CN203164652U

CN203164652U - 一种高程控制器

Info

Publication number: CN203164652U
Application number: CN 201320178342
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 李宏鹏; 王泷; 司永胜; 孟庆宽
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2023-04-10

Abstract

本实用新型公开了一种高程控制器，包括传输模块、数据处理模块、控制模块、复位模块、占空比调节模块、电磁阀驱动模块、显示模块、稳压模块、电压转换模块和电压监控报警模块。本实用新型所提供的高程控制器通过拨码开关、电磁阀专用集成驱动芯片、地势指示灯和光电池指示灯、微处理器外部中断实现手动/自动模式切换、多种复位模式、多级电压保护和低电压监控报警功能，具有功能丰富、抗干扰能力和适应性强、操作简单、工作稳定、控制精度高的优点。

Description

一种高程控制器

技术领域

本实用新型涉及土地平整技术领域，特别涉及一种用于土地精细平整的高程控制器。

背景技术

农业是我国的用水大户，年用水总量为4000亿立方米，占全国总用水量的73%。地面灌水技术(如畦灌、沟灌、格田灌、漫灌等)仍是目前世界上，特别是发展中国家普遍采用的灌水方法。地面灌溉的面积约占全世界灌溉面积的90%以上，其中我国有98%以上的灌溉面积采用的是地面灌水。由于国情的制约，当前乃至今后很长一段时间内，地面灌溉在我国仍将是主要的灌溉方法。由于存在农田土地平整程度差、田间灌溉工程规格不合理等问题，致使我国地面灌溉条件下田间水的利用率较低，高低起伏的地势也会影响农作物长势，继而影响粮食产量。而精细平整的农田，不仅能大幅度节约农田灌溉用水、提高农用水的利用率；还能有效地提高肥料的利用率和抑制杂草的生长，进而提高作物产量、减少生产成本、提高农民收入。

农田的平整方法主要包括常规土地平整和精细土地平整。常规土地平整方法如推土机、耙、滚、轧等，都是仿形平整，具有成本低、操作简单，能够较好的改变宏观地形地貌。但是通常由于人工操纵和设备缺陷的原因，只能做到粗平，很难实现精细平整。而激光控制平地技术利用激光扫平仪和电子装置，自动控制液压系统调节平地铲的升降，实现农田精细平整。其完全采用高灵敏度、高精度且不受人为影响的自动化装置，平整精度超过常规平整技术。

目前已有技术用于土地精细平整的高程控制器在实际使用过程中存在着多种问题和不足：使用拖拉机自带蓄电池供电，电压浪涌大，但控制器电压保护不足，易烧坏控制器；控制器电磁阀驱动信号脉宽固定，与现有的多种平地机匹配性差；使用继电器作为电磁阀驱动元件，其响应速度慢无法满足驱动信号的快速性，从而导致无法实现精准控制，并且输出的驱动电流大且固定，长时间工作有损电磁阀使用寿命；使用三极管作为指示灯驱动芯片，驱动电流有限，在强光下指示灯亮度弱，不便观察，长时间工作和高温环境易烧坏芯片；使用逻辑芯片实现手动/自动模式切换，芯片的兼容性和正常工作温度有限，会出现控制失灵，且分立芯片数量多，不利于系统的集成等。

实用新型内容

（一）要解决的技术问题

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种高程控制器，以克服现有技术中的电压浪涌大易烧坏控制器、电磁驱动阀信号脉宽固定且响应速度慢的技术问题。

（二）技术方案

为了解决上述现有技术的问题，本实用新型提供了一种高程控制器，包括传输模块、数据处理模块、控制模块、复位模块、占空比调节模块、电磁阀驱动模块、显示模块、稳压模块、电压转换模块和电压监控报警模块，所述数据处理模块与所述传输模块相连，所述电压转换模块与所述控制模块相连；

