李 照

0 引言

隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐步規(guī)?；?、集約化，農(nóng)機(jī)裝備水平不斷提升，農(nóng)機(jī)服務(wù)組織日益壯大，服務(wù)領(lǐng)域不斷拓寬，新型農(nóng)機(jī)作業(yè)面積測量裝置正是在農(nóng)機(jī)作業(yè)越來越社會化、作業(yè)面積對農(nóng)機(jī)作業(yè)收入影響日益顯著的大背景下，為精確測量作業(yè)面積、快速計(jì)算作業(yè)價(jià)格、方便農(nóng)機(jī)手實(shí)際操作，從而提升農(nóng)機(jī)作業(yè)整體收益而研制的。該裝置在提升面積測量精度的前提條件下盡可能降低成本，以高性價(jià)比的STM32F103R微處理器為核心，以北斗GPS雙模定位為主要測量方式，定時(shí)接收衛(wèi)星定位信號，并通過坐標(biāo)變換算法轉(zhuǎn)換為用戶坐標(biāo)，同時(shí)采用液晶顯示和鋰電池供電，可在任何場景下清晰地將有效信息展示給用戶，方便農(nóng)機(jī)手在野外和夜間農(nóng)機(jī)作業(yè)中使用。

1 STM32F103R微處理器簡介

意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103R是基于Cortex-M3架構(gòu)的32位微控制器，具有低成本高性能的特點(diǎn)，可用于微小型便攜式智能化設(shè)備，其CPU的主頻高達(dá)72 MHz。STM32F103R的硬件資源包括：高達(dá)128 K字節(jié)的Flash、20 K字節(jié)的SRAM、2個(gè)高速I2C、3個(gè)快速USART、4個(gè)通用定時(shí)器，以及42個(gè)GPIO引腳，能夠滿足該裝置對硬件資源的需求。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)硬件以STM32F103R 32位微處理器為核心，測量模塊采用北斗GPS雙模定位芯片VK25BDMT；顯示模塊采用JLX12864G液晶模塊；電池供應(yīng)采用3.7 V鋰電池供應(yīng)工作所需電能；開關(guān)按鍵采用薄膜按鍵，美觀方便；驗(yàn)鈔功能使用藍(lán)光LED，照明功能采用白光LED。系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

圖 1 硬件總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 北斗GPS雙模定位模塊

2.2.1 VK25BDMT芯片介紹

根據(jù)農(nóng)機(jī)手在野外全天候農(nóng)機(jī)作業(yè)需要快速精確地獲得作業(yè)田塊的面積從而計(jì)算作業(yè)費(fèi)用的設(shè)計(jì)要求，選擇北斗GPS雙模定位芯片VK25BDMT來進(jìn)行定位測量。VK25BDMT芯片是由香港微科電子公司推出的一種北斗GPS雙模定位芯片，VK25BDMT的重量約為14克，內(nèi)部建立具備快速定位及追蹤33顆衛(wèi)星能力的北斗GPS芯片，內(nèi)置備份電池，內(nèi)置高增益LNA，雙路LDO，PCB鍍金工藝，具有非常高的性價(jià)比，信號更好更穩(wěn)定。串口默認(rèn)輸出為9600波特率，采用NMEA 0183 衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)，電路連接非常方便可靠。

2.2.2 定位測量

該裝置將VK25BDMT芯片輸入的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成當(dāng)?shù)貙?shí)際位置，并實(shí)時(shí)顯示給用戶。當(dāng)測量開始后，裝置自動(dòng)記錄用戶所行走的運(yùn)動(dòng)軌跡，并實(shí)時(shí)計(jì)算軌跡面積，在測量中遇到信號不足時(shí)，自動(dòng)在北斗和GPS兩套衛(wèi)星定位系統(tǒng)切換，確保測量精度。測量結(jié)束后，自動(dòng)生成軌跡圖和田塊面積，并提供多次測量的平均值，提高測量精度。除了自動(dòng)測量外，該裝置還提供手動(dòng)測量功能，用戶可以自由確定測量點(diǎn)，最后計(jì)算出測量點(diǎn)面積，用途非常廣泛。

2.3 液晶顯示模塊

2.3.1 JLX12864G液晶模塊

JLX12864G是深圳晶聯(lián)訊電子公司生產(chǎn)的便攜式設(shè)備用液晶模塊，可以顯示128列×64行點(diǎn)陣單色圖片，或顯示4行16×16點(diǎn)陣的漢字，或顯示8行8×8點(diǎn)陣的英文、數(shù)字、符號。其特點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)輕、薄、帶背光。二是IC采用UC1701X，功能強(qiáng)大，穩(wěn)定性好。三是功耗低。不帶背光10 mW，帶背光不大于100 mW。四是指令功能強(qiáng)。五是接口簡單方便。采用4線SPI串行接口。六是工作溫度范圍寬。在-20℃～70℃之間。七是可靠性高。壽命為50 000小時(shí)(25℃)，非常適合該裝置顯示用。

