物理农业论文

1、基于物理农业的数控高压静电电源设计与制作摘要：植物种子充高压静电在物理农业中已得到广泛应用。给植物种子充高压静电，能够提高种子的发芽率和产量。通过查阅文献，设计并制作了一种通过单片机编程，控制可控硅触发电路，同时可产生方波，控制高压产生电路。经试验，此高压静电电源能够满足不同种子充高压静电的需求。关键词：高压静电；单片机；电源；设计；制作Power Design and Making of NC Electrostatic Based on Physical AgricultureAbstract: Seeds charged with electrostatic has widely bee

2、n used in physical agriculture. The germination rate and productivity of seeds, when charged with electrostatic, can be increased. A kind of SCR trigger circuit controlled by a microcontroller programming is designed and made by referring to different thesis. This circuit can produce square wave con

3、trolling a circuit which produces high-voltage electricity. By experiment, this electrostatic power supply can meet the needs of different seeds charged with electrostatic.Key words: electrostatic, microcontroller, power supply, design, making0 引言现代农业生产技术中，为了提高农作物产量，许多物理农业肥料1已经广泛的应用到农业生产中，植物种子充高压静电是

4、其中的一种。用充高压静电处理种子，可促进种子的发芽、苗齐，提高其在生长过程中吸收肥料的能力，同时增强光合作用，可使农作物增产20%30%，因此，充高压静电在农业生产中的应用是很重要的。但目前大部分高压静电电源，大都利用驰涨振荡器做可控硅的触发控制电路，工作时，先通过调整可变电位器来改变可控硅的触发角，然后再利用倍压整流产生高压，不论是电源电压的调节精确度还是电压的输出灵敏度都比较低，而数控高压静电电源通过单片机编程来控制直流电源输出，使输出直流电压在0V-200V范围内随意增减变化，高压输出能够达到45KV。经实际使用证明，应用该方法制做的高压电源调节灵活、精确度高、显示直观。1 硬件结构1.

5、1系统总体框图P2P1定时器1定时器0INTO中断键盘辅助电源零点检测模块显示模块15625Hz方波发生器模块可控硅控制模块高压产生模块AC220V输入TA89C52图1 系统总体框图该系统由TA89C-52单片机及键盘、辅助电源模块、零点检测模块、显示模块、方波发生器模块、可控硅控制模块、高压产生等模块组成，如图1所示。由于高压电路产生的静电可能干扰TA89C-52单片机，所以单片机采用独立5V专用辅助电源，设计为“冷地2”；高压产生电路的驱动电路采用12V辅助电源，并且12V辅助电源与高压产生电路共地，设计为“热地2”；在15625Hz方波发生器模块与高压产生模块之间设计了光电耦合器电路，

6、很好的实现了“冷地”与“热地”隔离；根据电磁辐射干扰4原理，利用一个密闭的金属盒屏蔽整个TA89C-52单片机系统，进一步确保TA89C-52单片机工作稳定。1.2系统设计单片机系统及显示电路图2 89C52单片机系统及显示电路以TA89C-52单片机3为检测和控制核心，控制高压产生电路和可控硅的触发电路，如图2所示。为了产生多个脉宽度又互不影响的输出脉冲信号，外接晶体振荡器采用35MHz。其中P3.2口由零点检测电路输入中断信号，与软件完成计数功能，在P2口外接的键盘输入指令作用下，使定时器0输出可变的导通尖脉冲触发信号；定时器1通过编程在P2.4口输出15625Hz方波信号，方波高低电平持

7、续时间误差小于0.44s，精度极高，完全达到高压产生电路的需要，确保高压产生电路振荡频率的稳定。显示模块采用数码显示管显示，数码显示管有2片74LS48驱动2个共阴极数码显示器，可在误差范围内准确、醒目地显示当前高压值。键盘电路键盘采用独立键盘结构，用于确定定时器0的记数值，从而确定可控硅触发时刻大范围调整输出直流电压(0V-45KV)。零点监测电路零点监测电路如图3所示。以U1、Q1、R1、 R2、R3组成。采用光电耦合器U1实现交流电由负半轴到正半轴过度点，保证了零点监测的准确，零点监测输出信号由Q1集电极输出，输入到AT89C-52的P3.2口，经AT89C-52单片机系统处理，由AT8

8、9C-52的P2.3口输出尖脉冲触发信号，控制U2的工作状态，同时也避免了高、中、低压之间互相干扰，实现了“冷地”与“热地”之间的隔离，确保单片机工作安全可靠。12322R112 K220 KR4220R51K/2WR32WCS35-08R64702WC2104400V+5VC1959去89C52 P3.2 脚去89C52 P2.3脚图3 零点检测及可控硅控制电路C1100uFR25 K1Q1U1P521U2S21ME3Q2C3104400VR7470C4、C5470u×2250VL1AC220V50HzDC0-120V可控硅控制电路可控硅控制电路如图3所示，由U2、Q2、R4、R5

9、等电路组成。其中U2采用S21ME3，具有光耦带可控硅驱动功能，驱动Q2单向可控硅，使输入的交流220V电压，在C4、C5及L1组成的滤波器上得到0110V可调的直流电压，供高压产生电路。U2受控于AT89C-52的定时器0（P2.3口），该尖脉冲触发信号能够准确确定Q2的导通角，可精确到/22727。精确度高，调节方便。高压产生电路高压产生电路如图4所示，由U3、Q2、Q3、T1、T2、L2等组成。图中U3实现了AT89C-52与高压电路的隔离，电路工作安全稳定，输入信号来自AT89C-52 的定时器1（P2.4口），信号频率是15625Hz的方波；T1与 Q2组成激励电路，采用反极性激励方

