CN113625614A - 一种直播机用的综合控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直播机用的综合控制方法及控制系统,该控制方法由控制系统采集车辆及农机具的各路模拟信号和数字信号,判断车辆和农机具是否做好作业准备;如果车辆和农机具已准备就绪,控制系统通过HST变速箱电动推杆位置电压闭环及车速闭环相结合的双闭环PID控制算法,得到稳定的目标车速;通过车速计算施肥轴目标转速,再结合施肥轴实际转速利用闭环PID控制算法,计算施肥轴驱动电机的参数,以控制驱动电机实现施肥轴目标转速;控制系统可以对施肥和播种进行实时监控。控制系统包括控制器、用于信号采集的传感器、用于执行控制器命令的执行器和通讯模块。本发明综合实现了车辆动力系统自动控制、农机具智能化控制与监控,提高了直播的自动化程度。
Description
技术领域
本发明属于智能农机装备的电控系统技术领域,具体涉及一种直播机用的综合控制方法及控制系统。
背景技术
农作物进入种植环节后的第一步就是播种,播种分为直接播种栽培(简称直播)与育苗移栽。直播是通过直播机将种子播种在大田中,再填土覆盖。直播操作方便、效率高,无需育苗、移栽,可以节省人力和时间。
目前直播机一般具有旋耕、播种、施肥等功能。但是直播机的操作要求较高,劳动强度大,施肥的精度、均匀度较差,当车速变化时,施肥速度不能及时的调整,导致出现漏施、重施的现象,进而影响种子发芽和出苗率。此外,随着技术的进步,为了满足农业技术的要求,农业机械的自动化、智能化也成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种直播机用的综合控制方法及控制系统,可以精确控制车速,并根据车速匹配相应的施肥速度,进而实现直播过程的精量施肥,提高种子发芽、出苗率,并进一步提高直播机的自动化和智能化水平。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种直播机用的综合控制方法,由控制系统采集车辆及农机具的各路模拟信号和数字信号,以判断车辆和农机具是否做好作业准备;如果车辆和农机具已准备就绪,控制系统主要按照以下几个方面进行控制:
(1)车速的控制:由控制系统解析遥控器的命令,并通过HST变速箱电动推杆位置电压闭环及车速闭环相结合的双闭环PID控制算法,控制HST变速箱电动推杆到达目标位置,以得到稳定的目标车速;
(2)施肥作业的精确控制:待施肥作业的机具下降到位后,控制系统根据已经达到的目标车速计算出施肥轴目标转速,然后结合所读取的施肥轴实际转速,利用闭环PID控制算法计算得到控制施肥轴旋转的驱动电机的驱动参数,进而控制驱动电机以达到施肥轴目标转速;
(3)施肥或播种的监控:控制系统通过在下肥口设置的红外线传感器实时监控施肥过程,通过在播种盘下种口设置的红外线传感器实时监控播种过程。
在作业过程中,控制系统对农机具的提升/下降进行控制、对制动/转向系统进行控制以及对PTO的结合/分离进行控制。
控制系统对农机具的提升/下降进行控制时,控制系统解析遥控器命令、读取农机具位置开关信号,驱动提升/下降电磁阀,实现农机具的提升或下降。
控制系统对制动/转向系统进行控制时,控制系统解析遥控器命令、读取农机具位置开关信号,并通过CAN总线发送命令给液压执行单元,实现制动电磁阀的单边制动或双边制动,从而实现车辆转向或车辆整车制动。
控制系统对PTO的结合/分离进行控制时,控制系统解析遥控器命令、读取农机具工作模式开关信号和农机具位置开关信号,判断农机具的工作状态,并根据农机具的工作状态控制PTO结合或分离,以满足作业的需要。
控制系统在判断出车辆和农机具没有准备就绪时,或者在作业中出现故障时,启动警示灯和蜂鸣器,此时,如果是油箱缺油警告,则控制器控制车辆进入跛足模式,由农户遥控驾驶车辆行驶到加油点进行加油;如果是其他警告,控制系统将不响应遥控器发出的控制命令。
