專利名稱：一種高程控制器的制作方法
技術領域：
一種高程控制器技術領域[0001]本實用新型涉及土地平整技術領域，特別涉及一種用于土地精細平整的高程控制器。
背景技術：
[0002]農(nóng)業(yè)是我國的用水大戶，年用水總量為4000億立方米，占全國總用水量的73%。地 面灌水技術(如畦灌、溝灌、格田灌、漫灌等)仍是目前世界上，特別是發(fā)展中國家普遍采用 的灌水方法。地面灌溉的面積約占全世界灌溉面積的90%以上，其中我國有98%以上的灌 溉面積采用的是地面灌水。由于國情的制約，當前乃至今后很長一段時間內，地面灌溉在我 國仍將是主要的灌溉方法。由于存在農(nóng)田土地平整程度差、田間灌溉工程規(guī)格不合理等問 題，致使我國地面灌溉條件下田間水的利用率較低，高低起伏的地勢也會影響農(nóng)作物長勢， 繼而影響糧食產(chǎn)量。而精細平整的農(nóng)田，不僅能大幅度節(jié)約農(nóng)田灌溉用水、提高農(nóng)用水的 利用率；還能有效地提高肥料的利用率和抑制雜草的生長，進而提高作物產(chǎn)量、減少生產(chǎn)成 本、提高農(nóng)民收入。[0003]農(nóng)田的平整方法主要包括常規(guī)土地平整和精細土地平整。常規(guī)土地平整方法如推 土機、耙、滾、軋等，都是仿形平整，具有成本低、操作簡單，能夠較好的改變宏觀地形地貌。 但是通常由于人工操縱和設備缺陷的原因，只能做到粗平，很難實現(xiàn)精細平整。而激光控制 平地技術利用激光掃平儀和電子裝置，自動控制液壓系統(tǒng)調節(jié)平地鏟的升降，實現(xiàn)農(nóng)田精 細平整。其完全采用高靈敏度、高精度且不受人為影響的自動化裝置，平整精度超過常規(guī)平 整技術。[0004]目前已有技術用于土地精細平整的高程控制器在實際使用過程中存在著多種問 題和不足:使用拖拉機自帶蓄電池供電，電壓浪涌大，但控制器電壓保護不足，易燒壞控制 器；控制器電磁閥驅動信號脈寬固定，與現(xiàn)有的多種平地機匹配性差；使用繼電器作為電 磁閥驅動元件，其響應速度慢無法滿足驅動信號的快速性，從而導致無法實現(xiàn)精準控制，并 且輸出的驅動電流大且固定，長時間工作有損電磁閥使用壽命；使用三極管作為指示燈驅 動芯片，驅動電流有限，在強光下指示燈亮度弱，不便觀察，長時間工作和高溫環(huán)境易燒壞 芯片；使用邏輯芯片實現(xiàn)手動/自動模式切換，芯片的兼容性和正常工作溫度有限，會出現(xiàn) 控制失靈，且分立芯片數(shù)量多，不利于系統(tǒng)的集成等。實用新型內容[0005](一)要解決的技術問題[0006]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種高程控制器，以克服現(xiàn)有技術中的 電壓浪涌大易燒壞控制器、電磁驅動閥信號脈寬固定且響應速度慢的技術問題。[0007](二)技術方案[0008]為了解決上述現(xiàn)有技術的問題，本實用新型提供了一種高程控制器，包括傳輸模 塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊、復位模塊、占空比調節(jié)模塊、電磁閥驅動模塊、顯示模塊、穩(wěn)壓模塊、電壓轉換模塊和電壓監(jiān)控報警模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊與所述傳輸模塊相連，所述電 壓轉換模塊與所述控制模塊相連；[0009]所述控制模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)自動/手動切換；[0010]所述占空比調節(jié)模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于提供可調占空比脈寬PWM信號;[0011]所述復位模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)“跑飛”的程序能自動回到預 定初始程序并順序執(zhí)行；[0012]所述電磁閥驅動模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于控制鏟車上升和下降；[0013]所述顯示模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)地勢相對落差的直觀顯示和 指示光電池具體感應位置；[0014]所述穩(wěn)壓模塊，分別與所述電壓轉換模塊和電壓監(jiān)控報警模塊相連，用于支持寬 范圍電壓供電；[0015]所述電壓監(jiān)控報警模塊，用于對電源故障進行監(jiān)控并預警。