專利名稱：基于地面仿形機(jī)械行走控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械控制系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種基于地面仿形機(jī)械行走控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)甘蔗收割機(jī)收割底盤的仿形主要是機(jī)械仿形，而機(jī)械傳動(dòng)割臺(tái)的突出代表是撓性割臺(tái)，它的特點(diǎn)就是割臺(tái)底部是由柔性鋼板制成，可以小范圍內(nèi)變形，依靠壓力(或拉力)及自身重力自動(dòng)校正仿形機(jī)構(gòu)，以此達(dá)到對(duì)地面進(jìn)行仿形的目的。電液仿形技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械加工領(lǐng)域比較成熟，一般系統(tǒng)采用電傳感器將模板的形狀轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大電路放大推動(dòng)電液伺服閥(電一液轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu))，由液壓缸或液壓電動(dòng)機(jī)(液壓馬達(dá))等液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，帶動(dòng)刀架作伺服運(yùn)動(dòng)，這就實(shí)現(xiàn)了刀具與模板形狀的隨動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿形加工。電液仿形系統(tǒng)穩(wěn)定性好，靈敏度高，加工精度能夠可靠地保證使用要求。然而以上這兩種控制模式共同的問題是控制精度和實(shí)時(shí)性差，且不能進(jìn)行割臺(tái)高度數(shù)據(jù)的獲取和分析。

發(fā)明內(nèi)容
(一)技術(shù)問題本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中控制精度和實(shí)時(shí)性差、不能進(jìn)行割臺(tái)高度數(shù)據(jù)的獲取和分析的技術(shù)問題。(二)技術(shù)方案本發(fā)明提供一種收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超聲波傳感器、單片機(jī)、顯示器、三位四通電磁閥，其中，所述超聲波傳感器用于監(jiān)測(cè)甘蔗收割機(jī)機(jī)械底盤的高度，并將所述信號(hào)傳送給單片機(jī)和顯示器，所述單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后將處理后的信號(hào)傳送給三位四通電磁閥，通過控制該電磁閥的電流實(shí)現(xiàn)對(duì)其不同方向上對(duì)負(fù)載流量。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括D/A轉(zhuǎn)換器，連接在所述單片機(jī)和三位四通電磁閥之間。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括比例放大器，連接在所述D/A轉(zhuǎn)換器和三位四通電磁閥之間。 進(jìn)一步地，所述比例放大器安裝在駕駛室內(nèi)。進(jìn)一步地，所述超聲波傳感器為一種探測(cè)頭，至于所述底盤上方。進(jìn)一步地，所述單片機(jī)根據(jù)內(nèi)置的PID算法對(duì)所述三位四通電磁閥發(fā)出反應(yīng)信號(hào)。進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括液壓缸及其附件，通過單片機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。進(jìn)一步地，所述收割機(jī)行走控制系統(tǒng)為甘蔗收割機(jī)行走控制系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了一種收割機(jī)行走控制方法，其包括如下步驟
I)利用超聲波傳感器檢測(cè)得到所述超聲波傳感器與地面的距離和所述超聲波傳感器距離底盤的距離；2)單片機(jī)接收所述傳感器檢測(cè)到距離，計(jì)算得到底盤距離地面的距離；并根據(jù)內(nèi)置的PID算法對(duì)三位四通電磁 閥發(fā)出指令，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸的動(dòng)作控制。進(jìn)一步地，該收割機(jī)行走控制方法用于甘蔗收獲機(jī)械。所述步驟2 )進(jìn)一步包括單片機(jī)根據(jù)所述傳感器檢測(cè)到的兩個(gè)距離計(jì)算得到底盤距離地面的距離；單片機(jī)利用內(nèi)置的PID算法不斷的將超聲波傳感器中的反饋電路得到的高度測(cè)量值與設(shè)定值性比較，用比較得到的偏差進(jìn)行比例、積分、微分的計(jì)算，所得結(jié)果作為對(duì)三位四通電磁閥的輸入，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸的動(dòng)作控制。(三)技術(shù)效果通過自動(dòng)控制割臺(tái)的升降使割臺(tái)達(dá)到最優(yōu)的離地距離，提高其仿形能力，并以此來提高收割質(zhì)量，尤其能解決甘蔗在收獲期間破頭率高和切割損失嚴(yán)重的問題。


圖I電液控制系統(tǒng)2控制系統(tǒng)流程3超聲波發(fā)射電路4超聲波接收電路5超聲波測(cè)距程序流程6IXD顯示電路7IXD顯不程序流程圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將機(jī)械加工領(lǐng)域的電液仿形技術(shù)借鑒過來，用于收割機(jī)械的底盤仿形控制。本方法的關(guān)鍵技術(shù)在于，單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制方法的實(shí)現(xiàn)，使其能夠準(zhǔn)確的獲取超聲波傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理反映，再將其反映信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)化器和比例放大器傳送給三位四通電磁閥和液壓缸，然后將根據(jù)單片機(jī)內(nèi)PID子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)收割底盤高度的自動(dòng)控制。