專利名稱：一種收割面積測量與計費系統及方法
技術領域：
本發明涉及農業機械領域，特別涉及一種收割面積測量與計費系 統，該系統能完成收割機作業面積的測量，并計算出收割費用，利用 微型打印機打印出計費結果。
背景技術：
農機收割機在收獲過程中普遍需要計算收割面積，并根據收割面 積進行收費。目前，計算收割面積的主要手段是人工測量。這種測量 方法往往存在測量精度差、測量速度慢的問題，更無法滿足大面積作 業時的需要，也容易引發經濟糾紛。特別是在當前農機跨區作業普遍 存在的情況下， 一種簡單實用的收割面積自動計費系統顯得很有必 要。目前，巿場上出售的作業面積測量系統，沒有實時幅寬測量功能， 只能設定一個固定的幅寬，這樣當收割機不是滿幅收割時便存在很大 的誤差，而收割機不是滿幅收割的情況在實際收割過程中是大量存在的。這些系統都不具備作業數據保存和計費結果打印輸出的功能；人 機界面也較為簡單，用LED數碼管進行顯示，顯示的信息量有限； 由于測量設備不具備串口或CAN總線接口擴展性較差，不能滿足實 際操作的需要。發明內容(一) 要解決的技術問題本發明的目的是為了克服現有的作業面積測量系統無法對收割 幅寬進行實時測量以及不能對作業數據進行保存和打印輸出的不足。(二) 技術方案為實現上述發明目的，本發明的技術方案是釆用一種收割面積測
量與計費系統，包括單片機，用于接收系統檢測信息、外部輸入信息、外部通訊信息， 經運算處理通過顯示器、打印機、通訊端口輸出系統信息；所述系統檢測信息包括單片機與傳感器連接，用于輸入傳感器檢測信號；所述外部輸入信息包括單片機與存儲器、復位芯片的連接，用于向單片機輸入存儲信息和復位信息；所述外部通訊信息是單片機與鍵盤輸入端、上位機輸入輸出端口所述打印機與單片機的一個串行接口連接，用于打印測量結果、 曰志信息；所述液晶顯示器與單片機的并行接口連接，用于顯示測量結果、日志信息;在所述單片機上還連接有超聲波測幅寬電路，測距傳感器、總線 控制器和收發器；所述超聲波測幅寬電路連接到單片機的管腳，用于測量物體的寬 度，并將寬度信號傳送給單片機；所述測距傳感器連接到單片機的管腳，用于測量移動物體行進的 距離，并將距離信號傳送給單片機；所述總線控制器連接到單片機的一個總線擴展口 ，將收發器與所 述總線控制器連接，用于擴展系統與外圍設備的通訊。本發明所述超聲波測幅寬電路包括一對超聲波收發器件，將所述 超聲波收發器件分別安裝在收割機收割臺左右兩側的谷物分撥器上。本發明所述超聲波收發器件分別與超聲波發射電路和超聲波接 收電路連接，所述超聲波發射電路和超聲波接收電路分別與所述的單 片機管腳連接。本發明所述測距傳感器釆用霍爾傳感器。
本發明在所述單片機上連接有存儲器、存儲器用于存儲運算結 果、作業參數和作業曰志。本發明在所述單片機上連接有時鐘芯片，用于提供內部時間基準 和計時。本發明在所述單片機上連接有溫度傳感器，用于檢測環境溫度， 通過單片機對超聲波信號進行溫度補償。本發明在所述單片機上連接有鍵盤，用于輸入作業參數。本發明所述存儲器、時鐘芯片、溫度傳感器、鍵盤通過單片機的 另一個總線擴展口與單片機連接。本發明一種收割面積測量與計費方法，其特征在于其具體的工作方法如下上電復位后，系統首先進行自身的初始化，初始化單片機、I2C 接口、 LCD、打印機和串口/CAN總線通訊，然后讀取保存在 CAT24C04中的作業參數如幅寬、單價、車輪半徑、磁鋼個數和作業 序號；正確讀取完參數后，系統判斷用戶是否按下"開始"鍵，若是則 開始超聲波幅寬測量和行走距離測量，利用測得的行走距離乘以當前 的幅寬計算單位時間內的收割面積，并對收割面積進行累加，記錄作 業開始時的日期和時間，測量得到的幅寬和當前已收割的面積都實時 顯示在LCD上；作業完成后，用戶按"結東"鍵，系統將通過收割總面積乘以單 價計算總費用，并記錄下結束時的日期和時間，總面積、總費用和起 止曰期和時間都將保存在CAT24C256中；用戶按下"打印"鍵，則可以打印出當前的收割面積和計費結果。 