[0016]優(yōu)選地，所述占空比調節(jié)模塊使用6檔旋轉撥碼開關。[0017]優(yōu)選地,所述電磁閥驅動模塊包括LM1949集成驅動電路和達靈頓管。[0018]優(yōu)選地，所述顯示模塊包括指示燈驅動單元。[0019]優(yōu)選地，所述指示燈驅動單元包括地勢指示燈驅動電路和光電池指示燈驅動電路。[0020]優(yōu)選地，所述地勢指示燈驅動電路包括高位指示燈、中位指示燈和低位指示燈。[0021]優(yōu)選地，所述控制模塊包括手動/自動切換單元和手動上升/下降控制單元。[0022]優(yōu)選地，所述復位模塊包括上電復位、掉電復位、手動復位和看門狗定時器自動復 位。[0023]優(yōu)選地，所述穩(wěn)壓模塊包括:[0024]使用保險絲作一級防浪涌保護；[0025]使用電感和瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS作二級防浪涌保護；[0026]使用集成電源穩(wěn)壓模塊將9-18V直流電壓轉換成12V/0.42A直流電壓。[0027]優(yōu)選地，所述電壓監(jiān)控報警模塊包括電壓監(jiān)控單元和低壓報警指示燈。[0028](三)有益效果[0029]本實用新型一種用于土地精細平整的高程控制器有如下效果:[0030]一、使用撥碼開關實現(xiàn)6種可調占空比脈寬PWM信號驅動電磁閥，并支持兩種電磁 閥驅動電壓，提高了高程控制器與液壓驅動系統(tǒng)的匹配性，并提高了控制精度；二、使用電 磁閥專用集成驅動芯片，實現(xiàn)大電流高速開啟電磁閥，小電流保持開啟狀態(tài)，減少了電磁閥 發(fā)熱量，延長了電磁閥使用壽命；三、使用地勢指示燈和光電池指示燈，可同時直觀精確地 觀察地勢情況和光電池感應位置，并采用集成LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管) 驅動芯片，提高了驅動電流的穩(wěn)定性和驅動能力；四、使用微處理器外部中斷實現(xiàn)手動/自 動模式切換，減少使用分立邏輯芯片元件，提高了系統(tǒng)的集成性；五、采用多種復位模式，可 解決程序“跑飛”造成的誤動作；六、使用多級電壓保護，實現(xiàn)了支持寬范圍電壓供電，具有 抗干擾沖擊能力；七、設計低電壓監(jiān)控報警功能，建立了一個電源故障預警電路。本實用新 型所提供的高程控制器具有功能豐富、抗干擾能力和適應性強、操作簡單、工作穩(wěn)定、控制精度高的優(yōu)點。
[0031]圖1本實用新型的控制器硬件組成示意圖；[0032]圖2本實用新型的控制器的電路原理圖；[0033]圖3本實用新型的控制器的程序流程圖。
具體實施方式
[0034]下面結合說明書附圖和實施例，對本實用新型作進一步詳細描述。以下實施例僅 用于說明本實用新型的實施例，但不用來限制本實用新型的范圍。[0035]實施例一[0036]本實施例記載了一種用于土地精細平整的高程控制器，包括傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理 模塊、控制模塊、復位模塊、占空比調節(jié)模塊、電磁閥驅動模塊、顯示模塊、穩(wěn)壓模塊、電壓轉 換模塊和電壓監(jiān)控報警模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊與所述傳輸模塊相連，所述電壓轉換模塊 與所述控制模塊相連；[0037]所述控制模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)自動/手動切換；[0038]所述占空比調節(jié)模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于提供可調占空比脈寬PWM信號;[0039]所述復位模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)“跑飛”的程序能自動回到預 定初始程序并順序執(zhí)行；[0040]所述電磁閥驅動模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于控制鏟車上升和下降；[0041]所述顯示模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)地勢相對落差的直觀顯示和 指示光電池具體感應位置；[0042]所述穩(wěn)壓模塊，分別與所述電壓轉換模塊和電壓監(jiān)控報警模塊相連，用于支持寬 范圍電壓供電；[0043]所述電壓監(jiān)控報警模塊，用于對電源故障進行監(jiān)控并預警。