所述控制模块，与所述数据处理模块相连，用于实现自动/手动切换；

所述占空比调节模块，与所述数据处理模块相连，用于提供可调占空比脉宽PWM信号；

所述复位模块，与所述数据处理模块相连，用于实现“跑飞”的程序能自动回到预定初始程序并顺序执行；

所述电磁阀驱动模块，与所述数据处理模块相连，用于控制铲车上升和下降；

所述显示模块，与所述数据处理模块相连，用于实现地势相对落差的直观显示和指示光电池具体感应位置；

所述稳压模块，分别与所述电压转换模块和电压监控报警模块相连，用于支持宽范围电压供电；

所述电压监控报警模块，用于对电源故障进行监控并预警。

优选地，所述占空比调节模块使用6档旋转拨码开关。

优选地，所述电磁阀驱动模块包括LM1949集成驱动电路和达灵顿管。

优选地，所述显示模块包括指示灯驱动单元。

优选地，所述指示灯驱动单元包括地势指示灯驱动电路和光电池指示灯驱动电路。

优选地，所述地势指示灯驱动电路包括高位指示灯、中位指示灯和低位指示灯。

优选地，所述控制模块包括手动/自动切换单元和手动上升/下降控制单元。

优选地，所述复位模块包括上电复位、掉电复位、手动复位和看门狗定时器自动复位。

优选地，所述稳压模块包括：

使用保险丝作一级防浪涌保护；

使用电感和瞬态电压抑制二极管TVS作二级防浪涌保护；

使用集成电源稳压模块将9-18V直流电压转换成12V/0.42A直流电压。

优选地，所述电压监控报警模块包括电压监控单元和低压报警指示灯。

（三）有益效果

本实用新型一种用于土地精细平整的高程控制器有如下效果：

一、使用拨码开关实现6种可调占空比脉宽PWM信号驱动电磁阀，并支持两种电磁阀驱动电压，提高了高程控制器与液压驱动系统的匹配性，并提高了控制精度；二、使用电磁阀专用集成驱动芯片，实现大电流高速开启电磁阀，小电流保持开启状态，减少了电磁阀发热量，延长了电磁阀使用寿命；三、使用地势指示灯和光电池指示灯，可同时直观精确地观察地势情况和光电池感应位置，并采用集成LED（Light Emitting Diode，发光二极管）驱动芯片，提高了驱动电流的稳定性和驱动能力；四、使用微处理器外部中断实现手动/自动模式切换，减少使用分立逻辑芯片元件，提高了系统的集成性；五、采用多种复位模式，可解决程序“跑飞”造成的误动作；六、使用多级电压保护，实现了支持宽范围电压供电，具有抗干扰冲击能力；七、设计低电压监控报警功能，建立了一个电源故障预警电路。本实用新型所提供的高程控制器具有功能丰富、抗干扰能力和适应性强、操作简单、工作稳定、控制精度高的优点。

附图说明

图1本实用新型的控制器硬件组成示意图；

图2本实用新型的控制器的电路原理图；

图3本实用新型的控制器的程序流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型的实施例，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一

本实施例记载了一种用于土地精细平整的高程控制器，包括传输模块、数据处理模块、控制模块、复位模块、占空比调节模块、电磁阀驱动模块、显示模块、稳压模块、电压转换模块和电压监控报警模块，所述数据处理模块与所述传输模块相连，所述电压转换模块与所述控制模块相连；

所述电压监控报警模块，用于对电源故障进行监控并预警。

实施例二

如图1所示，本实施例记载了一种用于土地精细平整的高程控制器，包括RS485总线单元、微处理器CPU、手动/自动切换单元、手动上升/下降控制单元、复位单元、占空比调节单元、稳压单元、电压监控单元、电压转换单元、指示灯驱动单元、七路光电池指示灯、低压报警指示灯、地势指示灯和电磁阀驱动单元。

如图2所示，高程控制器各部分接口连接如下：

外接电源与5A保险丝串联，作为一级保护；再与电感L0和P6KE系列瞬态电压抑制二极管（TVS，瞬态电压抑制器Transient VoltageSuppressor）D0相连，作二级防浪涌保护；通过二极管D1后与汇众集成电源稳压模块HZD05B-12S12相连，将9-18VDC（直流）电压转换成12VDC/0.42A电压，实现了支持宽范围电压供电。输出的12VDC通过LM7805将+12VDC转换成+5VDC；LM7805输入端并联电容C1、C2，输出端并联电容C3、C4，滤除电源扰动；同时，输出端连入保护电阻R1和发光二极管LED0，LED0发光，电压转换正常。