實(shí)施例I :本發(fā)明提供的基于地面仿形機(jī)械行走控制系統(tǒng)及方法在收割機(jī)械地面仿形及收割底盤高度控制方面進(jìn)行了改進(jìn)，利用超聲波傳感器來測(cè)割臺(tái)離地的距離，再通過單片機(jī)來控制液壓系統(tǒng)，控制割臺(tái)的升降使割臺(tái)達(dá)到最優(yōu)的離地距離。利用(I)超聲波傳感器監(jiān)測(cè)收割機(jī)械收割底盤的高度，并將信號(hào)傳給(2) AT89S52單片機(jī)，同時(shí)將此高度值顯示在LDC1602顯示器上，單片機(jī)根據(jù)內(nèi)置的PID算法對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后將反映信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器和(4)比例放大器傳給三位四通的電磁閥，通過控制電磁閥的電流實(shí)現(xiàn)對(duì)其不同方向上對(duì)負(fù)載流量或壓力的連續(xù)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)收割底盤的自動(dòng)仿形控制。
此外，亦可通過人為的通過手動(dòng)方式設(shè)定一個(gè)收割底盤高度值，則單片機(jī)系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)此值自動(dòng)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，從而使收割底盤達(dá)到一個(gè)合理的自動(dòng)仿形高度。實(shí)施例2 本發(fā)明提供了一種基于地面仿形甘蔗收割機(jī)械行走控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超聲波傳感器，單片機(jī)，顯示器，比例放大器，三位四通電磁閥，液壓缸及其它液壓附件(7、8、9)。
所述的超聲波傳感器采用上海彭城電子公司生產(chǎn)UNAM 50型超聲波傳感器，感應(yīng)范圍為400-2500mm，外殼為黃銅鎳電鍍的圓柱形。并將其做成一種探測(cè)頭置于收割底盤上方某一位置，并使其能夠監(jiān)測(cè)到對(duì)地高度。所述的單片機(jī)為Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52型,該單片機(jī)是一種低功耗、高性能、采用CMOS工藝制作的8位單片機(jī)，并且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80C51單片機(jī)的指令集和引腳完全兼容。所述的IXD1602顯示器采用深圳市柏晶科技有限公司的1602IXD，此顯示器每行顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行，并且具有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功率消耗小等優(yōu)點(diǎn)。此顯示器安裝在操作室儀表盤附近，以便于操作人員的查看。所述的比例放大器采用泉州東馳電子公司生產(chǎn)的塑盒模塊導(dǎo)軌式單路比例閥放大器VT-P-D24-AX-X，以此來控制電磁閥的動(dòng)作。該比例放大器采用電源錯(cuò)極保護(hù)技術(shù)，內(nèi)置自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，無須更換，故障排除可自動(dòng)恢復(fù)正常工作。如圖I所示，基于地面仿形甘蔗收割機(jī)械行走控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(I)超聲波傳感器，(2)AT89S52單片機(jī)，(3)LCD1602顯示器，(4)比例放大器(5)三位四通電磁閥，(6)液壓缸及其它液壓附件。利用(I)超聲波傳感器監(jiān)測(cè)甘蔗收割機(jī)械收割底盤的高度，并將信號(hào)傳給(2) AT89S52單片機(jī)，同時(shí)將此高度值顯示在LDC1602顯示器上，單片機(jī)根據(jù)內(nèi)置的PID算法對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后將反映信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器和(4)比例放大器傳給三位四通的電磁閥，通過控制電磁閥的電流實(shí)現(xiàn)對(duì)其不同方向上對(duì)負(fù)載流量或壓力的連續(xù)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)收割底盤的自動(dòng)仿形控制。與此同時(shí)，亦可人為的通過手動(dòng)方式設(shè)定一個(gè)收割底盤高度值，則單片機(jī)系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)此值自動(dòng)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，從而使收割底盤達(dá)到一個(gè)合理的自動(dòng)仿形高度。其控制系統(tǒng)流程圖如圖2所示。本發(fā)明所用的PID控制技術(shù)，是基于反饋的控制方法。反饋理論的要素包括三個(gè)部分測(cè)量、比較和執(zhí)行。在本發(fā)明中則是不斷的將反饋電路得到的高度測(cè)量值與設(shè)定值相比較，用它們之間的偏差E進(jìn)行比例(P)、積分(I)、微分(D)的計(jì)算，所得結(jié)果作為執(zhí)行器的輸入，執(zhí)行器的輸出調(diào)節(jié)控制對(duì)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)仿形系統(tǒng)的高度控制。比例部分的作用可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，提聞系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。實(shí)施例3 除了和實(shí)施例2相同的內(nèi)容，該系統(tǒng)還包含有軟件特征。該系統(tǒng)的軟件編程主要是通過Keil uVision2軟件以C語言和匯編語言為基礎(chǔ)來進(jìn)行編程的，并通過燒錄軟件將程序燒入單片機(jī)。該程序算法主要包括超聲波測(cè)距算法，LCD顯示算法和PID算法。當(dāng)超聲波傳感器將信號(hào)傳送過來時(shí)，單片機(jī)即可對(duì)此信號(hào)做出反應(yīng)，其一方面根據(jù)內(nèi)置的PID算法對(duì)電磁閥發(fā)出反應(yīng)信號(hào)，另一方面將傳感器的信號(hào)顯示在LCD上。