[0044]實施例二[0045]如圖1所示，本實施例記載了一種用于土地精細平整的高程控制器，包括RS485總 線單元、微處理器CPU、手動/自動切換單元、手動上升/下降控制單元、復位單元、占空比調 節(jié)單元、穩(wěn)壓單元、電壓監(jiān)控單元、電壓轉換單元、指示燈驅動單元、七路光電池指示燈、低 壓報警指示燈、地勢指示燈和電磁閥驅動單元。[0046]如圖2所示，高程控制器各部分接口連接如下:[0047]外接電源與5A保險絲串聯(lián)，作為一級保護；再與電感LO和P6KE系列瞬態(tài)電壓抑 制二極管(TVS,瞬態(tài)電壓抑制器Transient Voltage Suppressor) DO相連,作二級防浪涌 保護；通過二極管Dl后與匯眾集成電源穩(wěn)壓模塊HZD05B-12S12相連，將9-18VDC (直流) 電壓轉換成12VDC/0.42A電壓，實現(xiàn)了支持寬范圍電壓供電。輸出的12VDC通過LM7805將 +12VDC轉換成+5VDC ；LM7805輸入端并聯(lián)電容Cl、C2，輸出端并聯(lián)電容C3、C4，濾除電源擾 動；同時，輸出端連入保護電阻Rl和發(fā)光二極管LEDO，LEDO發(fā)光，電壓轉換正常。[0048]微處理器CPU引腳11為發(fā)送數(shù)據(jù)輸出口 TXD，接ADM2587E引腳7發(fā)送器輸入口TXD ;微處理器引腳10為接收數(shù)據(jù)輸入口 RXD，接ADM2587E引腳4接收器輸出口 RXD ;微處理器引腳7和8設置為通用I/O接口，分別接ADM2587E引腳6接收器輸出使能端DE和引腳5發(fā)送器使能端瓦，引腳11、14、16、20接地；引腳13、18相連后串聯(lián)電阻R9，作為輸出端 A;引腳15、17相連后串聯(lián)電阻R8作為輸入端B ;A和B之間串聯(lián)匹配電阻RlO ;A端和B端分別接P6KE系列瞬變二極管D3和D4，吸收浪涌電壓，同時電阻R8、R9限制浪涌電流，起到了保護收發(fā)器的作用。[0049]復位單元包括上電復位、掉電復位、手動復位和看門狗定時器自動復位功能，實現(xiàn)在程序“跑飛”時回到預定初始程序并順序執(zhí)行。自動復位功能使用MAX813L實現(xiàn)，將 MAX813L的引腳3WDI與CPU引腳27相連，引腳4—和引腳Ii相連；如果在1.6s內WDI 端沒有收到來自CPU的觸發(fā)信號，并且處于非高阻態(tài)，則—端輸出變低，端函輸入低電平，使引腳7RESET產(chǎn)生200ms高電平復位信號給CPU引腳9RST。手動復位功能通過一個接地按鍵復位開關SO與MAX813L的引腳相連實現(xiàn)，按鍵按下并保持140ms以上涵湍輸入低電平，RESET端產(chǎn)生高電平復位信號。一旦引腳2Vcc端電壓降至復位門限4.boV以下，_端也將產(chǎn)生低電平，從而使MAX813L產(chǎn)生復位信號，實現(xiàn)掉電復位。MAX813L上電時，RESET端自動產(chǎn)生200ms復位脈沖，完成上電復位。多種復位功能保證了高程控制器正常穩(wěn)定運行。[0050]電壓監(jiān)控單元通過上述的MAX813L實現(xiàn)，在引腳4PFI端連接一個電阻分壓支路， 該支路連接的是穩(wěn)壓單元的輸出電壓+12V ;引腳5磯端連接CPU引腳28。通過調節(jié)電阻值，合理地選擇分壓比，以便于使電壓轉換電路+5V輸出端電壓下降之前，PFI端的電壓剛好下降到低于MAX813L的門限電壓1.25V ;當?shù)陀陂T限電壓時， 端產(chǎn)生一個低電平，繼而CPU引腳32產(chǎn)生一個控制信號，并通過三極管Q8驅動低壓報警發(fā)光二極管LED8，從而建立起了一個電源故障預警電路。[0051]單刀單擲開關S3通過分壓電阻R6、R7與CPU引腳26相連，實現(xiàn)自動/手動切換功能。開關閉合，進入自動模式；開關斷開，進入手動模式。單刀雙擲自動復位開關S2—端通過電阻R5接地，另一端分別接CPU引腳12外部中斷瓦元和引腳13外部中斷■，實現(xiàn)手動上升、下降控制，可在自動平地模式下根據(jù)鏟車運土量手動控制干預。