控制系统将采集到的车辆及农机具的各路模拟信号和数字信号通过CAN总线传递至物联网数据终端上,通过上位机软件显示。
所述的直播机为辣椒直播机。
一种直播机用的控制系统,该控制系统用于实现所述的综合控制方法,该控制系统包括控制器、用于信号采集的传感器、用于执行控制器命令的执行器和用于信号传输的通讯模块;所述传感器包括油箱液位传感器、农机具位置接近开关、农机具工作模式开关、车速传感器、HST变速箱空挡接近开关、副变速空挡接近开关、农机具工作轴转速传感器;所述动作执行元件包括HST变速箱电动推杆、PTO电动推杆、制动电磁阀、农机具提升/下降电磁阀、施肥轴驱动电机、警示灯和蜂鸣器;所述控制器的通讯模块为串口通讯模块和CAN通讯模块,输出模块为PWM输出模块和数字输出模块DO。
本发明的有益效果是:本发明的综合控制系统可以通过远程遥控操作,灵活可靠地实现对车辆、农机具的控制和状态显示功能,采用车辆车速闭环、电动推杆电压闭环双闭环控制算法相结合的方式,实现了HST变速箱电动推杆的快速、精确控制,继而得到稳定的目标车速。同时,根据事先标定得到的车速与施肥轴转速的关系,采集实际施肥轴转速,利用闭环控制算法计算相应的电机驱动参数,通过控制施肥轴驱动电机实现对精量施肥的控制。利用红外线传感器对排种口、施肥口监控预警,及时发现施肥、排种过程中的异常情况,并做出反应。本发明综合实现了车辆动力系统自动控制、农机具智能化控制与监控的功能,提高了直播的自动化程度。
附图说明
图1为本发明综合控制系统的工作流程图。
图2为本发明综合控制系统的结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明,但并不作为对发明做任何限制的依据。
本发明所述的一种直播机用的综合控制系统结构如图2所示,其中虚线框内的为控制器本身,虚线外的部分为系统设计的各传感器、执行器,其中的传感器包括油箱液位传感器、农机具位置接近开关、农机具工作模式开关、车速传感器、HST变速箱空挡接近开关、副变速空挡接近开关、农机具工作轴转速传感器;所述执行器包括HST变速箱电动推杆、PTO电动推杆、制动电磁阀、农机具提升/下降电磁阀、施肥轴驱动电机、警示灯和蜂鸣器。虚线内左下部三个长方形框分为本系统的数字信号采集模块、模拟信号采集模块以及频率信号采集模块;本系统包括两类通讯模块:串口通讯模块和CAN通讯模块;本系统包括两类输出模块:PWM输出模块和数字输出模块DO。
本发明依托于上述控制系统,可以完成多项控制,具体的控制方法可以参考图1所示的工作流程图,在上述控制系统的基础上,可以完成车辆及农机具作业准备情况的判断、目标车速的实现、车辆转向及整车制动、PTO的结合与分离、喇叭鸣响、农机具的提升/下降、工作轴(包括施肥轴、排种轴和旋耕轴等)速度的调整、施肥与播种的实时监控等。下面对作业中涉及到的主要的控制内容加以详细的说明。
(1)控制系统通过各个信号采集模块端口读取各个传感器采集到的信号,如:油箱液位传感器、机具工作模式开关、主/副变速箱空挡开关、机具位置接近开关、HST变速箱转速、HST变速箱电动推杆位置等信号。
(2)控制系统分析所采集的信号,对判断车辆和农机具是否做好作业准备,如果控制系统在判断出车辆和农机具没有准备就绪时,或者在作业中出现故障时,启动警示灯和蜂鸣器,此时,如果是油箱缺油警告,则控制器控制车辆进入跛足模式,由农户驾驶车辆行驶到加油点进行加油;如果是其他警告,控制系统将不响应遥控器发出的控制命令。
在控制系统判断车辆和农机具已准备就绪,农户可通过遥控系统发送CAN总线命令进行车辆运动(前进、后退、空挡、增/减速等)控制、喇叭鸣响控制、刹车控制、转向控制;农户也可通过农机具工作模式开关选择进行旋耕/播种、施肥、空闲等农艺的农机具控制。
