CN102714972B - 基于地面仿形机械行走控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种收割机机械行走控制系统，其特征在于，该系统包括：超声波传感器、单片机、显示器、三位四通电磁阀，其中，所述超声波传感器用于监测收割机机械底盘的高度，并将所述信号传送给单片机和显示器，所述单片机对该信号进行分析处理，然后将处理后的信号传送给三位四通电磁阀，通过控制该电磁阀的电流实现在其不同方向上对负载流量或压力的控制。

Description

基于地面仿形机械行走控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种机械控制系统和方法，尤其涉及一种基于地面仿形机械行走控制系统及方法。

背景技术

目前国内甘蔗收割机收割底盘的仿形主要是机械仿形，而机械传动割台的突出代表是挠性割台，它的特点就是割台底部是由柔性钢板制成，可以小范围内变形，依靠压力(或拉力)及自身重力自动校正仿形机构，以此达到对地面进行仿形的目的。

电液仿形技术应用在机械加工领域比较成熟，一般系统采用电传感器将模板的形状转换成电信号，经过放大电路放大推动电液伺服阀(电---液转化机构)，由液压缸或液压电动机(液压马达)等液压执行机构驱动工作台，带动刀架作伺服运动，这就实现了刀具与模板形状的随动，实现仿形加工。电液仿形系统稳定性好，灵敏度高，加工精度能够可靠地保证使用要求。

然而以上这两种控制模式共同的问题是控制精度和实时性差，且不能进行割台高度数据的获取和分析。

发明内容

（一）技术问题

本发明解决了现有技术中控制精度和实时性差、不能进行割台高度数据的获取和分析的技术问题。

（二）技术方案

本发明提供一种收割机行走控制系统，该系统包括：超声波传感器、单片机、显示器、三位四通电磁阀，其中，所述超声波传感器用于监测甘蔗收割机机械底盘的高度，并将所述信号传送给单片机和显示器，所述单片机对该信号进行分析处理，然后将处理后的信号传送给三位四通电磁阀，通过控制该电磁阀的电流实现对其不同方向上对负载流量。

进一步地，所述系统还包括D/A转换器，连接在所述单片机和三位四通电磁阀之间。

进一步地，所述系统还包括比例放大器，连接在所述D/A转换器和三位四通电磁阀之间。

进一步地，所述比例放大器安装在驾驶室内。

进一步地，所述超声波传感器为一种探测头，至于所述底盘上方。

进一步地，所述单片机根据内置的PID算法对所述三位四通电磁阀发出反应信号。

进一步地，该系统还包括液压缸及其附件，通过单片机进行自动控制。

进一步地，所述收割机行走控制系统为甘蔗收割机行走控制系统。

本发明还提供了一种收割机行走控制方法，其包括如下步骤：

1）利用超声波传感器检测得到所述超声波传感器与地面的距离和所述超声波传感器距离底盘的距离；

2）单片机接收所述传感器检测到距离，计算得到底盘距离地面的距离；并根据内置的PID算法对三位四通电磁阀发出指令，从而实现液压缸的动作控制。

进一步地，该收割机行走控制方法用于甘蔗收获机械。

所述步骤2）进一步包括：

单片机根据所述传感器检测到的两个距离计算得到底盘距离地面的距离；

单片机利用内置的PID算法不断的将超声波传感器中的反馈电路得到的高度测量值与设定值性比较，用比较得到的偏差进行比例、积分、微分的计算，所得结果作为对三位四通电磁阀的输入，从而实现液压缸的动作控制。

（三）技术效果

通过自动控制割台的升降使割台达到最优的离地距离，提高其仿形能力，并以此来提高收割质量，尤其能解决甘蔗在收获期间破头率高和切割损失严重的问题。

附图说明

图1电液控制系统图

图2控制系统流程图

图3超声波发射电路图

图4超声波接收电路图

图5超声波测距程序流程图

图6LCD显示电路图

图7LCD显示程序流程图

具体实施方式

本发明将机械加工领域的电液仿形技术借鉴过来，用于收割机械的底盘仿形控制。

本方法的关键技术在于，单片机系统的设计和控制方法的实现，使其能够准确的获取超声波传感器的数据，并进行处理反映，再将其反映信号通过D/A转化器和比例放大器传送给三位四通电磁阀和液压缸，然后将根据单片机内PID子程序实现对收割底盘高度的自动控制。

实施例1：

本发明提供的基于地面仿形机械行走控制系统及方法在收割机械地面仿形及收割底盘高度控制方面进行了改进，利用超声波传感器来测割台离地的距离，再通过单片机来控制液压系统，控制割台的升降使割台达到最优的离地距离。

利用（1）超声波传感器监测收割机械收割底盘的高度，并将信号传给（2）AT89S52单片机，同时将此高度值显示在LDC1602显示器上，单片机根据内置的PID算法对该信号进行分析处理，然后将反映信号经过D/A转换器和（4）比例放大器传给三位四通的电磁阀，通过控制电磁阀的电流实现对其不同方向上对负载流量或压力的连续控制，进而实现对收割底盘的自动仿形控制。

此外，亦可通过人为的通过手动方式设定一个收割底盘高度值，则单片机系统则会根据此值自动进行反馈调节，从而使收割底盘达到一个合理的自动仿形高度。

实施例2：

本发明提供了一种基于地面仿形甘蔗收割机械行走控制系统，该系统包括：超声波传感器，单片机，显示器，比例放大器，三位四通电磁阀，液压缸及其它液压附件（7、8、9）。

所述的超声波传感器采用上海彭城电子公司生产UNAM 50型超声波传感器，感应范围为400-2500mm，外壳为黄铜镍电镀的圆柱形。并将其做成一种探测头置于收割底盘上方某一位置，并使其能够监测到对地高度。

