通用變量作業(yè)控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于農(nóng)田播種、施肥、噴藥等變量作業(yè)的通用變量作業(yè)控制器，該通用變量作業(yè)控制器與相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合，可用于氣吸式播種、外槽輪式施肥、噴桿式噴藥的變量作業(yè)控制，同時(shí)控制輪式農(nóng)機(jī)行駛速度，為變量作業(yè)提供穩(wěn)定的行駛速度。該變量控制器由ARM9核心單元、電源模塊、推桿驅(qū)動(dòng)模塊、電磁閥控制模塊、電機(jī)控制模塊、電壓輸出模塊、脈沖信號(hào)調(diào)理模塊、電流測(cè)量模塊和電壓測(cè)量模塊構(gòu)成。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)變量作業(yè)控制，同時(shí)通過(guò)油門踏板控制農(nóng)機(jī)行駛在穩(wěn)定的設(shè)定速度，提高變量作業(yè)的精度。
【專利說(shuō)明】通用變量作業(yè)控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)機(jī)自動(dòng)化及智能化領(lǐng)域，具體涉及一種用于農(nóng)田播種、施肥、噴藥等變量作業(yè)的通用變量作業(yè)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]田間變量作業(yè)技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的田間實(shí)現(xiàn)方法，也是體現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)思想和效果的關(guān)鍵步驟。田間變量作業(yè)技術(shù)根據(jù)農(nóng)田內(nèi)部各個(gè)區(qū)域作物生長(zhǎng)環(huán)境的差異性，科學(xué)管理，因地制宜，按需變量投入，改變了傳統(tǒng)的平均投入的田間管理方法，減少了肥料、農(nóng)藥等的田間投入量，節(jié)約了資源，最大限度的發(fā)揮了土壤、農(nóng)藥和肥料的利用率，提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，增加了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成了精準(zhǔn)播種、施肥、施藥、灌溉、收獲等技術(shù)體系，配套產(chǎn)品也相繼開(kāi)發(fā)、銷售與應(yīng)用。國(guó)內(nèi)對(duì)于變量作業(yè)技術(shù)的研究和實(shí)踐，主要以引進(jìn)、消化吸收國(guó)外技術(shù)為主，且研究大部分局限于單一的變量作業(yè)領(lǐng)域，沒(méi)有形成完整的變量作業(yè)系統(tǒng)，具有功能單一、通用性不強(qiáng)、可擴(kuò)展性差和通信接口不規(guī)范等缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為解決大田作業(yè)變量作業(yè)控制系統(tǒng)的功能單一、通用性不強(qiáng)、可擴(kuò)展性差和通信接口不規(guī)范等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型針對(duì)我國(guó)大田作物管理中常用農(nóng)機(jī)具類型，設(shè)計(jì)了一種根據(jù)作業(yè)處方圖、農(nóng)機(jī)的行駛速度及其田間的位置精確地實(shí)現(xiàn)輪式農(nóng)機(jī)行駛速度、氣吸式變量播種、外槽輪式變量施肥、噴桿式變量噴藥的控制器及其控制方法。
[0004]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種通用變量作業(yè)控制器，包括:
[0005]信號(hào)采集單元，輸出端連接核心單元，用于采集變量作業(yè)過(guò)程中的作業(yè)狀態(tài)信息；
[0006]核心單元，輸入端連接信號(hào)采集單元，輸出端連接執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元，用于
[0007]執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元，輸入端連接核心單元，用于實(shí)現(xiàn)各種變量作業(yè)系統(tǒng)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)；
[0008]CAN通信單元，連接核心單元，用于與其他的變量作業(yè)系統(tǒng)通信。
[0009]所述信號(hào)采集單元包括:
[0010]脈沖信號(hào)調(diào)理模塊，用于將四路不同幅值的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離和電壓調(diào)整后所述核心單元的定時(shí)計(jì)數(shù)器的捕獲輸入端口進(jìn)行測(cè)量；