车速控制和运动方向控制:当农户进行车辆操作时,HST变速箱电动推杆连接HST变速箱换挡杆,本系统通过CAN总线读取遥控系统前进/后退及加/减目标车速命令、结合模拟信号采集模块读取到的HST变速箱电动推杆位置电压及频率信号采集模块读取到的车辆车速信号,以遥控系统发出的目标车速与实际车速的差进行外闭环PID计算,输出HST变速箱电动推杆目标位置电压,再根据HST变速箱电动推杆目标位置电压与实际HST变速箱电动推杆位置电压,进行内闭环PID计算,输出驱动电动推杆工作的时间,控制电动推杆到达精确的位置。经过内、外双闭环精确控制,实现HST变速箱电动推杆准确运动到目标车速对应的位置,从而达到HST变速箱目标机械档位,即实现车辆的目标车速。
同时,控制系统通过CAN总线读取遥控系统发出的后退/空挡/前进命令,控制系统通过数字输出模块DO2驱动反向固态继电器,实现HST变速箱电动推杆超过HST变速箱空挡开关位置向上运动,此时车辆为向后倒车;系统通过数字输出模块DO2驱动正/反向固态继电器,将HST变速箱电动推杆从正向或反向运动到HST变速箱空挡开关位置,车辆空挡停车;系统通过数字输出模块DO2驱动正向固态继电器,实现HST变速箱电动推杆超过HST变速箱空挡开关位置向下运动,车辆为向前运动;至此实现了车辆的精确车速控制和运动方向控制。
转向/制动控制:控制系统通过CAN总线读取遥控系统发出的左转向/右转向/刹车命令以及数字信号采集模块读取的农机具工作模式开关,经过计算赋值给CAN通讯模块2,并通过其向CAN总线发送左转向、右转向或刹车命令给液压制动/转向驱动器,从而驱动左侧制动电磁阀或右侧制动电磁阀,通过液压系统完成车辆单边制动(即右/左转向)和整车制动功能(左侧制动电磁阀和右侧制动电磁阀同时工作)。
PTO的结合与分离控制:本系统通过CAN总线读取遥控系统发出的PTO结合/分离命令、数字信号采集模块读取机具工作模式开关、机具位置接近开关信号,当判断机具处于旋耕/播种模式时,常结合PTO;当机具处于施肥模式时,在机具位置从高位通过中位时,结合PTO,而在机具位置从低位通过中位时,分离PTO,系统根据判断出的结合/分离PTO状态,通过数字输出模块DO2驱动正/反向固态继电器,实现PTO电动推杆的伸出或缩回,从而PTO传动带绷紧或放松动,实现PTO的结合和分离。
喇叭鸣响控制:本系统通过CAN总线读取遥控系统的喇叭鸣响/不鸣响命令,通过数字输出模块DO1直接驱动喇叭鸣响。
农机具的提升/下降控制:本系统通过CAN总线读取遥控系统的机具提升/下降命令,直接驱动提升/下降电磁阀,通过液压系统动作,自动实现农机具的提升/下降。
当农户进行旋耕/播种、施肥作业操作时,系统通过频率信号采集模块采集HST变速箱转速传感器信号,通过变速箱速比转换成车辆车速、通过频率信号采集模块采集施肥轴转速传感器信号,并结合施肥电机轴上的信号盘齿数,转换计算出施肥轴转速,数字信号采集模块读取机具工作模式开关状态,通过后期在田间实际调整的车辆车速与施肥量,匹配标定出车辆车速与施肥轴转速的对应关系,即在一定车速下对应出一定的目标施肥轴转速。然后根据实际施肥轴转速与目标施肥轴转速的差,利用闭环PID控制算法计算出电机的PWM驱动参数,通过PWM驱动模块输出给双通道直流电机驱动器,从而驱动在施肥箱上的两路100瓦的直流电机(即施肥轴驱动电机)运转,使得施肥轴转速精确达到目标转速,达到精确施肥量的目的。
在施肥过程中,本控制系统中4通道的红外线传感器读取下肥口状态,即施肥量、不下肥等信息,系统的串口通信模块通过RS232通信协议,读取相关施肥信息,并通过CAN通讯模块1将相关信息经CAN总线传递给物联网终端,其经过无线4G网络远程传递给上位机监控终端,监控施肥相关参数。
对于播种的监控,也和施肥监控类似,通过红外线传感器监控播种盘下种口,读取并输出相关监控信息如:空穴率、亩播种量、播种故障等。通过CAN通讯模块1将相关播种监控信息经CAN总线传递给物联网终端,其经过无线4G网络远程传递给上位机监控终端,监控播种相关参数。
此外,本发明控制系统还将相关车辆、农机具工作状态及相关故障信息,如:车辆车速、农机具位置、PTO结合状态、缺油等,通过CAN通讯模块1将相关信息经CAN总线传递给物联网终端,其经过无线4G网络远程传递给上位机监控终端,继而可在远程PC上位机软件上显示。
