基本信息
- 项目名称：
- 玉米茎秆强度测定仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 为方便准确测定玉米茎秆的强度特性，本实验设计了一种便携式玉米茎秆强度测定仪。该仪器以STM32单片机为核心组成嵌入式控制平台，由拉/压力传感器采集压力信号，压力曲线等结果可实时显示或SD卡储存。
- 详细介绍：
- 本设计拟以STM32F103单片机为核心，利用其内带AD采集压力传感器数据，并通过UCGUI进行可视化显示。同时还可利用STM32F103单片机开发板上的USB传输功能实现与上位机之间的通信，由此可更方便的实现数据的读取于操作。 根据实际机械操作以及动物在咀嚼饲料时牙齿对饲料的剪切和挤压的力学原理，设计了玉米茎杆强度测定仪，该茎秆强度由机械和电气两部分组成。信息采集依靠拉/压力传感器和行程传感器完成；控制器负责数据的采集处理；执行机构由电动机和发条驱动装置构成；人机交互界面进行数据显示及指令读取。 系统分电动与手动两种控制模式。电动模式采用交流减速电动机带动，手动模式则依靠发条驱动装置带动。当处于电动状态时，交流减速电机带动传动轴转动。传动轴通过丝杠提升或下放行程托板，从而带动传感器跟随刀片运动。玉米茎秆放在刀片的刀口中。当刀片运动时茎秆处于刀口与定刀片之间，由于两者之间的相对运动从而挤压茎秆，很好的模仿农业机械切割或者动物咀嚼切断茎秆的动作。手动控制时将发条驱动装置安装在固定板上，通过过渡齿轮与传动轴连接。实验前先旋动手轮将发条旋紧，然后通过控制止逆机构实现系统的运动。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 全球玉米因倒伏而造成损失十分巨大, 而影响玉米倒伏的主要因素是茎秆的强度。因此设计出一款灵活方便既能满足实验室需要同时又能带到农作物生长现场的茎秆强度测定仪。 基本思路： 以STM32F103单片机为核心，利用其内带AD采集压力传感器数据，并通过UCGUI进行可视化显示。同时还可利用STM32F103单片机开发板上的USB传输功能实现与上位机之间的通信。 创新点： （1）采用刀片、传感器、作物茎秆的一体化设计和总体结构优化，减小了仪器的尺寸和重量，便于在农作物生长现场进行检测。 （2）采用计算机嵌入式控制平台，曲线显示直观，降低了环境对测试结果的影响，减轻了测试的劳动强度。提高了测试精度，平均测试精度为0.84%达到并超过了测得的万能试验机的测试精度，信号放大器温漂也在允许范围内。 （3）应用范围广，在配备取样器件后还可测定肉类、食品、水果等的剪切力大小，具有很好的实用性。 主要技术指标： 1 硬件系统设计 机械系统主要由刀片、交流减速电机、发条驱动装置和拉压力传感器等组成。为了能在无电力能源的田间进行现场测试特设计了发条驱动装置。 2 控制系统硬件电路 微处理机硬件系统主要由STM32单片机完成，搭配3.2寸TFT真彩屏模块。信号放大电路由负电压产生电路和信号放大器组成。 3 软件系统设计 嵌入式系统由键功能处理、数据显示、中断处理、A/D转换、数据存储和上位机通信等模块组成。主程序控制图像的缩放，中断程序进行数据的采集与处理。
科学性、先进性
- 根据实际机械操作以及动物在咀嚼饲料时牙齿对饲料的剪切和挤压的力学原理，设计了玉米茎杆强度测定仪，该茎秆强度由机械和电气两部分组成。系统分电动与手动两种控制模式。 为了能在无电力能源的田间进行现场测试特设计了发条驱动装置。 以STM32单片机为核心组成嵌入式控制平台，由拉/压力传感器采集压力信号，压力曲线等结果可实时显示或SD卡储存。 通过实验，该茎秆强度测定模块测试精度约为0.84%，优于万能试验机的测试精度。而在测试稳定性方面，该仪器误差波动略大于万能试验机。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年6月20日，第六届‘博创杯’既第二届‘海尔软件杯’嵌入式系统设计大赛硬件组二等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 1：实物产品 2：现场演示 3：图片 4：样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前对农作物茎秆力学性能指标的研究主要依靠万能试验机，可做拉伸、压缩、弯曲、剪切等实验，但由于其体积庞大，价格昂贵且不能在无电力能源的田间进行现场测试，限制了其应用范围。 该仪器可在田间无电力能源的条件下，通过专门设计的发条驱动装置进行现场测试。该仪器体积小，同时使用先进的32位STM32单片机对剪切仪进行控制，大大提高了数据采集的精确性与可靠性。 应用范围广，在配备取样器件后还可测定肉类、食品、水果等的剪切力大小，具有很好的实用性。
同类课题研究水平概述
- 农作物茎秆的力学性能是评价作物抗倒伏特性的重要指标，也是设计农业机械的重要参数和依据。对农业物料力学性能的研究，已发展成为一门重要的力学分支——农业物料力学。 目前对农作物茎秆力学性能指标的研究主要依靠万能试验机，可做拉伸、压缩、弯曲、剪切等实验，但由于其体积庞大，价格昂贵且不能在无电力能源的田间进行现场测试，限制了其应用范围，为此研制了便携式玉米茎秆强度测定仪，该仪器可在田间无电力能源的条件下，通过专门设计的发条驱动装置进行现场测试。 该仪器体积小，同时使用先进的32位STM32单片机对剪切仪进行控制，大大提高了数据采集的精确性与可靠性。该仪器应用范围广，在配备取样器件后还可测定肉类、食品、水果等的剪切力大小，具有很好的实用性。
