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申请/专利权人：东北农业大学

摘要：垄沟筑垱机是一种防治水土流失的农机具，为解决垄沟筑垱最优垱距自动控制问题，发明了一种垄沟筑垱机的自动控制器与自动控制方法。本发明的自动控制器包含处理器单元、脉冲电流输出单元、过流过压保护电路、倾角传感器、机器前进速度监测模块和速度接口电路以及多功能手动调节器。控制器安装于拖拉机上或安装于拖拉机后悬挂的筑垱机主横梁的中部。本发明的自动控制方法为通过倾角传感器监测耕地坡度变化，通过前进速度监测模块获取机组前进速度，由控制器的核心处理器程序依据倾角解算模型和最优垱距控制数学模型解算出最优垱距控制参数，实现最优垱距自动控制。本装置还设有手动多功能调节器，通过调节旋钮还可实现自动、手动和关闭3种模式。

主权项：一种垄沟筑垱机自动控制器与自动控制方法，所述的自动控制器包含电源保护电路、电压转换电路、通信接口、单片机电路、驱动单元、输出回路以及输出指示电路；其特征是：它还包含倾角传感器、机器前进速度监测模块和速度接口电路以及多功能手动调节器；所述的倾角传感器为MEMS三轴加速度传感器；所述的机器前进速度监测模块为导航定位模块；速度接口电路为TTL串口电路；导航定位模块通过机器前进速度接口连接到单片机电路；所述多功能手动调节器为一个可连续调节的线性电位器，其调节旋钮有自动‑手动‑停止3个连续调节区段，对应3种控制模式。

全文数据：一种垄沟筑垲机自动控制器与自动控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种农业机械控制设备与控制方法，具体涉及一种垄沟筑挡机的自动控制器与自动控制方法。背景技术[0002]垄沟筑挡机亦称垄向区田筑挡机是一种防治水土流失的农机作业机具，它悬挂在拖拉机后部，可同时完成中耕筑挡或起垄筑挡作业，它主要由机械装置、电子控制装置和电磁执行装置组成，是一种机电一体化的农业机械。[0003]专利"垄向区田筑挡机"（00252808.8，专利"垄向区田筑挡机控制机构"201010522638.3以及专利"垄向区田筑挡机电子控制装置及控制方法"201010522664.6已对垄沟筑挡机的机械装置、电子控制装置和电磁执行装置进行过叙述。其中"垄向区田筑挡机电子控制装置及控制方法"给出了一种电子控制装置和控制方法，可实现筑挡机的电子控制和挡距的人工手动调节，但不能根据耕地坡度变化实现挡距的自动调节，更无法实现最优挡距控制。上述专利为本发明的提出提供了参考。发明内容：[0004]为解决垄沟筑挡机作业时最优挡距自动控制问题，实现随坡自动筑挡的作业要求，本发明公开了一种垄沟筑挡机的自动控制器与自动控制方法。[0005]本发明方案为通过倾角传感器测量耕地坡度，通过速度监测模块获取机组前进速度，由控制器处理器单元依据坡度解算模型和最优挡距控制数学模型解算出最优挡距控制参数，控制输出回路脉冲电流，实现最优挡距自动控制。具体发明内容如下：[0006]所述的控制器包含电源保护电路、电压转换电路、通信接口、单片机电路、驱动单元、输出回路以及输出指示电路，此外控制器还包含倾角传感器、机器前进速度监测模块和速度接口电路以及多功能手动调节器等;如图1。其中，倾角传感器为MEMS数字或模拟式三轴加速度传感器;机器前进速度信号可来自于GPS、BDS、GL0NASS和GALILEO卫星定位导航模块，通过TTL232串口接口电路与单片机连接，也可取自地轮或车载速度传感器或拖拉机ECU测速单元。[0007]多功能手动调节器是一个可连续调节的线性电位器，其调节旋钮有自动-手动-停止3个连续调节区段，对应3种控制模式；当所述多功能手动调节器的旋钮在"自动"区段内调节时，为自动控制挡距模式，控制器依据机组与水平面的倾斜角度自动控制挡距，调节旋钮转角大小作为自动挡距的修正；当旋钮在"手动"区段内调节时，控制器转换为人工手动调挡距节模式，挡距大小完由旋钮转角大小控制，挡距不随机组倾角变化而自动改变;当旋钮旋转到"停止"区段时，为停止模式，控制器停止输出控制脉冲电流。[0008]控制器底板外侧标识有相互垂直的带方向箭头的横方向指示线X和纵方向指示线y;三轴加速度传感器安装在控制器底板内侧，其X和y轴与所述的控制器底板上的X和y方向指示线对应平行。[0009]控制器安装于拖拉机上或安装于拖拉机后悬挂的筑挡机主横梁的中部;安装时，控制器底板与筑挡机主机架或拖拉机机身的水平参考面平行，控制器底板上的横向指示线X与筑挡机主机架横梁平行或使底板上的纵方向指示线y与拖拉机机身纵向平行，其纵向指示箭头朝向前方；[0010]控制器的自动控制方法如下：1、加速度传感器实时测出纵向y、横向X和竖向z三个方向的加速度值Ay，Ax，Az，单片机依据公式（1的数学模型解算出机组与水平面的倾斜角度γ。[0011]2、单片机根据机组速度V以及机组与水平面的倾斜角度γ，依据公式2的数学模型计算出多通道脉冲电流输出的间隔时间周期参数Τ，单片机电路自动控制多通道脉冲电流输出，反复循环1，2步骤，实现挡距自动控制，如图2。A、Β为与垄高和行距有关的系数）[0012]本发明有益效果为:实现垄沟作业最优挡距自动控制，提高机具作业质量，达到最优保水节水防止水土流失效果，降低拉动强度，提高生产率。附图说明[0013]图1是本发明的自动控制仪的基本组成图。[0014]图2是本发明的自动控制方法流程。具体实施方式[0015]下面通过实例对本发明做进一步说明：[0016]控制器的单片机为MCS51系列兼容单片机，本实例应用STC15W415AS单片机。本发明所用三轴加速度传感器为MEMS数字式或模拟式，如MPU6050、ADXL345、MMA7455、SCA3100等;本实例应用SCA3100数字式三轴加速度传感器，通过SPI数字接口与单片机驳接，单片机程序读取传感器输出数据流，换算出传感器基准面三个方向的加速度值，再根据所述数学模型（1解算出坡度信息γ。在本实例中，机器前进速度信号来自于GPS卫星定位导航模块，通过TTL232串口与单片机驳接，单片机程序抓取GPS输出数据帧，从中提取出机组前进速度信息。[0017]本实例手动多功能调节器为一个连续调节的ΙΟΙίΩ线性电位器，其调节旋钮有自动-手动-关闭3个调节区段，对应3种控制模式;其实现过程是，单片机程序通过10bit-AD转换对电位器中心头输出电压连续采样，取样结果与预置的调节段电压阈值进行比较，判断调节旋钮所在区段，调用相应的处理程序，实现3种控制模式，本实例中阈值范围分别设置为满量程的0-30%为自动调节区，30%-90%为手动调节区，90%-100%为停止控制区。[0018]本实例的单片机根据机组速度V以及机组与水平面的倾斜角度γ，依据前述数学模型2解算出多通道脉冲电流输出的间隔时间周期参数Τ，单片机自动控制多通道脉冲电流输出，循环往复1，2步骤，实现挡距自动控制；例如当垄距为70cm，垄高为16cm时，按模型计算。