當用戶按下"查詢"鍵，則可以對歷史數據進行瀏覽和查詢，也可以 打印輸出；用戶按下幅寬、單價、車輪半徑和磁鋼個數等參數修改按鍵時， 系統將調用相應的參數修改子程序，并對修改結果進行保存。 (三)有益效果本發明的有益效果是，提供一種作業面積測量與計費系統。該系 統能對收割幅寬進行實時測量，而且能對作業數據進行保存，也能根 據需要打印出收割面積和計費結果。人機接口方面釆用了漢字液晶顯示器和鍵盤，并擴展有串口和CAN總線接口便于系統集成。利用超 聲波傳感器對收割幅寬進行實時測量，并對超聲波聲速進行溫度補償，使面積測量精度大大提高；對作業信息進行保存和打印輸出，使 系統具有較高的實用價值；人機接口友好，有完善的通訊接口，便于 擴展。這種收割面積測量與計費系統具有結構簡單、操作方便和低成 本的特點。
圖l是本發明電路原理框圖；圖2是本發明超聲波幅寬測量原理圖；圖3是本發明擴展接口存儲器和溫度傳感器電路原理圖；圖4是本發明CAN總線接口電路原理圖。圖5是本發明液晶和鍵盤接口電路原理圖；圖6是本發明控制程序流程圖。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。 如圖1所示，為本發明所提供的電路原理框圖。釆用Winbond 公司生產的W77E58單片機作為主控制器。控制器通過I2C接口擴展 了存儲器、時鐘芯片、溫度傳感器和鍵盤接口芯片。W77E58具有兩 個串口，其中一個串口用于控制微型打印機，另一個串口用于擴展系 統通訊接口。系統采用獨立CAN總線控制器SJA1000,外加一片收 發器82C250實現CAN總線通訊接口與上位機或其他外圍設備的連 接，便于與其他具有CAN通訊接口的設備互聯。
如圖2所示為超聲波幅寬測量原理圖。在收割機割臺左右兩邊的谷物分撥器上各安裝一對超聲波收發器件。單片機P2.3和P2.6引腳輸 出40kHz的方波信號，經發射放大電路放大后加載到超聲波換能器的 兩端，以提高超聲波的發射強度。超聲波接發器件接收超聲波回波時， 因回波信號較弱，需要經過兩級放大電路和 一 級比較器電路進行調 理。回波信號將觸發單片機的中斷引腳/INT4和/INT5，從而停止定時 器計數。這樣便可以通過發射和接收的時間間隔來計算幅寬。如圖3所示為PC接口存儲器和溫度傳感器電路原理圖。^C總線是 一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過串行數據線(SDA) 及串行時鐘線(SCL),兩線在連接到總線上的器件之間傳送信息， 并根據地址識別每個器件。在系統中利用單片機引腳P1.0和P1.1模擬 IIC的總線時序。系統中擴展了兩片EEPROM存儲器，其中CAT24C04 用于保存作業參數，CAT24C256則用于保存作業數據，單片機完成對 存儲器的尋址和讀寫。溫度傳感器釆用LM75A,單片機通過lt總線 讀取其溫度值。如圖4所示為CAN總線接口電路原理圖。微控制器W77E58負責 SJA1000的初始化，并且在正常工作模式下，由微控制器控制SJAIOOO 的收發操作來完成與總線的通信。為了增強CAN總線節點的抗干擾能 力，SJA1000的TX0和RX0引腳通過高速光耦6N137后與82C250相連， 這樣可以很好地實現總線上各CAN節點間的電氣隔離。如圖5所示為液晶和鍵盤接口電路原理圖。