2.3.2 液晶顯示控制

該裝置根據(jù)需要主要顯示漢字、英文字符、數(shù)字等，因此系統(tǒng)需要存儲16×16字庫用來顯示“經(jīng)度”“緯度”等漢字信息，存儲8×16字庫用來顯示英文字符和數(shù)字信息。由于JLX12864G采用了防強(qiáng)光照射的技術(shù)，即使在中午太陽照射下，也能清晰地顯示各種信息。在夜間使用時(shí)，通過按鍵實(shí)現(xiàn)背光燈開關(guān)切換，背光開后可以清晰顯示各種信息，30 s無按鍵響應(yīng)則裝置又會自動(dòng)關(guān)閉背光燈以節(jié)約電源。

2.4 鋰電池供電模塊

以往的測量裝置往往采用干電池作為便攜式供電設(shè)備，有著明顯的不足，那就是工作成本比較高，往往用幾個(gè)小時(shí)就需要更換電池。采用可充電的鋰電池模塊，則可以減少電池使用成本，增加電池續(xù)航能力。該裝置采用3.7 V鋰電池組，標(biāo)準(zhǔn)容量2 600 MAH，可供裝置連續(xù)工作20 h以上。鋰電池采用充電保護(hù)電路，安全可靠，5 V電源輸入連續(xù)充4 h就可充滿，反復(fù)充電可達(dá)2 200次，降低了裝置的電池使用成本。增加電源監(jiān)控模塊，可在鋰電池電壓低時(shí)報(bào)警提醒，從而防止供電不足導(dǎo)致裝置不能正常工作。

2.5 驗(yàn)鈔LED模塊

農(nóng)機(jī)手農(nóng)忙時(shí)經(jīng)常在夜間作業(yè)，裝置需要具備能在黑暗環(huán)境識別真假鈔的功能。該裝置采用高亮度藍(lán)光LED(波長為395～400 nm)，可利用固定波長紫外光檢測人民幣的紙質(zhì)。由于真假人民幣材質(zhì)不同，假鈔在紫外線的照射下會出現(xiàn)熒光反應(yīng)，真鈔則沒有熒光反應(yīng)。通過驗(yàn)鈔功能按鈕的開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)鈔LED燈的開關(guān)，啟動(dòng)或關(guān)閉驗(yàn)鈔功能，操作非常方便。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件開發(fā)工具

該裝置采用ARM公司推出的MDK4.0集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，編程語言是嵌入式C語言，可運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)模式，迅速開發(fā)應(yīng)用程序。MDK4.0集成開發(fā)環(huán)境是一款具有強(qiáng)大內(nèi)置編輯功能的多內(nèi)核編譯調(diào)試工具，支持ARM、51、AVR內(nèi)核等多種嵌入式微控制器，實(shí)現(xiàn)從工程建立和管理、編譯、鏈接、標(biāo)代碼的生成，到軟件仿真、硬件仿真等完整的軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)流程，非常適合作為嵌入式、便攜式設(shè)備的軟件開發(fā)平臺。

3.2 軟件功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件主要由測量界面、功能界面等組成。測量界面如圖2所示，“就緒”表示已搜索到衛(wèi)星信號，儀器就緒?！?00”表示已保存的測量點(diǎn)數(shù)量?！?2:18”表示當(dāng)前時(shí)間為12時(shí)18分?！癕ZR”表示測量儀參數(shù)，M為測量類型（M：測面積，J：測距離），Z為測量方式（Z：自動(dòng)測量，S：手動(dòng)測量）?！?8”表示當(dāng)前搜索到的衛(wèi)星數(shù)量?！敖?jīng)度”后面的數(shù)據(jù)，表示東經(jīng)120度11.5005分?！熬暥取焙竺娴臄?shù)據(jù)，表示北緯30度16.2080分。

圖 2 軟件測量界面

功能界面由測面積、測距離、測周長、測海拔、查記錄、自動(dòng)測、設(shè)單價(jià)等八個(gè)基本功能組成，可以完成農(nóng)機(jī)作業(yè)的面積測量、單價(jià)設(shè)定和總價(jià)計(jì)算，操作方便直觀。功能界面如圖 3所示。

4 結(jié)束語

圖 3 軟件功能界面

該裝置是以STM32F103R微處理器為核心，采用先進(jìn)的北斗GPS雙模定位技術(shù)研制的一種集測量、計(jì)算、存儲管理于一體的新型農(nóng)機(jī)作業(yè)面積測量裝置，可以實(shí)現(xiàn)全天候?qū)Σ煌螤畹奶飰K進(jìn)行面積測量，方便農(nóng)機(jī)手跨區(qū)播種、插秧、病蟲害防治、收割等作業(yè)使用。經(jīng)實(shí)際測試，該裝置具有測量精度高、可靠性好、攜帶使用方便、續(xù)航能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于我國農(nóng)機(jī)作業(yè)面積的測量，方便農(nóng)機(jī)手進(jìn)行作業(yè)面積的精確測量，提高作業(yè)收益。

[1]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京:北航空航天大學(xué)出版社,2005:200-208.

[2]賴于樹.ARM處理器與應(yīng)用開發(fā)[M].電子工業(yè)出版社,2007:25-32.