[发明专利]悬挂式农具水平自动控制装置

权利要求书

1.一种悬挂式农具水平自动控制装置，由上位机、摇杆手柄、ECU、卫星定位接收机、卫星天线、WT61板卡、拉绳位移传感器、活塞式钢丝拉线、电磁阀和倾斜提升油缸组成，ECU内含总线板卡、GPSGYRO板卡和电磁阀板卡，总线板卡通过CAN总线把上位机、GPSGYRO板卡和电磁阀板卡电连接，其特征在于：上位机对悬挂式农具进行总控制，GPSGYRO板卡采集卫星定位接收机和WT61板卡的横滚角，电磁阀板卡对悬挂式农具进行直接的测量与控制。

2.按照权利要求1所述的悬挂式农具水平自动控制装置，其特征是：倾角传感器WT61板卡是直接焊接在GPSGYRO板卡上的，总线板卡、电磁阀板卡和GPSGYRO板卡全部密封在防水盒之内，总线板卡的一只外接端子与防水盒外部的接线端子排和CAN总线电连接，总线板卡上平行排列的4只插座，为其他板卡供电和联通CAN总线；防水盒与ECU机箱的底板之间由硅胶减震圈间隔。

3.按照权利要求1所述的悬挂式农具水平自动控制装置，其特征是：拉绳位移传感器的模拟量输出端、电磁阀板卡的MCP6242电路的输入端、MCP6242电路放大器输出端和PIC18F25K80的RA0引脚依次电连接；摇杆手柄的信号输出端、LVT817电路的光耦阴极端、LVT817电路的光耦射极端和PIC18F25K80的RB0、RB1引脚依次电连接；PIC18F25K80的两只PWM引脚分别与两路AOD4184电路的栅极输入端、AOD4184电路的漏极端和电磁阀的升、降电磁线圈的导线依次电连接。

4.按照权利要求1所述的悬挂式农具水平自动控制装置，其特征是：GPSGYRO板卡在系统上电后依次对PIC18F25K80的RA、RB、RC端口、两个UART异步串口通信、CAN通信和定时器进行寄存器的初始化，构建软元件时间继电器T0，开启定时器和异步串口通信中断功能；程序按照循环扫描的方式运行；当PIC18F25K80的RX1收完1帧数据时，表明收到了WT61板卡的数据，则提取出绕Y轴的角速率和横滚角，同时启动未开启的时间继电器T0；当PIC18F25K80的RX2收完GPGGA的数据帧时，提取出卫星定位接收机的定位状态的字符，同时关闭时间继电器T0；当接收完HEADING帧数据时，提取出横滚角，PIC18F25K80通过MCP2551电路把这些数据发送给上位机；如果时间继电器T0的常开触点闭合，说明卫星定位接收机没有输出数据，PIC18F25K80通过MCP2551电路只把WT61板卡的数据发送给上位机，同时关闭时间继电器T0。

5.按照权利要求1所述的悬挂式农具水平自动控制装置，其特征是：在电磁阀板卡的程序中构建软元件时间继电器T0和T1，开启定时器和CAN通信中断功能；程序按照循环扫描的方式运行；当PIC18F25K80的RB0引脚发生电平由低跳高的变化时，表明摇杆手柄发生了压下的动作，启动PWM1和T0，接通电磁阀左侧的线圈，进而控制倾斜提升油缸伸出动作，使悬挂式农具的左端下降；当PIC18F25K80的RB1引脚发生电平由低跳高的变化时，表明摇杆手柄发生了抬升的动作，启动PWM2和T1，接通电磁阀右侧的线圈，进而控制倾斜提升油缸缩回动作，使悬挂式农具的左端上升；当PIC18F25K80发生CAN中断时，程序对收到的指令进行判别，如果是下降悬挂式农具的指令，则从指令中取出占空比设置值和定时时长，修改PWM1的寄存器参数，启动PWM1和T0；如果是抬升悬挂式农具的指令，则从指令中取出占空比设置值和定时时长，修改PWM2的寄存器参数，启动PWM2和T1；如果是采集拉绳位移传感器的指令，则启动AD转换，把转换后的数字量通过CAN电路发送给上位机；当T0的常开触点闭合，则关闭PWM1和T0，使悬挂式农具停止运动；当T1的常开触点闭合，则关闭PWM2和T1，使悬挂式农具停止运动。

6.按照权利要求1所述的悬挂式农具水平自动控制装置，其特征是：上电后，上位机启动CAN通信线程、控制线程；CAN通信线程一直处于等待接收数据状态，如果有卫星卫星定位接收机的数据，则解析出定位状态和横滚角；如果有倾角传感器的数据，则解析出绕Y轴的角速率和横滚角，然后通知控制线程；如果有拉绳位移传感器的数据，则需计算出在此数值下造成的悬挂式农具的高低差1，然后通知控制线程；在控制线程中，一旦获知横滚角已经采集到，立即发送采集拉绳位移传感器的指令给电磁阀板卡，并由倾角传感器产生的绕Y轴的角速率、横滚角和卫星定位接收机产生的横滚角构成观测量，由车身的绕Y轴的角速率和横滚角构成状态量；依据卫星定位接收机的状态——固定解、浮点解、单点解，更新观测量的协方差矩阵R_k；通过Kalman滤波器的递推运算，实时估计出当前横滚角，计算出此横滚角值所产生的悬挂式农具左右两端的高低差2；等电磁阀板卡发送回拉绳位移传感器的位移量数据和高低差1的数据时，控制线程综合这两个高低差的数据，产生悬挂式农具的左右两端的高低差；如果此高低差的绝对值不超出1.0cm，则不需要控制，不发送控制指令；如果此高低差的绝对值超过6.0cm，则控制指令中PWM的占空比直接设定为99％，PWM波的持续时间为200ms；如果高低差的绝对值不在上述范围内，则运行PID控制算法，产生PWM波的持续时间和升降控制方向，PWM的占空比设定为70％，控制线程把这些参数发送给电磁阀板卡，由它控制电磁阀动作，对悬挂式农具进行水平自动控制。