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摘要：單片機是依托集成電路技術而研制的一種微型控制器，其本質是微型計算機，具備數學數據處理、系統控制等功能，被廣泛應用于多領域的自動化系統改造中，并獲得極為顯著的改造效果?；诖耍P者詳細介紹了單片機的基本特征，分析了農業機械設備自動化改造中單片機的應用優勢，提出了切實可行的具體應用改造措施，助力農機設備的自動化升級。
關鍵詞：單片機；農業機械設備；自動化改造；滴灌系統
單片機有著極強的數學邏輯控制能力，具有結構小、重量輕、功率消耗低等優勢，從而受到多個行業的青睞。開展農機設備自動化改造時，合理、科學運用單片機技術，能夠彌補傳統農機設備操作難度大、效率低、管控不及時等缺點，為農機設備的自動化操作、控制與運行提供可靠的技術支持。
1農機設備自動化改造中單片機應用優勢
農機設備自動化發展是現代化農業生產過程中需重點考慮以及預期實現的目標，既能夠減少人工操作量，還能夠賦予農機設備更高性能，確保其始終保持良好、穩定的運作狀態，提高農業生產效率與質量。但要想實現對農機設備的自動化改造，需應用計算機系統與各類先進改造技術，而單片機便是計算機系統的重要類型，其作用是對系統進行微化處理，并優化計算機性能，為農機設備自動化改造的順利推進提供可靠保障，促使設備總體性能及產能大幅提升，以保證農業生產水平[1]。單片機可看作一種單片微型計算機，隨機存儲、讀取中央處理器，從而達到端口輸入與輸出的目的，是集所有功能為一體的集成電路芯片。隨著技術的不斷發展與創新，單片機已從最初的8位發展至如今的32位，且不同單片機的運行特點有較大差異，但彼此間相互補充。由此可見，農機設備改造中單片機的應用是未來主流發展趨勢，應深入探究，盡可能發揮出單片機應用價值。推進農業生產現代化，涉及多類型自動化、智能化機械設備的使用，同時也包括以人工操作為主的傳統農機設備。只有做到設備的統一管理，科學運行計算機操作系統，確保設備性能完善，才能推動農業生產高質量、高效率進行。作為計算機的核心部件，單片機因其自身性能優勢，可從根本上增強各部件抗干擾能力，充分發揮計算機系統管理職能，強化現代農機設備管理水平，確保設備穩定、安全運行[2]。此外，農業的發展與轉型，對農機設備各部件的運行性能提出更高要求，既要保留傳統農機生產性能，還要進行外部拓展，嚴重影響農機設備自動化系統運行效率，這就需要積極落實設備自動化改造工作。尤其是多個部件的集中化應用，更能夠凸顯出計算機改造、管控作用，并在極強抗干擾條件下，促進農機設備智能化、自動化發展。
2單片機的合理選擇及基本特征
2.1單片機的合理選擇
科技的進步在優化單片機性能的同時也豐富了單片機類型，為適應各個行業應用發展需求，創新出不同類型與型號的單片機系統。選用單片機時，應從以下三個角度加以思考：其一，單片機在運行過程中應表現出極強的實用性，可充分滿足系統穩定、連續運行的需求；其二，應保證單片機產品的易獲取性，與其他同類型產品相比，應具備極高的性價比；其三，根據農機操作人員對單片機技術的理解程度以及應用能力科學選用單片機類型，確保技術的完善與后續應用開發的有序進行[3]。單片機入門者在選購單片機系統時需參考以上建議，當前性能優越、運行穩定的單片機系統類型為51系列的8位單片機。技術人員應深入了解單片機運行原理與基本功能，加強對其他類型單片機的學習，實現對更高級操作技巧的全面掌握，以此滿足個性化、多元化使用需求。此外，選擇單片機時，以能夠直接下載程序的類型為重點考慮對象，為后續程序的修改與優化提供可操作性保障。一般來說，單片機的程序存儲區可執行1000次～10萬次的反復擦寫，這一特征能夠基本滿足入門者對單片機的學習要求。但為獲得預期學習效果，最大程度地發揮單片機應用價值，還應積極了解、學習單片機資料手冊，熟悉單片機系統整體結構與內部構造，并做到對硬件資源的有效掌握，促使單片機性能開發與利用效率得以提高[4]。
