2.4可知，两种玉米的接触力在三种转速下都大于籽粒果柄的断裂力，都能使玉米籽粒脱落。因为郑单958玉米的接触力比较大，而且随着转速的变化也比较大，所以郑单958玉米的转速选择300rmin嫩单18玉米的接触力相对郑单958玉米来说较小，而且随着转速的变化也较小，所以嫩单18玉米的转速选择350rmin02.3 控制系统流程本次设计主要是使用AT89C51来完成相关功能的，包括按键的控制、步进电机的运转情况、显示器的启闭等。控制系统流程图如图2.8所示。图2.8控制系统流程图2.4
25、 本章小结完成本次设计所使用的单片机选型；(2)介绍AT89C51单片机相关信息、相关参数的确定;简单描述了本次设计的总体软件工作流程。3.电路图的设计3.1 设计软件的介绍本次电路图的设计通过ProteUS软件完成。Proteus软件是将电路仿真、PCB设计和虚拟模型仿真三合一的设计平台，而且它也能读取多类译码器的编程语言。其设计界面如图3.1所示。图3.1Proteus设计界面3.2 电路设计本次电路设计的主要工作包括：设计单片机的连接电路、设计控制脱粒滚筒电机转速的电路、设计控制脱粒间隙的电路、设计显示器信号处理的电路、设计复位电路、设计时钟电路等。本次设计的完整电路图见附录2图。本次电
26、路设计用到了AT89C51单片机模块、LMOl6L液晶模块、八脚电阻排模块、电位器元件、电阻元件、电容元件、晶体振荡器元件、电解电容元件、按钮元件、步进电机驱动器、步进电机模块等。本次电路设计所用到的元件如图3.2所示。OWATTORtA7000107MDOSATE018ATJS9CSlBUTTONCAPCAPEUTCBYSTAULBOGl.MoiqrsierrerresRESPAX8ULN23A图3.2电路设计所用到的元件3.2.1 单片机电路设计由前文可知，本次设计使用AT89C51型单片机，因此在电路设计中也是使用了相对应的单片机模块。在实际连接的时候，使用了单片的PC)端口的所有引脚；
27、Pl端口的PLO、PL1、PL2、Pl.3引脚；P2端口的所有引脚;P3端口的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3引脚；XTALlXTAL2引脚和RST引脚。其中控制脱粒滚筒电机转速的电路模块连接在单片机的PL0、PL1、PL2、PL3引脚;控制脱粒间隙的电路模块连接在单片机的P3脱、P3.1、P3.2、P3.3引脚;LMOI6L液晶模块连接在单片机的P0.0-P0.7引脚和P2.0、P2.1、P2.2引脚；五个按钮元件分别依次连接在单片机的P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚；时钟电路模块连接在单片机的XTALl和XTAL2引脚；而复位电路则连接在RST引脚。具体单片机电路
28、设计如图3.3所示。图3.3单片机电路设计3.2.2 电机转速控制电路设计由硬件设计研究部分可知，本次设计中控制转速的电机选用的是Y160L-6三相交流异步电机，因此在本文的电机转速控制电路设计中所使用的步进电机驱动器是ULN2003A驱动器元件，步进电机模块使用的是六线式步进电机MOTOR-STEPPER电机元件。本次电路设计所用到的ULN2003A步进电机驱动器是一种耐高压、大电流的复合晶体管阵列。因为ULN2OO3A是一个反向器电路，所以如果输入端为高电平的话，那么ULN2003A输出端则为低电平；如果输入端为低电平的话，那么ULN2003A输出端则为高电平，继电器得电吸合。ULN2(X
29、)3A能直接作为驱动继电器等负载，所以其能直接驱动步进电机。在PrOteUS软件中，常用的两种步进电机模块：一种是六线式步进电机MOTOR-STEPPER,另一种是四线式步进电机MoToR-BISTEPPER。顾名思义，六线式步进电机模块有六根线，四线式步进电机模块只有四根线。六线式步进电机模块除了中间的左右两根线接电源外，其余剩下的四根线接线顺序跟四线式的也是会有所不同的。具体接线方法如图3.4所示，上方接线为六线式步进电机模块的接线方法，下方接线为四线式步进电机模块的接线方法。因为本次电路设计所使用的步进电机类型是六线式步进电机MoTOR-STEPPER,所以本次设计的电机模块接线方法如图