[0011]電流測(cè)量模塊，包括萬(wàn)分之一精密電阻和運(yùn)算放大器；通過(guò)萬(wàn)分之一精密電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器將電壓調(diào)整到所述核心單元的測(cè)量范圍，由所述核心單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量；
[0012]電壓測(cè)量模塊，為集成運(yùn)放，將電壓放大或縮小到所述核心單元測(cè)量的電壓范圍內(nèi)，由所述核心單元內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量。[0013]所述核心單元由ARM9核心單元和電源模塊構(gòu)成ARM9最小系統(tǒng)；
[0014]所述ARM9核心單元，包括基于32位ARM9內(nèi)核的處理器、存儲(chǔ)器擴(kuò)展，用于根據(jù)作業(yè)狀態(tài)信息得到相應(yīng)的控制信號(hào)；
[0015]所述電源模塊，為PWM控制模式的異步DC-DC降壓型穩(wěn)壓器，為ARM9核心單元和外圍控制電路提供所需的5V、3.3VU2V電源電壓。
[0016]所述執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元包括推桿驅(qū)動(dòng)模塊、電磁閥控制模塊、電機(jī)控制模塊、電壓輸出模塊；
[0017]所述推桿驅(qū)動(dòng)模塊，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路、電位器和電動(dòng)推桿；處理器通過(guò)ARM核心單元的I/O 口控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的雙全橋電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片輸出電流的大小和方向，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出連接至電動(dòng)推桿，控制電動(dòng)推桿的推動(dòng)方向；電動(dòng)推桿的位置反饋信號(hào)連接到信號(hào)調(diào)理電路中，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后，反饋信號(hào)輸入至ARM核心單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入引腳上，由ARM處理器進(jìn)行推桿位置的測(cè)量；
[0018]所述電磁閥控制模塊，包括緩沖電路、模擬開(kāi)關(guān)電路、固態(tài)繼電器和電磁閥；ARM核心單元輸出的PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)緩沖電路連接至模擬開(kāi)關(guān)電路，模擬開(kāi)關(guān)電路將經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)的PWM信號(hào)輸入固態(tài)繼電器的控制端，固態(tài)繼電器的輸出端與電磁閥相連，通過(guò)控制固態(tài)繼電器的吸合和開(kāi)路，從而實(shí)現(xiàn)電磁閥的大開(kāi)和關(guān)閉；
[0019]所述電機(jī)控制模塊，采用了外置的定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片產(chǎn)生頻率可調(diào)四路的脈沖信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)I/o 口控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，用于變量施肥播種系統(tǒng)中直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速控制；
[0020]所述電壓輸出模塊，包括數(shù)字電位器和電壓跟隨器，數(shù)字電位器與ARM核心單元通過(guò)I2C接口相連，通過(guò)ARM核心單元控制數(shù)字電位器輸出0-5V連續(xù)可變電壓，并經(jīng)過(guò)電壓跟隨器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)后輸出。
[0021]所述PWM信號(hào)發(fā)生電路采用了外置的定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片產(chǎn)生頻率和占空比可調(diào)節(jié)的PWM脈沖信號(hào)。
[0022]所述信號(hào)調(diào)理電路采用了具有三態(tài)輸出的八路緩沖器電路I路信號(hào)分成6路、模擬開(kāi)關(guān)電路控制各路PWM信號(hào)的通斷，達(dá)林頓晶體管陣列增加驅(qū)動(dòng)能力來(lái)驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器進(jìn)而控制電磁閥的開(kāi)關(guān)。
