[發明專利]懸掛式農具水平自動控制裝置

在審

• 申請號: 201810801279.1
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN108803644A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 張方明;李佳明;張歡歡
• 申請（專利權）人: 浙江大學寧波理工學院;寧波市鄞州麥谷農業科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 寧波市鄞州甬致專利代理事務所(普通合伙) 33228
• 代理人: 李迎春

1.一種懸掛式農具水平自動控制裝置，由上位機、搖桿手柄、ECU、衛星定位接收機、衛星天線、WT61板卡、拉繩位移傳感器、活塞式鋼絲拉線、電磁閥和傾斜提升油缸組成，ECU內含總線板卡、GPSGYRO板卡和電磁閥板卡，總線板卡通過CAN總線把上位機、GPSGYRO板卡和電磁閥板卡電連接，其特征在于：上位機對懸掛式農具進行總控制，GPSGYRO板卡采集衛星定位接收機和WT61板卡的橫滾角，電磁閥板卡對懸掛式農具進行直接的測量與控制。

2.按照權利要求1所述的懸掛式農具水平自動控制裝置，其特征是：傾角傳感器WT61板卡是直接焊接在GPSGYRO板卡上的，總線板卡、電磁閥板卡和GPSGYRO板卡全部密封在防水盒之內，總線板卡的一只外接端子與防水盒外部的接線端子排和CAN總線電連接，總線板卡上平行排列的4只插座，為其他板卡供電和聯通CAN總線；防水盒與ECU機箱的底板之間由硅膠減震圈間隔。

3.按照權利要求1所述的懸掛式農具水平自動控制裝置，其特征是：拉繩位移傳感器的模擬量輸出端、電磁閥板卡的MCP6242電路的輸入端、MCP6242電路放大器輸出端和PIC18F25K80的RA0引腳依次電連接；搖桿手柄的信號輸出端、LVT817電路的光耦陰極端、LVT817電路的光耦射極端和PIC18F25K80的RB0、RB1引腳依次電連接；PIC18F25K80的兩只PWM引腳分別與兩路AOD4184電路的柵極輸入端、AOD4184電路的漏極端和電磁閥的升、降電磁線圈的導線依次電連接。

4.按照權利要求1所述的懸掛式農具水平自動控制裝置，其特征是：GPSGYRO板卡在系統上電后依次對PIC18F25K80的RA、RB、RC端口、兩個UART異步串口通信、CAN通信和定時器進行寄存器的初始化，構建軟元件時間繼電器T0，開啟定時器和異步串口通信中斷功能；程序按照循環掃描的方式運行；當PIC18F25K80的RX1收完1幀數據時，表明收到了WT61板卡的數據，則提取出繞Y軸的角速率和橫滾角，同時啟動未開啟的時間繼電器T0；當PIC18F25K80的RX2收完GPGGA的數據幀時，提取出衛星定位接收機的定位狀態的字符，同時關閉時間繼電器T0；當接收完HEADING幀數據時，提取出橫滾角，PIC18F25K80通過MCP2551電路把這些數據發送給上位機；如果時間繼電器T0的常開觸點閉合，說明衛星定位接收機沒有輸出數據，PIC18F25K80通過MCP2551電路只把WT61板卡的數據發送給上位機，同時關閉時間繼電器T0。

5.按照權利要求1所述的懸掛式農具水平自動控制裝置，其特征是：在電磁閥板卡的程序中構建軟元件時間繼電器T0和T1，開啟定時器和CAN通信中斷功能；程序按照循環掃描的方式運行；當PIC18F25K80的RB0引腳發生電平由低跳高的變化時，表明搖桿手柄發生了壓下的動作，啟動PWM1和T0，接通電磁閥左側的線圈，進而控制傾斜提升油缸伸出動作，使懸掛式農具的左端下降；當PIC18F25K80的RB1引腳發生電平由低跳高的變化時，表明搖桿手柄發生了抬升的動作，啟動PWM2和T1，接通電磁閥右側的線圈，進而控制傾斜提升油缸縮回動作，使懸掛式農具的左端上升；當PIC18F25K80發生CAN中斷時，程序對收到的指令進行判別，如果是下降懸掛式農具的指令，則從指令中取出占空比設置值和定時時長，修改PWM1的寄存器參數，啟動PWM1和T0；如果是抬升懸掛式農具的指令，則從指令中取出占空比設置值和定時時長，修改PWM2的寄存器參數，啟動PWM2和T1；如果是采集拉繩位移傳感器的指令，則啟動AD轉換，把轉換后的數字量通過CAN電路發送給上位機；當T0的常開觸點閉合，則關閉PWM1和T0，使懸掛式農具停止運動；當T1的常開觸點閉合，則關閉PWM2和T1，使懸掛式農具停止運動。

6.按照權利要求1所述的懸掛式農具水平自動控制裝置，其特征是：上電后，上位機啟動CAN通信線程、控制線程；CAN通信線程一直處于等待接收數據狀態，如果有衛星衛星定位接收機的數據，則解析出定位狀態和橫滾角；如果有傾角傳感器的數據，則解析出繞Y軸的角速率和橫滾角，然后通知控制線程；如果有拉繩位移傳感器的數據，則需計算出在此數值下造成的懸掛式農具的高低差1，然后通知控制線程；在控制線程中，一旦獲知橫滾角已經采集到，立即發送采集拉繩位移傳感器的指令給電磁閥板卡，并由傾角傳感器產生的繞Y軸的角速率、橫滾角和衛星定位接收機產生的橫滾角構成觀測量，由車身的繞Y軸的角速率和橫滾角構成狀態量；依據衛星定位接收機的狀態——固定解、浮點解、單點解，更新觀測量的協方差矩陣R_k；通過Kalman濾波器的遞推運算，實時估計出當前橫滾角，計算出此橫滾角值所產生的懸掛式農具左右兩端的高低差2；等電磁閥板卡發送回拉繩位移傳感器的位移量數據和高低差1的數據時，控制線程綜合這兩個高低差的數據，產生懸掛式農具的左右兩端的高低差；如果此高低差的絕對值不超出1.0cm，則不需要控制，不發送控制指令；如果此高低差的絕對值超過6.0cm，則控制指令中PWM的占空比直接設定為99％，PWM波的持續時間為200ms；如果高低差的絕對值不在上述范圍內，則運行PID控制算法，產生PWM波的持續時間和升降控制方向，PWM的占空比設定為70％，控制線程把這些參數發送給電磁閥板卡，由它控制電磁閥動作，對懸掛式農具進行水平自動控制。