實(shí)施例4 本發(fā)明中的超聲波發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì)圖如圖3圖4所示，其超聲波測(cè)距算法特征主要為程序首先要對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器TO工作模式為16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并對(duì)顯示端口 PO和P2清0 ;然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖。為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳到接收器引起的直射波，需要延時(shí)約0. Ims(這也就是超聲波測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因)后才可打開外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是lus，所以當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器TO中的數(shù)(即超聲波來回所用的時(shí)間)按下面公式計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距器之間的距離。設(shè)計(jì)時(shí)取20°C時(shí)的聲速為344m/s，則有d= (vXt)/2= (172T/10000) cm其中T為計(jì)數(shù)器TO的計(jì)數(shù)值，V表示聲速，t表示時(shí)間，測(cè)出距離后，單片機(jī)自動(dòng)調(diào)用IXD顯示程序，并將結(jié)果送往IXD顯示約為0. 5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。具體超聲波測(cè)距主程序如圖5所示。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，如本發(fā)明還可用于收割其他農(nóng)作物，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還 可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括超聲波傳感器、單片機(jī)、顯示器、三位四通電磁閥，其中，所述超聲波傳感器用于監(jiān)測(cè)甘蔗收割機(jī)機(jī)械底盤的高度，并將所述信號(hào)傳送給單片機(jī)和顯示器，所述單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后將處理后的信號(hào)傳送給三位四通電磁閥，通過控制該電磁閥的電流實(shí)現(xiàn)在其不同方向上對(duì)負(fù)載流量或壓力的控制。
2.如權(quán)利要求I所述的收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，其特征還在于所述系統(tǒng)還包括D/A轉(zhuǎn)換器，連接在所述單片機(jī)和三位四通電磁閥之間。
3.如權(quán)利要求2所述的收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，其特征還在于所述系統(tǒng)還包括比例放大器，連接在所述D/A轉(zhuǎn)換器和三位四通電磁閥之間。
4.如權(quán)利要求3所述的收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，所述比例放大器安裝在駕駛室內(nèi)。
5.如權(quán)利要求I所述的收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，所述超聲波傳感器為一種探測(cè)頭，至于所述底盤上方。
6.如權(quán)利要求I所述的收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，所述單片機(jī)根據(jù)內(nèi)置的PID算法對(duì)所述三位四通電磁閥發(fā)出反應(yīng)信號(hào)。
7.如權(quán)利要求I所述的收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，還包括液壓缸及其附件，通過單片機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。
8.如權(quán)利要求I所述的收割機(jī)行走控制系統(tǒng)，所述收割機(jī)行走控制系統(tǒng)為甘蔗收割機(jī)行走控制系統(tǒng)。
9.一種收割機(jī)行走控制方法，其包括如下步驟 1)利用超聲波傳感器檢測(cè)得到所述超聲波傳感器與地面的距離和所述超聲波傳感器距離底盤的距離； 2)單片機(jī)接收所述傳感器檢測(cè)到的兩個(gè)距離，并且根據(jù)內(nèi)置的PID控制算法對(duì)三位四通電磁閥發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的動(dòng)作控制。
10.如權(quán)利要求9所述的收割機(jī)行走控制方法， 所述步驟2)進(jìn)一步包括 單片機(jī)根據(jù)所述傳感器檢測(cè)到的兩個(gè)距離計(jì)算得到底盤距離地面的距離； 單片機(jī)利用內(nèi)置的PID算法不斷的將超聲波傳感器中的反饋電路得到的高度測(cè)量值與設(shè)定值性比較，用比較得到的偏差進(jìn)行比例、積分、微分的計(jì)算，所得結(jié)果作為對(duì)三位四通電磁閥的輸入，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸的動(dòng)作控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種收割機(jī)機(jī)械行走控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括超聲波傳感器、單片機(jī)、顯示器、三位四通電磁閥，其中，所述超聲波傳感器用于監(jiān)測(cè)收割機(jī)機(jī)械底盤的高度，并將所述信號(hào)傳送給單片機(jī)和顯示器，所述單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后將處理后的信號(hào)傳送給三位四通電磁閥，通過控制該電磁閥的電流實(shí)現(xiàn)在其不同方向上對(duì)負(fù)載流量或壓力的控制。
文檔編號(hào)A01D45/10GK102714972SQ20121020267
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者彭彥昆, 楊偉龍, 湯修映 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)