[0052]六檔旋轉開關一端通過保護電阻R4接+5V，另一端分別接CPU引腳1_6，高電平有效，可實現(xiàn)6種占空比輸出調節(jié)。[0053]CPU引腳39-32作為光電池位置指示燈驅動信號輸出口，接上拉電阻Rl 1，再通過三極管 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7 點亮發(fā)光二極管 LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7，顯示光電池具體感應位置，以便于接收器安裝和精細控制。[0054]CPU引腳23、24、25作為地勢指示燈驅動電路驅動信號輸出口，分別接CAT4101驅動芯片U6、U7、U8的引腳I，可進行PWM和高電平控制。CAT4101驅動芯片引腳2接+5V，且并聯(lián)電容濾除電源擾動；引腳3接地；引腳4通過變阻器后接地，調節(jié)電阻大小可改變驅動電流，最大可達IA ;引腳5驅動高位指示燈LG1、中位指示燈LG2、低位指示燈LG3三個高亮指示燈，實現(xiàn)地勢相對落差的直觀顯示。[0055]CPU引腳21和22作為電磁閥驅動電路驅動信號輸出口，分別控制鏟車下降和上升。引腳21和22分別接LM1949 (噴油器驅動控制器Injector Drive Control ler)集成驅動電路Ul和U2的引腳I，可進行PWM控制；引腳2輸出比例為4:1的峰值電流和保持電 流，通過串聯(lián)達靈頓管將輸出電流放大至電磁閥驅動電流范圍，從而實現(xiàn)在電磁閥開啟的 瞬間提供一個較大的電流從而產(chǎn)生一個較大的推力，使閥芯迅速克服液壓和摩擦阻力完成 開關動作，在開關動作完成以后將電流降至一個較低的保持電流。產(chǎn)生維持閥芯狀態(tài)所需 的推力，從而降低穩(wěn)態(tài)時的電磁閥發(fā)熱量，使電磁鐵能夠長期可靠工作，解決了開關管和電 磁閥過熱的情況。同時達靈頓管兩端并聯(lián)瞬態(tài)電壓抑制二極管起保護作用。通過單刀雙擲 開關S4可進行+12VDC和+24VDC電磁閥驅動電壓間的切換，增加了高程控制器和電磁閥間 的電源匹配性。[0056]高程控制器包括三個航空接頭，分別為電源供電插頭、接收器輸入插頭和液壓輸 出插頭。電源供電插頭為三芯，分別為+12VDC、+24VDC和地，使用電纜線與車載蓄電池或者 移動電池相連；其中+12VDC為高程控制器供電，+24VDC為電磁閥驅動可選電源。接收器輸 入插頭為四芯，使用屏蔽電纜線與接收器相連，其中包括一根+5V電源線、一根地線、一根 數(shù)據(jù)輸出線和一根數(shù)據(jù)輸入線。液壓輸出插頭為3芯，使用電纜線與液壓系統(tǒng)電磁閥相連， 其中一根為電磁閥驅動電源線，一根為上升電磁閥驅動線，一根為下降電磁閥驅動線。[0057]高程控制器工作原理介紹如下:[0058]高程控制器通過RS485總線從激光接收器獲得位置信號，并通過微處理器進行 分析，判斷激光接收器相對基準參考平面的偏差位置，在控制器面板上實時顯示相對高低 和光電池具體感應位置，并發(fā)送相應的控制信號給液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)反饋控制平地鏟的升 降，實現(xiàn)對農(nóng)田表層土壤刮土、卸土，直至激光接收器中心位置的光電池位于激光參考平面 內。液壓控制線路有手動和自動兩種模式，在手動模式下，只能實現(xiàn)手控平地鏟的升降；在 自動模式下，可以由位置偏差信號自動控制平地鏟升降，也可以實現(xiàn)手控干預。通過占空比 調節(jié)功能，可針對不同鏟車輸出匹配的PWM(脈沖寬度調制Pulse Width Modulation)驅動 信號。[0059]如圖3所示，高程控制器程序流程圖如下:[0060]開機后，上電復位，初始化程序，然后讀入占空比設定值，打開RS485總線，讀取接 收器傳來的位置信號，判斷信號有效性；若信號有效，則進入判斷分析環(huán)節(jié)，進而輸出指示 燈驅動信號，點亮光電池感應位置指示燈和相對位置指示燈；然后判斷工作模式，若為自動 模式，則輸出相應電磁閥驅動信號，進而控制鏟車上升/下降。若信號無效或工作模式為手 動控制，都將返回至初始化。在程序執(zhí)行過程中，若手動上升/下降按鍵有動作，則進入中 斷子程序，關閉中斷、保護現(xiàn)場后，輸出對應電磁閥驅動信號，然后恢復現(xiàn)場、打開中斷，返 回進入主程序中斷前位置，從而實現(xiàn)手動模式的隨時干預功能。