30、3.4上方的接线方法。图3.4六线式和四线式步进电机模块接线方法由本文3.2.1可知，控制脱粒滚筒电机转速的电路模块是连接在单片机的PL0、Pl.KPL2、PL3引脚。而ULN2003A的IB、2B、3B、4B口依次与单片机的PL0、PL1、PL2、P1.3引脚相连，并且ULN2003A驱动器的IC、2C、3C、4C引脚与六线式步进电机MOTOR-STEPPER电机模块的相应引脚相连。本次设计的电机转速控制电路设计如图3.5所示。图3.5电机转速控制电路设计3.2.3 脱粒间隙控制电路设计由硬件设计部分可知，本次设计的控制脱粒间隙的电机选用的是28BYJ-48步进电机，因此在本文的脱粒间隙控制
31、电路设计中的步进电机驱动器使用的是ULN2003A驱动器元件，步进电机模块使用的是六相式步进电机MOToR-STEPPER电机元件。本次设计的控制脱粒间隙的电机是一个5V驱动的减速步进电机，其减速比为1:64。其将一周三百六十度分为六十四个步距角，因此每个步距角约为六度。查阅相关资料可知，28BYJ-48步进电机每转过一个步距角，玉米脱粒机的脱粒滚筒间隙就会变化5毫米。也就是说28BYJ-48步进电机每转过六度，玉米脱粒机的脱粒滚筒间隙就会变化5毫米。因此适合作为本次控制脱粒滚筒间隙的设计。由本文3.2.1可知，控制脱粒间隙的电路模块连接在单片机的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3引脚。而
32、ULN2003A而动器的IB、2B、3B、4B引脚依次与单片机的PL0、PL1、PL2、PL3引脚相连,并且ULN2003A驱动器的IC、2C、3C、4C引脚与MOTOR-STEPPER电机的相应引脚相连。本次设计的脱粒间隙控制电路设计如图3.6所示。图3.6脱粒间隙控制电路设计3.2.4 显示器电路设计由前文可知，本次电路设计所使用到的显示器模块是LMO16L液晶模块。在PrOteUS软件中LMOI6L和LCDl602是十分相似，只是LMOI6L液晶模块并没有显示亮度的端口引脚。在PrOteuS软件中，LMOI6L液晶模块拥有十四个端口引脚，分别为DO-D7、E、RW、RS、VEEsVDD、
33、VSSo其相关介绍如下：DOD7端为8位双向数据线端；E端为使能端；RW端为读写信号线端；RS端为寄存器选择端；VEE端为LMOl6L液晶显示器模块的对比度调整端；VDD端一般接电源；VSS端一般接地。由本文3.2.1可知，LMOI6L液晶模块连接在单片机的PO.O-PO.7引脚和P2.0、P2.1、P2.2引脚。而LMeH6L液晶模块的Do-D7端与单片机的PO.O-PO.7端按序相连；RS端与单片,机的P2.0端相连；RW端与单片机的P2.1端相连；E端与单片机的P2.2端相连。除此外，LM()16L液晶模块的VSS端接地，VDD端接电源，并且在VEE端上连接一个电位器使得“鬼影”消失。除
34、此之外，在LMOI6L液晶模块的DO-D7端和单片机的PO-P7引脚之间的电路上还要连接一个排阻保护电路。排阻就是将多个一样阻值的电阻集中封装而成的。排阻通常连接在数字电路上，因为用排阻会比用多个数值相同的电阻更简单，所以一般把排阻使用在多连线电路中。如果显示器电路是外接在单片机的Pl引脚的话，就一定要接上排阻。因为单片机的Pl口内部是连续接两个场效应管，如果不接上排阻的话，电流就会过大，从而很容易烧坏Pl口内部的场效应管的。因此在Pl口接排阻最主要是起到保护作用。但是如果显示器电路不是接在单片机PI引脚的话，是可接可不接排阻的。在本次显示器电路设计中，虽然显示器电路是外接在单片机的PO引脚上
35、，但是为了安全起见，本次显示器的电路设计还是使用了排阻来对本次电路进行保护。因为本次显示器的电路设计总共用到了八个PO口，因此使用到的是八脚电阻排对电路进行保护。本次设计的显示器电路设计如图3.7所示。图3.7显示器电路设计3.2.5 按键电路设计由本文3.2.1可知，本次设计运用到五个按钮元件，并且它们分别依次连接在单片机的P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚。在本次按键电路设计中,键盘采用的是非编码键盘系统中的独立式按钮元件。而本次设计所用的按键的主要作用是用来提供人机接口的，通过手动按键来控制电路相应的功能操作，例如LMOI6L液晶显示器的开闭、电机1和电机2的工作状态。