微处理器CPU引脚11为发送数据输出口TXD，接ADM2587E引脚7发送器输入口TXD；微处理器引脚10为接收数据输入口RXD，接ADM2587E引脚4接收器输出口RXD；微处理器引脚7和8设置为通用I/O接口，分别接ADM2587E引脚6接收器输出使能端DE和引脚5发送器使能端引脚11、14、16、20接地；引脚13、18相连后串联电阻R9，作为输出端A；引脚15、17相连后串联电阻R8作为输入端B；A和B之间串联匹配电阻R10；A端和B端分别接P6KE系列瞬变二极管D3和D4,吸收浪涌电压，同时电阻R8、R9限制浪涌电流，起到了保护收发器的作用。

复位单元包括上电复位、掉电复位、手动复位和看门狗定时器自动复位功能，实现在程序“跑飞”时回到预定初始程序并顺序执行。自动复位功能使用MAX813L实现，将MAX813L的引脚3WDI与CPU引脚27相连，引脚

和引脚

相连；如果在1.6s内WDI端没有收到来自CPU的触发信号，并且处于非高阻态，则

端输出变低，端

输入低电平，使引脚7RESET产生200ms高电平复位信号给CPU引脚9RST。手动复位功能通过一个接地按键复位开关S0与MAX813L的引脚

相连实现，按键按下并保持140ms以上，端输入低电平，RESET端产生高电平复位信号。一旦引脚2Vcc端电压降至复位门限4.65V以下，

端也将产生低电平，从而使MAX813L产生复位信号，实现掉电复位。MAX813L上电时，RESET端自动产生200ms复位脉冲，完成上电复位。多种复位功能保证了高程控制器正常稳定运行。

电压监控单元通过上述的MAX813L实现，在引脚4PFI端连接一个电阻分压支路，该支路连接的是稳压单元的输出电压+12V；引脚

端连接CPU引脚28。通过调节电阻值，合理地选择分压比，以便于使电压转换电路+5V输出端电压下降之前，PFI端的电压刚好下降到低于MAX813L的门限电压1.25V；当低于门限电压时，

端产生一个低电平，继而CPU引脚32产生一个控制信号，并通过三极管Q8驱动低压报警发光二极管LED8，从而建立起了一个电源故障预警电路。

单刀单掷开关S3通过分压电阻R6、R7与CPU引脚26相连，实现自动/手动切换功能。开关闭合，进入自动模式；开关断开，进入手动模式。单刀双掷自动复位开关S2一端通过电阻R5接地，另一端分别接CPU引脚12外部中断

和引脚13外部中断

实现手动上升、下降控制，可在自动平地模式下根据铲车运土量手动控制干预。

六档旋转开关一端通过保护电阻R4接+5V,另一端分别接CPU引脚1-6，高电平有效，可实现6种占空比输出调节。

CPU引脚39-32作为光电池位置指示灯驱动信号输出口，接上拉电阻R11，再通过三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7点亮发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7，显示光电池具体感应位置，以便于接收器安装和精细控制。

CPU引脚23、24、25作为地势指示灯驱动电路驱动信号输出口，分别接CAT4101驱动芯片U6、U7、U8的引脚1，可进行PWM和高电平控制。CAT4101驱动芯片引脚2接+5V，且并联电容滤除电源扰动；引脚3接地；引脚4通过变阻器后接地，调节电阻大小可改变驱动电流，最大可达1A；引脚5驱动高位指示灯LG1、中位指示灯LG2、低位指示灯LG3三个高亮指示灯，实现地势相对落差的直观显示。