[0023]所述CAN通信單元由外擴(kuò)的CAN控制器和CAN收發(fā)器組成，以自定義的數(shù)據(jù)格式與其它的變量作業(yè)系統(tǒng)設(shè)備通信。
[0024]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0025]1.該通用變量作業(yè)控制器與相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合，通過(guò)CAN總線配置可用于氣吸式播種、外槽輪式施肥、噴桿式噴藥的變量作業(yè)控制，同時(shí)控制輪式農(nóng)機(jī)行駛速度，為變量作業(yè)提供穩(wěn)定的行駛速度；實(shí)現(xiàn)對(duì)多種田間作業(yè)機(jī)械的控制，實(shí)現(xiàn)播種、施肥、噴藥等變量作業(yè)控制，改變了原有控制器功能單一的缺點(diǎn)，同時(shí)能控制拖掛農(nóng)機(jī)具的輪式農(nóng)機(jī)行駛在穩(wěn)定的設(shè)定速度，提高變量作業(yè)的精度。
[0026]2.本實(shí)用新型的通用變量作業(yè)控制器采用CAN通信模塊使通信接口規(guī)范，能夠與其它精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品配合。
[0027]3.本實(shí)用新型的通用變量作業(yè)軟件設(shè)計(jì)基于嵌入式操作系統(tǒng)，采用多任務(wù)、事件觸發(fā)的程序設(shè)計(jì)思想，程序?qū)崟r(shí)性好，擴(kuò)展性強(qiáng)?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為通用變量作業(yè)控制器整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為通用變量作業(yè)控制器信號(hào)采集單元示意圖；
[0030]圖3為通用變量作業(yè)控制器執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元示意圖；
[0031]圖4為通用變量作業(yè)控制器變量作業(yè)各功能典型應(yīng)用框圖；
[0032]圖5為通用變量作業(yè)控制方法流程圖；
[0033]圖6為執(zhí)行變量作業(yè)任務(wù)流程圖；
[0034]圖7為執(zhí)行速度控制任務(wù)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]如圖1所示，本實(shí)用新型的通用變量作業(yè)控制器是基于ARM9內(nèi)核的設(shè)計(jì)的，根據(jù)其功能劃分為核心單元、信號(hào)采集單元、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元、CAN通信單元四部分，能夠?qū)崿F(xiàn)氣吸式播種、外槽輪式施肥、噴桿式噴藥的變量作業(yè)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輪式農(nóng)機(jī)行駛速度控制，為變量作業(yè)提供穩(wěn)定的行駛速度。
[0037]核心單元包括ARM9核心單元和電源模塊，ARM核心單元是基于32位LPC3250嵌入式處理器的，該控制器帶有一個(gè)ARM926EJ-S內(nèi)核，并具有一個(gè)矢量浮點(diǎn)協(xié)處理器，具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，并帶有一系列的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，支持包括UART，I2C在內(nèi)多種串行接口，同時(shí)具有A/D轉(zhuǎn)換器、帶捕獲功能的定時(shí)器，PWM輸出等功能。同時(shí)，該模塊擴(kuò)充了 32M NANDFLASH,2M N0RFLASH存儲(chǔ)單元，以提供支持操作系統(tǒng)所需的虛擬存儲(chǔ)器功能。
[0038]電源模塊采用了 SP7656直流開(kāi)關(guān)電源芯片為控制器提供5V、3.3VU2V電源電壓。該芯片是PWM控制模式的異步DC-DC降壓型穩(wěn)壓器，支持4.5V-29V寬電壓輸出，3A電流輸出，輸出電壓精度在1%以內(nèi)，同時(shí)將模擬電源與數(shù)字電源之間采用磁珠隔離來(lái)降低兩者之間的噪聲干擾。
[0039]CAN通信單元，由外擴(kuò)的CAN控制器和CAN收發(fā)器組成，能夠以自定義的數(shù)據(jù)格式與其它的變量作業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信，如圖1所示。CAN控制器為SJA1000T，該芯片是一款獨(dú)立的CAN控制器，具有PeliCAN工作模式，能夠支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議；CAN收發(fā)器為CTM8251T，該芯片是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器芯片，可以連接任何一款CAN協(xié)議控制器，實(shí)現(xiàn)CAN節(jié)點(diǎn)的收發(fā)與隔離功能。