上述实施方式中所述的直播机为辣椒直播机,对于其他如小麦直播机、玉米直播机等,本发明所述的控制方法与控制系统也可以适用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制,所属领域的普通技术人员应当理解,参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种直播机用的综合控制方法,其特征在于,由控制系统采集车辆及农机具的各路模拟信号和数字信号,以判断车辆和农机具是否做好作业准备;如果车辆和农机具已准备就绪,控制系统主要按照以下几个方面进行控制:
(1)车速的控制:由控制系统解析遥控器的命令,并通过HST变速箱电动推杆位置电压闭环及车速闭环相结合的双闭环PID控制算法,控制HST变速箱电动推杆到达目标位置,以得到稳定的目标车速;
(2)施肥作业的精确控制:待施肥作业的机具下降到位后,控制系统根据已经达到的目标车速计算出施肥轴目标转速,然后结合所读取的施肥轴实际转速,利用闭环PID控制算法计算得到控制施肥轴旋转的驱动电机的驱动参数,进而控制驱动电机以达到施肥轴目标转速;
(3)施肥或播种的监控:控制系统通过在下肥口设置的红外线传感器实时监控施肥过程,通过在播种盘下种口设置的红外线传感器实时监控播种过程。
2.根据权利要求1所述的一种直播机用的综合控制方法,其特征在于,在作业过程中,控制系统对农机具的提升/下降进行控制、对制动/转向系统进行控制以及对PTO的结合/分离进行控制。
3.根据权利要求2所述的一种直播机用的综合控制方法,其特征在于,控制系统对农机具的提升/下降进行控制时,控制系统解析遥控器命令、读取农机具位置开关信号,驱动提升/下降电磁阀,实现农机具的提升或下降。
4.根据权利要求2所述的一种直播机用的综合控制方法,其特征在于,控制系统对制动/转向系统进行控制时,控制系统解析遥控器命令、读取农机具位置开关信号,并通过CAN总线发送命令给液压执行单元,实现制动电磁阀的单边制动或双边制动,从而实现车辆转向或车辆整车制动。
5.根据权利要求2所述的一种直播机用的综合控制方法,其特征在于,控制系统对PTO的结合/分离进行控制时,控制系统解析遥控器命令、读取农机具工作模式开关信号和农机具位置开关信号,判断农机具的工作状态,并根据农机具的工作状态控制PTO结合或分离,以满足作业的需要。
6.根据权利要求1所述的一种直播机用的综合控制方法,其特征在于,控制系统在判断出车辆和农机具没有准备就绪时,或者在作业中出现故障时,启动警示灯和蜂鸣器,此时,如果是油箱缺油警告,则控制器控制车辆进入跛足模式,由农户驾驶车辆行驶到加油点进行加油;如果是其他警告,控制系统将不响应遥控器发出的控制命令。
7.根据权利要求1所述的一种直播机用的综合控制方法,其特征在于,控制系统将采集到的车辆及农机具的各路模拟信号和数字信号通过CAN总线传递至物联网数据终端上,通过上位机软件显示。
8.根据权利要求1~7任一项所述的一种直播机用的综合控制方法,其特征在于,所述的直播机为辣椒直播机。
9.一种直播机用的控制系统,该控制系统用于实现如权利要求1~8任一项所述的综合控制方法,其特征在于,该控制系统包括控制器、用于信号采集的传感器、用于执行控制器命令的执行器和用于信号传输的通讯模块;所述传感器包括油箱液位传感器、农机具位置接近开关、农机具工作模式开关、车速传感器、HST变速箱空挡接近开关、副变速空挡接近开关、农机具工作轴转速传感器;所述动作执行元件包括HST变速箱电动推杆、PTO电动推杆、制动电磁阀、农机具提升/下降电磁阀、施肥轴驱动电机、警示灯和蜂鸣器;所述控制器的通讯模块为串口通讯模块和CAN通讯模块,输出模块为PWM输出模块和数字输出模块DO。
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