CPU引脚21和22作为电磁阀驱动电路驱动信号输出口，分别控制铲车下降和上升。引脚21和22分别接LM1949（喷油器驱动控制器Injector Drive Controller）集成驱动电路U1和U2的引脚1，可进行PWM控制；引脚2输出比例为4:1的峰值电流和保持电流，通过串联达灵顿管将输出电流放大至电磁阀驱动电流范围，从而实现在电磁阀开启的瞬间提供一个较大的电流从而产生一个较大的推力，使阀芯迅速克服液压和摩擦阻力完成开关动作，在开关动作完成以后将电流降至一个较低的保持电流。产生维持阀芯状态所需的推力，从而降低稳态时的电磁阀发热量，使电磁铁能够长期可靠工作，解决了开关管和电磁阀过热的情况。同时达灵顿管两端并联瞬态电压抑制二极管起保护作用。通过单刀双掷开关S4可进行+12VDC和+24VDC电磁阀驱动电压间的切换，增加了高程控制器和电磁阀间的电源匹配性。

高程控制器包括三个航空接头，分别为电源供电插头、接收器输入插头和液压输出插头。电源供电插头为三芯，分别为+12VDC、+24VDC和地，使用电缆线与车载蓄电池或者移动电池相连；其中+12VDC为高程控制器供电，+24VDC为电磁阀驱动可选电源。接收器输入插头为四芯，使用屏蔽电缆线与接收器相连，其中包括一根+5V电源线、一根地线、一根数据输出线和一根数据输入线。液压输出插头为3芯，使用电缆线与液压系统电磁阀相连，其中一根为电磁阀驱动电源线，一根为上升电磁阀驱动线，一根为下降电磁阀驱动线。

高程控制器工作原理介绍如下：

高程控制器通过RS485总线从激光接收器获得位置信号，并通过微处理器进行分析，判断激光接收器相对基准参考平面的偏差位置，在控制器面板上实时显示相对高低和光电池具体感应位置，并发送相应的控制信号给液压控制系统实现反馈控制平地铲的升降，实现对农田表层土壤刮土、卸土，直至激光接收器中心位置的光电池位于激光参考平面内。液压控制线路有手动和自动两种模式，在手动模式下，只能实现手控平地铲的升降；在自动模式下，可以由位置偏差信号自动控制平地铲升降，也可以实现手控干预。通过占空比调节功能，可针对不同铲车输出匹配的PWM(脉冲宽度调制Pulse Width Modulation)驱动信号。

如图3所示，高程控制器程序流程图如下：

开机后，上电复位，初始化程序，然后读入占空比设定值，打开RS485总线，读取接收器传来的位置信号，判断信号有效性；若信号有效，则进入判断分析环节，进而输出指示灯驱动信号，点亮光电池感应位置指示灯和相对位置指示灯；然后判断工作模式，若为自动模式，则输出相应电磁阀驱动信号，进而控制铲车上升/下降。若信号无效或工作模式为手动控制，都将返回至初始化。在程序执行过程中，若手动上升/下降按键有动作，则进入中断子程序，关闭中断、保护现场后，输出对应电磁阀驱动信号，然后恢复现场、打开中断，返回进入主程序中断前位置，从而实现手动模式的随时干预功能。

Claims

1.一种高程控制器，其特征在于：包括传输模块、数据处理模块、控制模块、复位模块、占空比调节模块、电磁阀驱动模块、显示模块、稳压模块、电压转换模块和电压监控报警模块，所述数据处理模块与所述传输模块相连，所述电压转换模块与所述控制模块相连；

所述电压监控报警模块，用于对电源故障进行监控并预警。

2.根据权利要求1所述的高程控制器，其特征在于，所述占空比调节模块使用6档旋转拨码开关。

3.根据权利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述电磁阀驱动模块包括LM1949集成驱动电路和达灵顿管。

4.根据权利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述显示模块包括指示灯驱动单元。

5.根据权利要求4所述的高程控制器，其特征在于，所述指示灯驱动单元包括地势指示灯驱动电路和光电池指示灯驱动电路。

6.根据权利要求5所述的高程控制器，其特征在于，所述地势指示灯驱动电路包括高位指示灯、中位指示灯和低位指示灯。

7.根据权利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述控制模块包括手动/自动切换单元和手动上升/下降控制单元。

8.根据权利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述复位模块包括上电复位、掉电复位、手动复位和看门狗定时器自动复位。

9.根据权利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述稳压模块包括：

使用保险丝作一级防浪涌保护；

使用电感和瞬态电压抑制二极管TVS作二级防浪涌保护；

10.根据权利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述电压监控报警模块包括电压监控单元和低压报警指示灯。