[0040]信號(hào)采集單元包括脈沖信號(hào)調(diào)理模塊、電流測(cè)量模塊和電壓測(cè)量模塊，如圖1所
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[0041]如圖2所示，脈沖信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)光電耦合器TLP521將來(lái)自各個(gè)傳感器的不同電壓幅值的脈沖信號(hào)隔離和電壓調(diào)整后送至LPC3250定時(shí)計(jì)數(shù)器的捕獲輸入(CAP)端口，捕捉輸入信號(hào)的電壓變化時(shí)刻定時(shí)計(jì)數(shù)器的值并產(chǎn)生中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)周期的測(cè)量，同時(shí)可測(cè)量四路脈沖信號(hào)。
[0042]電流測(cè)量模塊采用了萬(wàn)分之一精密電阻將4_20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)單電源供電軌到軌輸入和輸出運(yùn)算放大器AD8565將電壓調(diào)整到LPC3250的電壓測(cè)量范圍，由10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行測(cè)量，如圖2所示。[0043]電壓測(cè)量模塊同樣通過(guò)運(yùn)算放大器AD8565將電壓放大或縮小到合適的電壓范圍內(nèi)，由LPC3250內(nèi)部的ADC測(cè)量，如圖2所示。
[0044]執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元包括推桿驅(qū)動(dòng)模塊、電磁閥控制模塊、電機(jī)控制模塊、電壓輸出模塊，用于各種變量作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，如圖1所示。
[0045]推桿驅(qū)動(dòng)模塊包括推桿伸縮控制電路和推桿位置測(cè)量電路，如圖3所示；推桿伸縮控制電路采用雙全橋電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N控制推桿電機(jī)正反轉(zhuǎn)，L298N是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片采用最高工作電壓可達(dá)46V，持續(xù)工作電流為2A，內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載，采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制，因此，推桿電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由LPC3250的通用輸入輸出(I/O)控制，推桿的伸縮長(zhǎng)度通過(guò)電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間來(lái)控制，推桿電機(jī)與電位器相連，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)電位器電阻發(fā)生變化，推桿位置測(cè)量將其電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?，并?jīng)過(guò)運(yùn)算放大器AD8565構(gòu)成的電壓調(diào)整電路，將信號(hào)調(diào)整到合適的電壓范圍內(nèi)，由LPC3250內(nèi)部的ADC測(cè)量。
[0046]電磁閥控制模塊通過(guò)PWM方式來(lái)調(diào)整12路電磁閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間，P麗信號(hào)由LPC3250自帶的2路簡(jiǎn)單脈寬調(diào)制器(SPWM)產(chǎn)生，兩個(gè)PWM均包含一個(gè)可編程的占空比，步幅為255，信號(hào)調(diào)理電路采用了具有三態(tài)輸出的八路緩沖器電路將每路PWM信號(hào)分成6路、同時(shí)將各路PWM信號(hào)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)芯片MAX4515分別控制各路電磁閥的通斷，并采用了達(dá)林頓晶體管陣列ULN2003A來(lái)增加PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力，固態(tài)繼電器(SSR)實(shí)現(xiàn)用小電流去控制大電流感性負(fù)載電磁閥的通斷，如圖3所示。
[0047]電機(jī)控制模塊采用了外置的2個(gè)可編程時(shí)間間隔定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片82C54產(chǎn)生頻率可調(diào)的4路脈沖信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)達(dá)林頓晶體管陣列ULN2003A來(lái)增加驅(qū)動(dòng)能力來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向可通過(guò)LPC3250的通用I/O 口控制。