权利要求：1.一种垄沟筑挡机自动控制器与自动控制方法，所述的自动控制器包含电源保护电路、电压转换电路、通信接口、单片机电路、驱动单元、输出回路以及输出指示电路;其特征是:它还包含倾角传感器、机器前进速度监测模块和速度接口电路以及多功能手动调节器；所述的倾角传感器为MEMS三轴加速度传感器;所述的机器前进速度监测模块为导航定位模块;速度接口电路为TTL串口电路；导航定位模块通过机器前进速度接口连接到单片机电路;所述多功能手动调节器为一个可连续调节的线性电位器，其调节旋钮有自动-手动-停止3个连续调节区段，对应3种控制模式。2.根据权利要求1所述的自动控制器，其特征是：当所述多功能手动调节器的旋钮在"自动"区段内调节时，为自动控制挡距模式，控制器依据机组与水平面的倾斜角度自动控制挡距，调节旋钮转角大小作为自动挡距的修正；当旋钮在"手动"区段内调节时，控制器转换为人工手动调挡距节模式，挡距大小完由旋钮转角大小控制，挡距不随机组倾角变化而自动改变;当旋钮旋转到"停止"区段时，为停止模式，控制器停止输出控制脉冲电流。3.根据权利要求1所述的自动控制器，其特征是:控制器底板外侧标识有相互垂直的带方向箭头的纵横指示线;所述的加速度传感器安装在控制器底板内侧，其纵横轴与所述的控制器底板外侧标识的纵横方向指示线对应平行;控制器安装于拖拉机上或安装于拖拉机后悬挂的筑挡机主横梁的中部;控制器底板与筑挡机主机架或拖拉机机身的水平参考面平行安装，控制器底板外侧的横向指示线与筑挡机主机架横梁平行或使底板上的纵方向指示线与拖拉机机身纵向平行，其纵向指示箭头朝向前方。4.一种垄沟筑挡机自动控制器的自动控制方法，其特征是：1所述的加速度传感器实时测出纵、横、竖三个方向的加速度值，单片机程序依据数学模型解算出机组与水平面的倾斜角度；2单片机程序根据机组前进速度以及机组与水平面的倾斜角度，依据数学模型解算出脉冲驱动电流的输出间隔周期参数，单片机电路自动控制脉冲驱动电流的输出，反复循环1，2步骤，实现挡距自动控制。

百度查询： 东北农业大学 一种垄沟筑垱机自动控制器与自动控制方法