所述的单片机为Atmel公司生产的AT89S52型，该单片机是一种低功耗、高性能、采用CMOS工艺制作的8位单片机，并且与工业标准型80C51单片机的指令集和引脚完全兼容。

所述的LCD1602显示器采用深圳市柏晶科技有限公司的1602LCD，此显示器每行显示16个字符，一共可以显示两行，并且具有显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功率消耗小等优点。此显示器安装在操作室仪表盘附近，以便于操作人员的查看。

所述的比例放大器采用泉州东驰电子公司生产的塑盒模块导轨式单路比例阀放大器VT-P-D24-AX-X，以此来控制电磁阀的动作。该比例放大器采用电源错极保护技术，内置自恢复保险丝，无须更换，故障排除可自动恢复正常工作。

如图1所示，基于地面仿形甘蔗收割机械行走控制系统，该系统包括（1）超声波传感器，（2）AT89S52单片机，（3）LCD1602显示器，（4）比例放大器（5）三位四通电磁阀，（6）液压缸及其它液压附件。利用（1）超声波传感器监测甘蔗收割机械收割底盘的高度，并将信号传给（2）AT89S52单片机，同时将此高度值显示在LDC1602显示器上，单片机根据内置的PID算法对该信号进行分析处理，然后将反映信号经过D/A转换器和（4）比例放大器传给三位四通的电磁阀，通过控制电磁阀的电流实现对其不同方向上对负载流量或压力的连续控制，进而实现对收割底盘的自动仿形控制。与此同时，亦可人为的通过手动方式设定一个收割底盘高度值，则单片机系统则会根据此值自动进行反馈调节，从而使收割底盘达到一个合理的自动仿形高度。其控制系统流程图如图2所示。

本发明所用的PID控制技术，是基于反馈的控制方法。反馈理论的要素包括三个部分:测量、比较和执行。在本发明中则是不断的将反馈电路得到的高度测量值与设定值相比较，用它们之间的偏差E进行比例(P)、积分(I)、微分(D)的计算，所得结果作为执行器的输入，执行器的输出调节控制对象，进而实现对仿形系统的高度控制。比例部分的作用可以减少稳态误差，提高系统的动态响应速度。

实施例3：

除了和实施例2相同的内容，该系统还包含有软件特征。该系统的软件编程主要是通过Keil uVision2软件以C语言和汇编语言为基础来进行编程的，并通过烧录软件将程序烧入单片机。该程序算法主要包括：超声波测距算法，LCD显示算法和PID算法。当超声波传感器将信号传送过来时，单片机即可对此信号做出反应，其一方面根据内置的PID算法对电磁阀发出反应信号，另一方面将传感器的信号显示在LCD上。

实施例4：

本发明中的超声波发射和接收电路设计图如图3图4所示，其超声波测距算法特征主要为：程序首先要对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式，置位总中断允许位EA并对显示端口P0和P2清0；然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲。为了避免超声波从发射器直接传到接收器引起的直射波，需要延时约0.1ms（这也就是超声波测距器会有一个最小可测距离的原因）后才可打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用的是12MHz的晶振，计数器每计一个数就是1us，所以当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按下面公式计算，即可得被测物体与测距器之间的距离。设计时取20℃时的声速为344m/s，则有

d=（v×t）/2=（172T/10000）cm

其中：T为计数器T0的计数值，v表示声速，t表示时间，测出距离后，单片机自动调用LCD显示程序，并将结果送往LCD显示约为0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。具体超声波测距主程序如图5所示。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，如本发明还可用于收割其他农作物，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种收割机行走控制系统，其特征在于，该系统包括：超声波传感器、单片机、显示器、三位四通电磁阀，其中，所述超声波传感器用于监测甘蔗收割机机械底盘的高度，并将所述信号传送给单片机和显示器，所述单片机对该信号进行分析处理，然后将处理后的信号传送给三位四通电磁阀，通过控制该电磁阀的电流实现在其不同方向上对负载流量或压力的控制；

所述系统还包括D/A转换器，连接在所述单片机和三位四通电磁阀之间；

所述系统还包括比例放大器，连接在所述D/A转换器和三位四通电磁阀之间；

所述比例放大器安装在驾驶室内；

所述超声波传感器为一种探测头，至于所述底盘上方；

所述单片机根据内置的PID算法对所述三位四通电磁阀发出反应信号；

还包括液压缸及其附件，通过单片机进行自动控制；

所述收割机行走控制系统为甘蔗收割机行走控制系统。

2.一种收割机行走控制方法，其包括如下步骤：

1)利用超声波传感器检测得到所述超声波传感器与地面的距离和所述超声波传感器距离底盘的距离；

2)单片机接收所述传感器检测到的两个距离，并且根据内置的PID控制算法对三位四通电磁阀发出指令，实现对液压缸的动作控制。

3.如权利要求2所述的收割机行走控制方法，

所述步骤2)进一步包括：

单片机根据所述传感器检测到的两个距离计算得到底盘距离地面的距离；

单片机利用内置的PID算法不断的将超声波传感器中的反馈电路得到的高度测量值与设定值性比较，用比较得到的偏差进行比例、积分、微分的计算，所得结果作为对三位四通电磁阀的输入，从而实现液压缸的动作控制。