[0048]電壓輸出模塊采用了 256位數(shù)字電位器AD5259實(shí)現(xiàn)輸出0_5V連續(xù)可變電壓，輸出電壓經(jīng)過(guò)由AD8565構(gòu)成的電壓跟隨電路實(shí)現(xiàn)緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，如圖3所示。該數(shù)字電位器可實(shí)現(xiàn)與機(jī)械電位計(jì)或可變電阻相同的電子調(diào)整功能，而且具有增強(qiáng)的分辨率和固態(tài)可靠性，可通過(guò)LPC3250的I2C接口控制，同時(shí)讀回寄存器設(shè)定值等內(nèi)容。
[0049]圖4為通用變量作業(yè)控制器在實(shí)現(xiàn)各功能典型應(yīng)用框圖。變量施肥單元通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制排肥機(jī)構(gòu)排肥輪轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)施肥量的大小，同時(shí)測(cè)量施肥軸轉(zhuǎn)速，并根據(jù)施肥軸轉(zhuǎn)速與施肥量之間的關(guān)系求得實(shí)際施肥量用于控制。變量播種系統(tǒng)的通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制排種機(jī)構(gòu)排種軸的轉(zhuǎn)速，從而保證播種的株距和播種量，同時(shí)利用光電傳感器檢測(cè)排種口種子的掉落情況，對(duì)漏播，重播，播種器堵塞等信息進(jìn)行記錄報(bào)警。變量噴藥單元通過(guò)調(diào)整回液管電動(dòng)閥開(kāi)度來(lái)改變管道內(nèi)的壓力進(jìn)而改變噴藥量，同時(shí)也可通過(guò)PWM方式調(diào)節(jié)噴頭電磁閥開(kāi)關(guān)時(shí)間與頻率來(lái)改變噴藥量。速度控制系統(tǒng)根據(jù)地速傳感器測(cè)量的實(shí)時(shí)農(nóng)機(jī)行駛速度，通過(guò)電動(dòng)推桿調(diào)整油門踏板來(lái)調(diào)節(jié)農(nóng)機(jī)的行駛速度。
[0050]通用變量作業(yè)控制器變量作業(yè)典型的工作步驟為:
[0051]S1、板級(jí)初始化并建立CAN解析任務(wù)、速度控制任務(wù)(SpeedTask)、變量施肥任務(wù)(FertilizerTask),變量播種任務(wù)(SeederTask),變量噴藥任務(wù)(SprayerTask),主任務(wù)；執(zhí)行變量作業(yè)主任務(wù)，運(yùn)行CAN解析任務(wù)，掛起其它任務(wù)；
[0052]S2、CAN解析任務(wù)從CAN總線上接收并保存作業(yè)農(nóng)機(jī)具類型、機(jī)具參數(shù)、處方圖等變量作業(yè)相關(guān)信息；[0053]S3、當(dāng)CAN解析任務(wù)接收到開(kāi)啟變量作業(yè)命令，釋放對(duì)應(yīng)信號(hào)量，主任務(wù)在得到開(kāi)啟信號(hào)量后，根據(jù)作業(yè)機(jī)具的類型恢復(fù)對(duì)應(yīng)的變量控制任務(wù)，初始化相應(yīng)參數(shù)，并掛起其它任務(wù)；
[0054]S4、變量控制任務(wù)根據(jù)CAN解析任務(wù)接收到的農(nóng)機(jī)具所在的位置，查詢處方圖得到農(nóng)田在該位置的處方信息，并根據(jù)農(nóng)機(jī)的行駛速度得到變量作業(yè)的控制量，實(shí)現(xiàn)變量作業(yè)控制；在CAN解析任務(wù)未接收到停止變量作業(yè)命令前，重復(fù)本步驟；
[0055]S4.1、速度控制任務(wù)，將實(shí)時(shí)測(cè)得的農(nóng)機(jī)行駛速度值與處方圖設(shè)定的行駛速度值進(jìn)行比較，控制農(nóng)機(jī)的行駛速度穩(wěn)定在設(shè)定值。
[0056]S4.2、變量施肥任務(wù)，測(cè)量施肥軸轉(zhuǎn)速，控制施肥電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制施肥量達(dá)到目標(biāo)值。
[0057]S4.3、變量播種任務(wù)，測(cè)量播種軸轉(zhuǎn)速以及種子掉落信號(hào)，控制播種電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)株距及播種量控制。
[0058]S4.4、變量噴藥任務(wù)，根據(jù)管道壓力和流量信息，調(diào)節(jié)比例電磁閥開(kāi)度控制壓力，調(diào)制電磁閥開(kāi)關(guān)時(shí)間控制流量。