36、本次设计的按键电路设计如图3.8所示。图3.8按键电路设计3.2.6 复位电路设计由前文可知，本次设计的复位电路模块连接在单片机的RST口上。复位电路是一种将电路还原到原来情况的模块。它的功能与计算器的复位按钮功能一样，就是当你完成了一个题目的计算后，就一定会让计算机进行清零。或者就是当你不小心输入了错误的数值后，导致计算失误时也会对计算机进行清零操作，使其回到原始状态，重新进行计算。复位电路的作用也是与其相似的，用它将电路恢复到原来状态，只是复位电路的启动原理、手段与计算机的清零按钮装置有所不一样。现今，单片机系统的复位方式主要有三种，具体类型如下。第一种复位方式是手动按钮复位：一般是在单片
37、机的RST上加入高电平，并在RST和正电源之间接入一个按钮和一个电阻。当按下按钮时，高电平就会直接传到单片机的RST上，从而使单片机系统进行复位操作。因为手动按下按钮，至少也会让按钮保持有数十毫秒的接通时间，而且这个时间是足够满足系统复位的时间要求。第二种复位方式是上电复位：在单片机的RST口上接一个电容到VCC端，下接一个电阻到地。上电复位的具体工作过程就是在加电时，复位电路通过电容给RST口高电平信号，此信号会随着VCC端对电容的充电而慢慢减弱。因为电容的充电时间决定RST口高电平的持续时间，所以选择合适的电容进行复位。第三种复位方式是根据程序或者电路运行时所需进行自动复位。本次设计的复位
38、电路的复位方式是手动按钮复位。其连接方法和使用的元件如上文所说的一样，在单片机的RST门和正电源间连接一个按钮和一个电阻，然后并联一个电解电容，最后再接入一个电阻在RST口和地之间。本次设计的复位电路设计如图3.9所示。3.2.7 时钟电路设计由前文可知，本次设计的时钟电路模块连接在单片机的XTAlJ和XTAL2口上。由于单片机本身是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作模式的实现，该电路应严格按照时序工作，只受时钟信号的控制。时钟电路设计有外接和内部两种方法。外接时钟电路的设计是把XTALl口接地，XTAL2接外部时钟。而且对时钟信号的要求不高，只需有一定的脉冲宽度和时钟频率低于12MHz
39、。内部时钟电路的设计是在单片机的XTALl和XTAL2口的两端与石英晶体振荡器和两个微调电容连接，形成振荡电路。因为在AT89C51内部有一个构成振荡器的高增益反相放大器，它的输入端为XTALl口，输出端为XTAL2口。因此在XTALI和XTAL2口上连接石英晶体振荡器和微调电容的话，就会形成反馈电路，从而形成稳定的自激振荡器。本次设计的连接方法和使用元件如上文所说的内部时钟电路一样，使用两个取值为30pF的微调电容器和采用频率取值为12MHZ的石英晶体振荡器。具体设计是把一个12MHZ的石英晶体振荡器连接到XTALl和XTAL2口上，然后并联连接两个电容器。本次设计的时钟电路设计如图3.10
40、所示。图3.10时钟电路设计3 .3本章小结(1)介绍了本次电路设计所使用的软件;(2)完成了本次设计相关的电路设计，并进行逐一介绍。4 .程序的编写4.1 编程软件的介绍KeiluVision是KEIL公司开发的一个集成开发环境。它包括工程管理、源代码编辑、编译设UViSion置、下载调试和模拟仿真等功能。目前有四个版本：KeilUViSiOn2、KeiluVision3KeiluVision4和KeiluVision5IDEo本文设计用到的是KeiluVision4o其设计界面如图4.1所示。KeiluVision4有灵活的窗口管理系统和多台监视器，并有对窗口位置的可视化表面控制，还支持更
41、多最新的ARM芯片。用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，为开发应用程序提供一个干净高效的环境。图4.1KeiluVision4设计界面4.2 程序设计本次程序设计以C语言作为编程语言，围绕着单片机AT89C51为核心在Keil软件上进行编程。C语言可能在语法限制方面上并不是很严格，但是其有语言简洁紧凑、表达方式灵活方便、运算符丰富、数据类型丰富、可移植性好等优点，所以本次设计选择C语言为编程语言。本次设计的控制系统的软件设计是围绕着单片机AT89C51展开的。主要是通过按下五个不同的按键来实现不同的功能，其中包括调速电机的转速控制、脱粒滚筒的间隙控制、LMCn6L液晶显示器的