考慮到系統I/0 口 資源有限，釆用專用的I2C總線鍵盤芯片ZLG7290,其最大可擴展 64個按鍵。在本系統中用到了15個，如過需要可以進行擴展。液晶 顯示器采用可顯示兩行漢字的模塊12232F，釆用并行接口方式。本發明所述系統包含一個完整的不可分割的控制程序，其流程圖 如圖6所示。其具體的工作過程如下上電復位后，系統首先進行自 身的初始化，初始化單片機、I2C接口、 LCD、打印機和串口/CAN 總線通訊，然后讀取保存在CAT24C04中的作業參數如幅寬、單價、 車輪半徑、磁鋼個數和作業序號等。正確讀取完參數后，系統判斷用 戶是否按下"開始"鍵，若是則開始超聲波幅寬測量和行走距離測量, 利用測得的行走距離乘以當前的幅寬計算單位時間內的收割面積，并 對收割面積進行累加，記錄作業開始時的日期和時間；測量得到的幅 寬和當前已收割的面積都實時顯示在LCD上。當作業完成后，用戶 按"結束"鍵，系統將通過收割總面積乘以單價計算總費用，并記錄 下結東時的日期和時間，總面積、總費用和起止日期和時間都將保存 在CAT24C256中。當用戶按下"打印"鍵，則可以打印出當前的收 割面積和計費結果。當用戶按下"查詢"鍵，則可以對歷史數據進行 瀏覽和查詢，也可以打印輸出。當用戶按下幅寬、單價、車輪半徑和 磁鋼個數等參數修改按鍵時，系統將調用相應的參數修改子程序，并 對修改結果進行保存。本發明收割面積測量與計費系統的工作原理是，在收割機割臺左 右兩邊的谷物分撥器上各安裝一對超聲波收發器件。幅寬測量開始 時，單片機驅動超聲波發射裝置發出一東超聲波的同時啟動定時器， 當超聲波遇到谷物時被反射回去，單片機接收到返回信號后立即停止 定時器計數。超聲波在空氣中的傳播速度是已知的，這樣只要計算出 超聲波往返所花的時間，就可以計算出谷物分撥器到谷物邊沿的距 離，收割機幅寬減去計算得到的兩邊的距離便是實際的收割幅寬，計 算公式如下公式中，^為實際幅寬，W為收割機幅寬，C為超聲波的傳播速 度，7;和7;為左右兩路超聲波往返所花的時間。超聲波在空氣中的傳 播速度受溫度的影響，系統中擴展了溫度傳感器來補償超聲波聲速在 不同溫度下造成的誤差。為解決數據保存和打印的問題，系統中配置了兩片fc接口的 EEPROM存儲器和串口的微型打印機。 一片512字節的CAT24C04用于存儲作業相關的參數如幅寬、單價、車輪半徑、磁鋼個數、作業 序號、用戶名和電話號碼等信息，這些參數可以通過鍵盤進行修改和 設置。另外一片32K字節的CAT24C256用于保存作業數據，作業數 據包括此次收割的起始時間、總收割時長、收割總面積、收割單價 和收割總費用；每次作業完成后都將記錄這些信息，這些信息可以隨 時進行查詢；也可以通過微型打印機打印輸出，作為收費的憑據。系統中擴展了 15個按鍵和可顯示2行15個漢字的液晶顯示器進 行相關參數的設置和顯示；同時擴展了串口和CAN總線接口，便于 與其他設備進行通訊。
權利要求
1、一種收割面積測量與計費系統，包括單片機，用于接收系統檢測信息、外部輸入信息、外部通訊信息，經運算處理通過顯示器、打印機、通訊端口輸出系統信息；所述系統檢測信息包括單片機與傳感器連接，用于輸入傳感器檢測信號；所述外部輸入信息包括單片機與存儲器、復位芯片的連接，用于向單片機輸入存儲信息和復位信息；所述外部通訊信息是單片機與鍵盤輸入端、上位機輸入輸出端口的連接；所述打印機與單片機的一個串行接口連接，用于打印測量結果、日志信息；所述液晶顯示器與單片機的并行接口連接，用于顯示測量結果、日志信息；其特征在于在所述單片機上還連接有超聲波測幅寬電路、測距傳感器、總線控制器和收發器；所述超聲波測幅寬電路連接到單片機的管腳，用于測量物體的寬度，并將寬度信號傳送給單片機；所述測距傳感器連接到單片機的管腳，用于測量移動物體行進的距離，并將距離信號傳送給單片機；所述總線控制器連接到單片機的一個總線擴展口，將收發器與所述總線控制器連接，用于擴展系統與外圍設備的通訊。