[0059]S5、當(dāng)CAN解析任務(wù)接收到停止變量作業(yè)命令后，釋放停止變量作業(yè)信號(hào)量，掛起正在執(zhí)行的變量作業(yè)任務(wù)，保存相應(yīng)的控制參數(shù)，變量作業(yè)結(jié)束。
[0060]如圖5所示，在板級(jí)初始化和各個(gè)變量作業(yè)控制任務(wù)建立完成后，系統(tǒng)執(zhí)行主任務(wù)和CAN解析任務(wù)。變量作業(yè)主任務(wù)流程如下:首先對(duì)各個(gè)控制模塊的初始化，并等待用戶設(shè)置作業(yè)機(jī)具參數(shù)和下載處方圖，當(dāng)用戶通過(guò)CAN總線設(shè)置完各個(gè)參數(shù)后，主程序等待開(kāi)始信號(hào)量。當(dāng)變量控制器接受到開(kāi)啟變量作業(yè)任務(wù)命令后，判斷用戶是否需要速度控制功能，如果需要?jiǎng)t恢復(fù)速度控制任務(wù)，否則，跟據(jù)作業(yè)機(jī)具的類型恢復(fù)相應(yīng)的變量作業(yè)任務(wù)，c主程序開(kāi)始等待結(jié)束信號(hào)量。當(dāng)變量控制器接收到結(jié)束變量作業(yè)命令后，記錄變量作業(yè)停止時(shí)的位置、機(jī)具狀態(tài)等信息，并回到程序最初等待下次變量作業(yè)開(kāi)始。
[0061]本實(shí)用新型的通用變量作業(yè)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)噴藥、施肥、播種變量作業(yè)控制，三者變量作業(yè)任務(wù)流程的基本相似，如圖6所示。當(dāng)變量作業(yè)控制器開(kāi)始變量作業(yè)任務(wù)后，等待變量機(jī)具GPS位置更新，當(dāng)CAN解析任務(wù)接收到GPS位置信息后，查詢處方圖后得到此位置的變量作業(yè)量，并根據(jù)農(nóng)機(jī)具的行駛速度計(jì)算得到此位置的目標(biāo)作業(yè)量，經(jīng)過(guò)變量作業(yè)控制算法，得到控制量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，在接收到結(jié)束變量作業(yè)命令前，重復(fù)此過(guò)程。
[0062]圖7為通用變量作業(yè)控制器速度控制任務(wù)流程圖，該任務(wù)首先檢測(cè)速度測(cè)量數(shù)據(jù)是否更新，如果更新則執(zhí)行該任務(wù)，否則等待，獲取速度更新數(shù)據(jù)后，測(cè)量電動(dòng)推桿的電位器反饋的電壓信號(hào)，進(jìn)而得到油門踏板的位置，然后運(yùn)行行駛速度控制算法，得到電動(dòng)推桿運(yùn)行時(shí)間，改變電動(dòng)推桿的伸出長(zhǎng)度進(jìn)而控制農(nóng)機(jī)的行駛速度穩(wěn)定在設(shè)定值。
【權(quán)利要求】
1.一種通用變量作業(yè)控制器，其特征在于，包括: 信號(hào)采集單元，輸出端連接核心單元，用于采集變量作業(yè)過(guò)程中的作業(yè)狀態(tài)信息； 核心單元，輸入端連接信號(hào)采集單元，輸出端連接執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元，用于執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元，輸入端連接核心單元，用于實(shí)現(xiàn)各種變量作業(yè)系統(tǒng)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)； CAN通信單元，連接核心單元，用于與其他的變量作業(yè)系統(tǒng)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用變量作業(yè)控制器，其特征在于，所述信號(hào)采集單元包括: 脈沖信號(hào)調(diào)理模塊，用于將四路不同幅值的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離和電壓調(diào)整后所述核心單元的定時(shí)計(jì)數(shù)器的捕獲輸入端口進(jìn)行測(cè)量； 電流測(cè)量模塊，包括萬(wàn)分之一精密電阻和運(yùn)算放大器；通過(guò)萬(wàn)分之一精密電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器將電壓調(diào)整到所述核心單元的測(cè)量范圍，由所述核心單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量； 電壓測(cè)量模塊，為集成運(yùn)放，將電壓放大或縮小到所述核心單元測(cè)量的電壓范圍內(nèi)，由所述核心單元內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用變量作業(yè)控制器，其特征在于，所述核心單元由ARM9核心單元和電源模塊構(gòu)成ARM9最小系統(tǒng)； 所述ARM9核心單元，包括基于32位ARM9內(nèi)核的處理器、存儲(chǔ)器擴(kuò)展，用于根據(jù)作業(yè)狀態(tài)信息得到相應(yīng)的控制信號(hào)； 