42、开闭控制和LMoI6L液晶显示器对于相关数据的显示处理。本次设计的完整程序编程见附录3。4.2.1 主程序设计本次设计主要是研究有关郑单958利嫩单18这两种玉米种类的玉米脱粒机。由硬件设计研究部分、前文和相关资料可知，郑单958玉米种类的脱粒效果最好的滚筒转速和脱粒间隙分别是300转每分钟和55毫米，而另一种玉米种类嫩单18的脱粒效果最好的滚筒转速和脱粒间隙是350转每分钟和60毫米。因此本次设计的电机转速设定为300转每分钟和350转每分钟，而滚筒的脱粒间隙则为55毫米和60毫米，即电机转角为0度和6度。本次设计所使用的五个按键的主要功能表达如下：1、按键1的功能主要是启动系统。按下按键1
43、,控制系统启动，LMcH6L液晶显示器开启，但是电机1和电机2并不工作。2、按键2的功能主要是对玉米进行脱粒操作。按下按键2,电机1转速为300转每分钟，电机2转角为0度（即脱粒间隙为初始值55亳米），LM016L液晶显示器显示这两个电机的相关数据。3、按键3的功能主要是对玉米进行脱粒操作。按下按键3,电机1转速为350转每分钟，电机2转角为6度（即脱粒间隙改变为60亳米），LM016L液晶显示器显示这两个电机的相关数据。4、按键4的功能主要是让两个电机同时停止工作。按下按键4,电机1利电机2都停止工作，但是LMoI6L液晶显示器仍在工作。5、按键5的功能主要是控制系统的关闭。按下按键5,控制
44、系统关闭，LMOI6L液晶显示器关闭，并且电机1和电机2也停止工作。因为按键1的主要功能是启动系统，所以也就是说，如果不先按下按键1的话，按下其他的按键是不会实现其相对应的功能的。本次设计的主程序设计如图4.2所示。一*-I三三-图4.2主程序设计4.2.2 显示器程序设计本次设计中使用的LMOI6L液晶显示器主要是在系统运行的过程中，显示两个电机的工作情况。显示器的程序主要包括延时部分、编写LCD相关函数部分、初始化部分、显示部分等部分。本次设计的显示器程序设计如图4.3所示。W图4.3显示器程序设计4.3 本章小结(1)介绍了本次程序设计所使用的软件、所使用的编程语言；(2)完成了本次设计
45、相关的程序设计，如主程序、显示器程序等。5 .结论与展望5.1 结论本文在了解和对比了国内外玉米脱粒机的发展概况后，发现现今我国玉米脱粒机仍然存在破碎率高、脱净率低、损失严重等问题。因此本文以提高脱净率、降低破碎率为目标，设计一款挤搓式玉米脱粒机，并在此基础上进行了软件部分的开发工作。本文的主要工作及研究结论如下：(1)通过网络等途径阅读大量国内外相关的文章、论文和期刊，了解并学习了玉米脱粒机工作过程中的原理和系统结构，了解分析了目前玉米脱粒机的优点和缺点，并得出了优化和创新的方法。(2)完成了本次设计的玉米脱粒机相关控制器的选型，并且根据本次设计的要求，编写出相关的控制程序。(3)完成了本次
46、设计的玉米脱粒机的电路设计，并完成了相关的仿真设计。根据本次设计的玉米脱粒机的控制系统要求，设计出其相关控制系统的电路设计，并在AT89C51单片机上实现相关程序的运行。本次设计的玉米脱粒机是根据两种不同的玉米种类，从而改变脱粒电机的转速和脱粒间隙。因为目前市面上大多的玉米脱粒机在脱粒过程中脱粒电机的转速和脱粒间隙是恒定的，不会发生变化的。或者就是在脱粒过程中只改变脱粒电机的转速或脱粒间隙两个数据中的其中一个，很少会有既能改变脱粒电机的转速同时又能改变脱粒间隙这两个数据的玉米脱粒机。因此本次设计的玉米脱粒机是能同时改变这两个数据的。5.2 展望本文设计了挤搓式玉米脱粒机的软件控制系统部分，但由
47、于本人的能力和水平不够，加上资源和时间有限，因此仍有不足。所以在今后的研究工作中可以从以下儿个方面进行研究和改进：(1)本次玉米脱粒机的设计仅从郑单958和嫩单18这两种玉米类型进行研究分析和设计，但是在目前市场上有很多玉米品种，远不止本次设计的这两种玉米品种，并且随着玉米种植技术的持续发展，玉米品种也会随之越来越多的。因此要设计一款适合更多玉米品种的玉米脱粒机，是后续研究的关键问题。(2)本次设计的玉米脱粒机仅从玉米脱粒机的脱粒滚筒转速和脱粒间隙的这两个因素进行试验。但是在实际过程中，脱粒滚筒的倾斜角度、脱粒滚筒上脱粒元件的排布方式、玉米的含水率等因素也会影响到玉米脱粒的效果，影响破碎率和脱净率。因此在后续的研究中应该对这些因素进行研究和分析，从而提高整个玉米脱粒机的脱粒工作效率。(3)本次设计的玉米脱粒机是小型的玉米脱粒机，仅适用于家用或者小规模的玉米脱粒生产，并不能进行大规模的玉米脱粒生产。因此在后续的研究中应该对相关尺