2.2單片機的基本特征
多種功能集中于一張芯片上是單片機最為突出的特征，很多操作人員認為若將多類別工作整合于同一張芯片上，會減少單片機零部件使用量。但事實上，單片機具備完整的計算機性能，且系統內部設置有多個部件，如中央處理器，并在其外端連接有通信外接設備。這一構造方式賦予單片機更高性能，從而滿足使用者運行需求。起初所制造的單片機僅有內存零部件，而技術的不斷發展以及各行業使用需求的不斷增多，現如今的單片機在整體結構上得到相應的完善，并具備聲音、圖像等多種要素。經過長時間的運作與優化，單片機的使用也可起到網絡檢索的作用。在最初設計時，因單片機功能完善，可縮小計算機體積，增強操作便捷性，且單片機可以同網絡直接相連，拓寬適用范圍，有利于對現場的遠程把控，因此，僅考慮接入更多外接設備，卻忽視了對現場干擾因素的考慮。對此，技術人員便加強對單片機抗干擾性能的研究，以此豐富系統功能。此外，對單片機的使用特征進行分析，其擁有良好集成度，且所占空間小，便于攜帶。單片機還表現出多方面優勢，比如控制功能完善、操作難度低、性價比高等，現如今被廣泛應用于計算機通信、農業生產、醫療設備等領域中[5]。
3農機設備自動化改造中單片機的實際應用
3.1明確單片機控制要求
為深入、全面、準確地分析單片機控制要求，應了解、明確農機設備自動化的改造需要。單片機生產與應用期間，為保證單片機能夠在農機自動化系統中穩定、良好運作，應在系統改造前，依托所設定的具體執行要求，對單片機實際控制要求進行深入探討。通常來說，在維護單片機整體運行安全性的前提下，需根據自動化系統實際運行程序，著手對存儲層傳輸信息與重要信息的分析工作，并在制作單片機的過程中，明確單片機具體安裝位置，同時做好各部件的制作與檢測工作。比如，若單片機沖頭下沖，需先執行首孔沖制工作，緊接著檢測沖制機制，確保其整體合理性，當達到良性循環狀態后，開展第二個單片機孔沖制作業。處理完所有孔后再回到首孔位置，對單片機材料進行更換。這一控制要求的實施既能夠推動單片機生產與制作工作的有序、順利執行，還可在農機設備自動化改造中充分發揮作用，以此滿足系統自動化改造需要[6]。
3.2做好軟件功能改造
工作單片機軟件系統的搭建與穩定運行可實現對任務細節的處理，并保證各類資源的合理利用，將更為明確的操作指令發送給農機設備，實現自動化管控。軟件是確保農機自動化系統工作運轉良好的主要動力基礎，這就需要在開展農業機械設備自動化系統控制與改造時，加強對軟件設施的完善，為農機設備自動化系統穩定運行創設良好條件。使用單片機開展設備改造時，盡可能建立起各自動化子系統彼此間的聯系，確保所有系統的高度配合，以保證系統的完整性、先進性，凸顯出系統軟件的運行功能與價值，并滿足農機設備機械化、自動化運行需求。此外，功能設計時，為增強設計的全面性、科學性，應按照系統特點以及實際功能劃分多個模塊，以模塊為單位著手功能設計工作，實現對各部分功能的優化與調整，簡化設計程序的同時，降低整體化系統運行調控難度，推動設計工作的有序、高效落實。但需注意的是，開展模塊調控工作時，應預留充足空間，為后期系統運維、升級創設有利條件[7]。
3.3軟硬件抗干擾改造
要想單片機長時間保持穩定、良好的運行狀態，發揮其應用價值，強化農機設備自動化改造效果，僅依靠軟件、硬件的功能無法實現，還需增強軟件與硬件彼此間的配合度，并提高軟硬件系統整體抗干擾能力。現如今，單片機被廣泛應用于農業機械功能完善與自動化改造作業中，但由于農業技術水平較低，且農業機械運行環境較差，為推動設備自動化改造工作有序、高質量進行，就需注重對自動化系統抗干擾功能的設計，確保農機設備運行穩定。此外，此項工作的開展還可從真正意義上保障設備接收運行指令與各類信號的正確性，并嚴格按照指令信息自動運行，降低設備損壞風險。但隨著農業生產需求的增多以及農機設備操作技術水平的不斷強化，要求單片機的抗干擾設計也作出相應的改變。而此項設計效果得益于軟件系統與硬件系統的不斷升級，增強系統運行穩定性、安全性，可保證農機設備自動化改造的秩序性、先進性[8]。