所述電源模塊，為PWM控制模式的異步DC-DC降壓型穩(wěn)壓器，為ARM9核心單元和外圍控制電路提供所需的5V、3.3VU2V電源電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用變量作業(yè)控制器，其特征在于，所述執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元包括推桿驅(qū)動(dòng)模塊、電磁閥控制模塊、電機(jī)控制模塊、電壓輸出模塊； 所述推桿驅(qū)動(dòng)模塊，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路、電位器和電動(dòng)推桿；處理器通過(guò)ARM核心單元的I/O 口控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的雙全橋電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片輸出電流的大小和方向，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出連接至電動(dòng)推桿，控制電動(dòng)推桿的推動(dòng)方向；電動(dòng)推桿的位置反饋信號(hào)連接到信號(hào)調(diào)理電路中，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后，反饋信號(hào)輸入至ARM核心單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入引腳上，由ARM處理器進(jìn)行推桿位置的測(cè)量； 所述電磁閥控制模塊，包括緩沖電路、模擬開(kāi)關(guān)電路、固態(tài)繼電器和電磁閥；ARM核心單元輸出的PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)緩沖電路連接至模擬開(kāi)關(guān)電路，模擬開(kāi)關(guān)電路將經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)的PWM信號(hào)輸入固態(tài)繼電器的控制端，固態(tài)繼電器的輸出端與電磁閥相連，通過(guò)控制固態(tài)繼電器的吸合和開(kāi)路，從而實(shí)現(xiàn)電磁閥的打開(kāi)和關(guān)閉； 所述電機(jī)控制模塊，采用了外置的定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片產(chǎn)生頻率可調(diào)四路的脈沖信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)I/O 口控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，用于變量施肥播種系統(tǒng)中直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速控制； 所述電壓輸出模塊，包括數(shù)字電位器和電壓跟隨器，數(shù)字電位器與ARM核心單元通過(guò)I2C接口相連，通過(guò)ARM核心單元控制數(shù)字電位器輸出0-5V連續(xù)可變電壓，并經(jīng)過(guò)電壓跟隨器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通用變量作業(yè)控制器，其特征在于，所述PWM信號(hào)發(fā)生電路采用了外置的定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片產(chǎn)生頻率和占空比可調(diào)節(jié)的PWM脈沖信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通用變量作業(yè)控制器，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理電路采用了具有三態(tài)輸出的八路緩沖器電路I路信號(hào)分成6路、模擬開(kāi)關(guān)電路控制各路PWM信號(hào)的通斷，達(dá)林頓晶體管陣列增加驅(qū)動(dòng)能力來(lái)驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器進(jìn)而控制電磁閥的開(kāi)關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的通用變量作業(yè)控制器，其特征在于，所述CAN通信單元由外擴(kuò)的CAN控制器和CAN收發(fā)器組成，以自定義的數(shù)據(jù)格式與其它的變量作業(yè)系統(tǒng)設(shè)備通信。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK203732943SQ201320784228
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】胡靜濤, 郭娜, 遲浩東, 王鶴, 白曉平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所