權利要求1.一種高程控制器，其特征在于:包括傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊、復位模塊、 占空比調節(jié)模塊、電磁閥驅動模塊、顯示模塊、穩(wěn)壓模塊、電壓轉換模塊和電壓監(jiān)控報警模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊與所述傳輸模塊相連，所述電壓轉換模塊與所述控制模塊相連；所述控制模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)自動/手動切換；所述占空比調節(jié)模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于提供可調占空比脈寬PWM信號； 所述復位模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)“跑飛”的程序能自動回到預定初始程序并順序執(zhí)行；所述電磁閥驅動模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于控制鏟車上升和下降；所述顯示模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于實現(xiàn)地勢相對落差的直觀顯示和指示光電池具體感應位置；所述穩(wěn)壓模塊，分別與所述電壓轉換模塊和電壓監(jiān)控報警模塊相連，用于支持寬范圍電壓供電；所述電壓監(jiān)控報警模塊，用于對電源故障進行監(jiān)控并預警。
2.根據(jù)權利要求1所述的高程控制器，其特征在于，所述占空比調節(jié)模塊使用6檔旋轉撥碼開關。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述電磁閥驅動模塊包括 LM1949集成驅動電路和達靈頓管。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述顯示模塊包括指示燈驅動單元。
5.根據(jù)權利要求4所述的高程控制器，其特征在于，所述指示燈驅動單元包括地勢指示燈驅動電路和光電池指示燈驅動電路。
6.根據(jù)權利要求5所述的高程控制器，其特征在于，所述地勢指示燈驅動電路包括高位指示燈、中位指示燈和低位指示燈。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述控制模塊包括手動/自動切換單元和手動上升/下降控制單元。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述復位模塊包括上電復位、 掉電復位、手動復位和看門狗定時器自動復位。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述穩(wěn)壓模塊包括:使用保險絲作一級防浪涌保護；使用電感和瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS作二級防浪涌保護；使用集成電源穩(wěn)壓模塊將9-18V直流電壓轉換成12V/0.42A直流電壓。
10.根據(jù)權利 要求1或2所述的高程控制器，其特征在于，所述電壓監(jiān)控報警模塊包括電壓監(jiān)控單元和低壓報警指示燈。
專利摘要本實用新型公開了一種高程控制器，包括傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊、復位模塊、占空比調節(jié)模塊、電磁閥驅動模塊、顯示模塊、穩(wěn)壓模塊、電壓轉換模塊和電壓監(jiān)控報警模塊。本實用新型所提供的高程控制器通過撥碼開關、電磁閥專用集成驅動芯片、地勢指示燈和光電池指示燈、微處理器外部中斷實現(xiàn)手動/自動模式切換、多種復位模式、多級電壓保護和低電壓監(jiān)控報警功能，具有功能豐富、抗干擾能力和適應性強、操作簡單、工作穩(wěn)定、控制精度高的優(yōu)點。
文檔編號G05B19/042GK203164652SQ20132017834
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權日2013年4月10日
發(fā)明者劉剛, 李宏鵬, 王瀧, 司永勝, 孟慶寬 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學