10、式，T2是高压输出变压器，初次级匝数为105T/2700T。高压产生电路工作频率较高，升压及整流等电路工作效率高，电路简HV0-45KVR11 220Q2 C2482C7222C8222C91512KVC1062011.6KVT1 D1651+12VR812 KR922032L40290MHz来自89C52 P2.4 脚0.1uF图4 高压产生电路C6100uFQ3C11222R10470C120.4L2T2 105T2700TL3R11C13U3P521洁，电压调整依据可控硅导通角实现，精确度高，可产生045KV可控高压。辅助电源电路为了避免高压电路对单片机系统的影响，辅助电源电路由两个完全

11、独立的降压变压器T3和T4产生，如图5所示。LM7805集成稳压器产生5V电源为AT89C-52V和检测电路提供工作电源， 12V电源由LM7812集成稳压器产生，为高压激励电路提供专用“热地”电源。5V电源和12V电源分别由开关K2和K1控制。LED1指示高压电路工作状态，提高使用安全性。图5 辅助电源电路AC 220VT415V15V+C171000C180.1LM7812+C19100+12V 220VAC 220VT39V9V+C141000C150.1LM7805+R125K1+5V 220VK1K2LED1LED2R1310KF250V2A2 系统软件 输出可控硅 控制低电平 关定

12、时器0 延时 输出可控硅 控制低电平图8 定时器0中断服务结束开始定时器0初值定时器零图7 INTO中断服务结束 初始化 键盘扫描显示模块图6 主程序开始结束主程序框图如图6所示，初始化主要对单片机INT0、T0、T1进行初始化，并设定T0用于产生频率为15625Hz的方波，而T1用于产生定时可控的初始值。如图7所示，INT0中断请求信号由交流电负半周向正半周过渡的零点提供。当零点监测电路送来信号时，开启定时器0，使定时器0按用户预设的时该定时。输出高电平 控制位翻转控制位高电平输出低电平设定T1定时值高电平时间设定T1定时值低电平时间图9 定时器1中断结束如图8所示，定时器0中断服务程序输出

13、负脉冲。当定时时间到用户预设时刻时，关闭定时器0，输出低电平，并延时1ms，输出高电平，完成负脉冲输出，该负脉冲用于触发可控硅导通。如图9所示，定时器1主要功能产生15625Hz方波，用于高压产生信号源。程序安排控制位翻转，当控制位为高电平时，输出高电平，设定T1定时时间为信号要求的高电平时间，而当控制位为低电平时，输出低电平，并设定T1定时时间为信号要求的低电平时间。3 安装与使用用户安装时，可将高压电源箱体后高压输出端与负载的高压输入端相连，面板前端高压接地和负载地相连。使用时，本装置电源接200V交流电，首先开启“电源开关”，然后开启“高压开关”。此时，系统处于初始状态，高压输出为零。按

14、“升压”按钮可使输出电压升高，按“降压”按钮可使高压降低，高压显示器显示当前高压值，用户依显示调节输出电压，达到用户需要的电压值。“复位”开关可使系统复位，回到初始状态，高压输出为零。关机时，应先关闭高压开关，后关闭低压开关。4 结束语该高压静电电源，用单片机作为控制系统，通过软件编程实现了直流电源在0-110V增/减调节，使高压电路产生0-45KV的静电。在植物种子充高压静电装置上利用该高压电源，对小麦种子进行试验，结果证明，小麦在萌发期的各项生理指标表现出极显著的效果，在20kv和25kv各时间条件下处理的小麦种子，对萌发期的各项生理指标均有促进作用，且在35kv时，对病虫具有抑制作用。该

15、高压静电电源与传统的电路相比,具有可靠性高、操作方便、精度高、直观等特点。参考文献：1 阵志远，谢菊芳，罗治钢，李泽平，张彦海 高压静电场预处理对作物种子活力影响的机理探讨湖北大学学报自然科学版C2003期第三版2彭世林，李本印等彩色电视机原理与维修M 甘肃：兰州大学出版社，2004.186-210 3杨恢先，黄辉先单片机原理及应用M北京：人民邮电出版社，2006.1781854 钱照明,程肇奇编著电磁兼容设计基础及干扰抑制技术M 浙江大学出版社 2004附：参考程序ledconequ p3ledcodeequ p1keyportequ p2org 0hljmp startorg 03hljm

16、p subint0org 0bhljmp subt0org 1bhljmp timer1start:mov sp,#60hMOV 50H,#0;显示BCDmov p1,50hmov tmod,#11hmov ie,#8fhmov ip,#8mov tcon,#1;mov r5,#0a1h ;mov r4,#1chmov r5,#0a2h ;mov r4,#9chsetb 21hsetb p2.4mov th1,#255 mov tl1,#222setb tr1repeat:orl keyport,#03h mov 2bh,keyportdelay:orl keyport,#03hmov a,k

17、eyport orl a,#0fchcpl ajnz delayjb 2bh.0,widthup mov a,r4clr csubb a,#32mov r4,amov a,r5subb a,#0mov r5,amov a,50hadd a,#99hda amov 50h,aclr csubb a,#37hjc bottommov 50h,#0 jmp bottomwidthup:jb 2bh.1,bottommov a,r4clr cadda,#32mov r4,amov a,r5addc a,#0mov r5,amov a,50hinc ada amov 50h,aclr csubb a,#045hnext1:jc bottom;/限制高压mov r5,#0a8hmov r4,#3chmov 50h,#45hbottom:nopdisp:mov a,50h;clr c;rrc amov p1,ajmp repeatsubint0:mov tl0,r4mov th0,r5setb tr0retisubt0:clr p2.3clr tr0mov r6,#2up:mov r7,#255djnz r7,$d