3.4加強驅動電路改造
驅動電路是需重點關注的設計內容。驅動電路是保證系統相互協調運行的關鍵，亦是各子系統多元化功能充分實現的前提。開展驅動電路設計工作時，主要設計內容包括端口驅動的連接方式、需協調運作的子系統、輸入輸出信號的科學處理等，為各個部位的穩定、高性能運作提供基本保障[9]。
3.5控制總電路改造
農機設備自動化系統性能的充分發揮，需科學、合理地應用單片機技術，在先進技術的支撐下，提高設備控制系統靈敏度與管控力，還可實現多個子系統的良好、協調運作，并達到控制總電路改造的效果。若所設計的控制電路缺乏合理性，無法發揮其控制作用，將不利于自動化系統的安全、良好運作，甚至會增大農機設備運行故障、損壞的風險。分析單片機結構能夠發現，單片機設置有強大且指令豐富的系統，在系統資源占用方面也表現出顯著優勢，可從根本上增強自動化系統控制精準性、及時性、穩定性[10]。
4農業滴灌自動化系統功能改造設計
首先，改造、設計土壤濕度檢測模塊。為保證滴灌系統穩定運行，為農業生產提供適宜水分，需搭建土壤中水分含量實時檢測系統，并將傳感器作為主要工作元件。要想傳感器發揮出數據采集功能，長時間保持良好運行狀態，傳感器需具備極強的防水性能，故通常由不銹鋼或防水材料制作而成。確保傳感器能夠較長時間埋藏于含水量高的土壤中，定點監控、測量土壤表層與深層部分水分含量。該模塊可自動接收傳感器反饋數據，對數據進行處理，以信號模擬的方式輸出，這類信號只有兩種形式，即低于既定含水量、高于既定含水量，此時自動化滴灌系統可根據信號控制供水量。其次，設計信號轉換模塊。因單片機可實現對數字信號的科學處理，所以當接收到傳感器輸出的模擬信號后，需利用信號轉換裝置將模擬信號轉換為數字信號，再由單片機進行處理。在設計與改造該模塊時，應保證配置的信號轉換裝置可以自行獨立供電，且不會消耗過多電能，并具備極為顯著的續航效果。設計模擬信號輸入端口時，其數量應多于信號輸出端口，確保系統功能性運作。此外，還應搭建信號輸出模塊，利用單片機處理完輸入數字信號后，再通過信號輸出裝置控制系統實際供水量，以串行的方式設置總線，自動控制并完成模擬信號輸入與輸出、數字信號輸入與輸出，確保滴灌系統運行的穩定性、科學性。再次，搭建工作參數顯示模塊。為保證滴灌系統操控人員能夠實時跟蹤、掌握系統運行狀態，確保滴灌作業有效進行，需科學設置、優化工作參數顯示模塊。在控制中心安裝LCD液晶顯示裝置，實現農業生產現場情況的可視化展示。由于自動化滴灌系統只是對供水量進行控制，系統工作參數構成較為簡單，采集、觀察、處理的數據量較少，通常以字母、數字、符號的形式加以顯現。因此，對于該模塊的功能要求較低，只需確保顯示裝置能夠精準顯示出現場操作界面并反饋有關數據即可。最后，完善遠程操作模塊。為增強系統運行人員整體使用體驗感，并發揮出自動化滴灌系統管控功能，應為系統配置遠程遙感裝置?，F階段，市場中應用頻率最高的裝置為紅外線遙控裝置，利用遙感器發射紅外線，再借助控制模塊科學處理接收到的紅外線信號，對系統工作狀態進行實時調控。在此過程中，自動化滴灌系統應通過遙控操作實現對系統工作模式與工作時間等參數的調整。
5結束語
綜上所述，現代科技水平的不斷發展與自動化程度的大幅提高，促使單片機結構優點與功能優勢得到全面完善與充分彰顯，單片機在多領域中應用的同時被大范圍推廣。因此，改造農機設備自動化系統時，加強單片機技術的有效應用，著眼于自動化系統軟件功能設計、軟硬件抗干擾設計、驅動電路設計等工作，可賦予自動化系統更高性能，并始終保持穩定、安全的運行狀態，在先進技術與自動化設施的共同支撐下，提高農業生產效率與質量。
作者：王亞 單位：濮陽職業技術學院