2、 如權利要求l所述的收割面積測量與計費系統，其特征在于 所述超聲波測幅寬電路包括一對超聲波收發器件，所述超聲波收發器 件分別安裝在收割機收割臺左右兩側的谷物分撥器上。
3、 如權利要求2所述的收割面積測量與計費系統，其特征在于-. 所述超聲波收發器件分別與超聲波發射電路和超聲波接收電路連接，所述超聲波發射電路和超聲波接收電路分別與所述的單片機管腳連接。
4、 如權利要求l或2所述的收割面積測量與計費系統，其特征 在于所述測距傳感器釆用霍爾傳感器。
5、 如權利要求l或2所述的收割面積測量與計費系統，其特征 在于在所述單片機上連接有存儲器，存儲器用于存儲運算結果、作 業參數和作業曰志。
6、 如權利要求l或2所述的收割面積測量與計費系統，其特征 在于在所述單片機上連接有時鐘芯片，用于提供內部時間基準和計 時。
7、 如權利要求l或2所述的收割面積測量與計費系統，其特征 在于在所述單片機上連接有溫度傳感器，用于檢測環境溫度，通過 單片機對超聲波信號進行溫度補償。
8、 如權利要求l或2所述的收割面積測量與計費系統，其特征 在于在所述單片機上連接有鍵盤，用于輸入作業參數。
9、 如權利要求5至8任一權利要求所述的收割面積測量與計費 系統，其特征在于所述存儲器、時鐘芯片、溫度傳感器、鍵盤通過 單片機的另一個總線擴展口與單片機連接。
10、 一種收割面積測量與計費方法，其特征在于其具體的工作方 法如下上電復位后，系統首先進行自身的初始化，初始化單片機、I2C 接口、 LCD、打印機和串口/CAN總線通訊，然后讀取保存在 CAT24C04中的作業參數如幅寬、單價、車輪半徑、磁鋼個數和作業 序號；正確讀取完參數后，系統判斷用戶是否按下"開始"鍵，若是則 開始超聲波幅寬測量和行走距離測量，利用測得的行走距離乘以當前 的幅寬計算單位時間內的收割面積，并對收割面積進行累加，記錄作 業開始時的日期和時間，測量得到的幅寬和當前已收割的面積都實時顯示在LCD上；作業完成后，用戶按"結東"鍵，系統將通過收割總面積乘以單 價計算總費用，并記錄下結東時的曰期和時間，總面積、總費用和起 止曰期和時間都將保存在CAT24C256中；用戶按下"打印"鍵，則可以打印出當前的收割面積和計費結果。 當用戶按下"查詢"鍵，則可以對歷史數據進行瀏覽和查詢，也可以 打印輸出；用戶按下幅寬、單價、車輪半徑和磁鋼個數等參數修改按鍵時， 系統將調用相應的參數修改子程序，并對修改結果進行保存。
全文摘要
本發明涉及農業機械領域，特別涉及一種收割面積測量與計費系統。本發明一種收割面積測量與計費系統，包括單片機用于接收系統檢測信息、外部輸入信息、外部通訊信息，經運算處理通過顯示器、打印機、通訊端口輸出系統信息；在所述單片機上還連接有超聲波測幅寬電路、測距傳感器、刀頭傳感器、總線控制器和收發器。本發明的有益效果是，提供一種作業面積測量與計費系統。該系統能對收割幅寬進行實施測量，而且能對作業數據進行保存，也能根據需要打印出收割面積和計費結果。
文檔編號G01D4/00GK101398297SQ20071017534
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月28日 優先權日2007年9月28日
發明者付衛強, 孟志軍, 秀 王, 趙春江, 陳立平, 黃文倩 申請人:北京農業信息技術研究中心
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