本發(fā)明涉及機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種智能行間中耕施肥施藥機(jī)的控制電路及算法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)存的農(nóng)業(yè)機(jī)械主要應(yīng)用于單體種植面積大的區(qū)域，價(jià)格高昂，而且均需要人工駕駛，缺乏適用于小田塊的自動(dòng)化操作機(jī)械，針對(duì)其自身的設(shè)計(jì)缺陷，以及耕地表面的復(fù)雜情況，使這種小型的機(jī)械設(shè)備在耕種過程中使用效果并不好，究其原因，無(wú)外乎軟硬件方面都存在問題，針對(duì)這些問題本發(fā)明立足根本，從軟件和控制原理出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種智能行間中耕施肥施藥機(jī)的控制電路及算法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種智能行間中耕施肥施藥機(jī)的控制電路及算法，設(shè)計(jì)合理，功能全面，可以滿足市場(chǎng)需要。

本發(fā)明采用如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的：

一種智能行間中耕施肥施藥機(jī)的控制電路，包括MCU主控制器，其特征是：所述MCU主控制器分別連接電源隔離模塊、穩(wěn)壓模塊、電池檢測(cè)模塊、霍爾輸入模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊、檔位選擇模塊、繼電器控制模塊、串口通信模塊、紅外傳感器采集模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述MCU主控制器以STM32F103ZET6為控制核心。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述電源隔離模塊采用DC-DC的隔離電源來保護(hù)控制板內(nèi)部，所述器件U1通過48-5V的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，輸出一個(gè)5V的電源作為控制板內(nèi)的信號(hào)電源，所述器件U5通過48-12V的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，輸出一個(gè)12V的電源作為控制內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電源，可以有效消除本裝置電機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾，適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述穩(wěn)壓模塊采用現(xiàn)有的電路，使用AMS1086將信號(hào)電源5V轉(zhuǎn)換出一路3.3V電源給單片機(jī)以及一些傳感器供電，使用LM7809將驅(qū)動(dòng)電源轉(zhuǎn)換出一路9V電源給路由器供電，信號(hào)電源使用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，當(dāng)短路過載時(shí)保護(hù)，使用TVS瞬態(tài)抑制器來抑制浪涌電壓，通過電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述電池檢測(cè)模塊采用CN1185芯片、74HC04芯片和光電耦合器，所述電池檢測(cè)模塊有4條檢測(cè)類似回路，這里就介紹其中一條：所述CN1185芯片U2的引腳1串聯(lián)電阻R58接于地，其并聯(lián)支路串接電阻R57接于電壓直流48V，同理，所述CN1185芯片U2的引腳3、引腳5、引腳7的并聯(lián)支路接的電壓值分別為直流36V、直流24V和直流12V，所述CN1185芯片的輸出引腳CN1185_OUT1連接所述74HC04芯片的引腳1，所述74HC04芯片的引腳2連接所述光電耦合器的引腳2，所述光電耦合器的引腳1串接電阻R62接于+5V電源，所述光電耦合器的引腳4串接電阻R63接于+3.3V電源，所述光電耦合器的引腳3串接電阻R56接于地，其并聯(lián)支路串接電容C59接于地，另外，所述光電耦合器的引腳3連接MCU主控制器的引腳26，同理，可得出其它幾條電池檢測(cè)支路。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述霍爾輸入模塊包括兩個(gè)類似采集電路，這里只解釋一條：所述霍爾元件的引腳1接于+5V電源，其并聯(lián)支路串接發(fā)光二極管D13和電阻R136接于所述霍爾元件的引腳2，所述霍爾元件的引腳2串接電阻R130和電容C56接于地，所述霍爾元件的引腳3接于地，所述霍爾元件的輸出信號(hào)線TIM_CH4接于所述MCU主控制器的引腳140。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊采用光電耦合器和三極管，所述光電耦合器的引腳1串接電阻R94接于插座P31的插孔1，所述光電耦合器的引腳2接于插座P31的插孔2，所述光電耦合器的引腳3串接電阻R95和電阻R102接于地，其并聯(lián)支路接于三極管Q1的基極，所述光電耦合器的引腳4接于+3.3V電源，其并聯(lián)支路串接電阻R85和電阻R91接于所述MCU主控制器的引腳141，所述三極管Q1的集電極接于電阻R85與電阻R91之間，所述三極管Q1的發(fā)射極接于地，所述三極管Q1的集電極與輸出信號(hào)線PE0_TIM 4_ETR之間串聯(lián)電容C53。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述檔位選擇模塊采用AQW212芯片，檔位選擇電路上下兩個(gè)AQW212芯片連接方式相同，所述AQW212芯片U8的引腳1和引腳3分別串接電阻R165和電阻R166接于+3.3V，所述AQW212芯片U8的引腳2和引腳4分別連接所述MCU主控制器的引腳75和引腳76， 所述AQW212芯片U8的引腳5和引腳7接于+5V電源，所述AQW212芯片U8的引腳5和引腳7分別串接電阻R162和電阻R161接于插座P32的插孔2，所述插座P32的插孔1和插孔3分別連接地和+5V電源，所述AQW212芯片U10的引腳2和引腳4分別連接所述MCU主控制器的引腳73和引腳74。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述繼電器控制模塊采用PC817光電耦合器、ULN2803芯片和1n4148，本繼電器控制模塊共有16路連接方式相同的控制支路，其中一路為：所述PC817光電耦合器GG6的引腳1接于+3.3V電源，所述PC817光電耦合器GG6的引腳2串接電阻R88接于所述MCU主控制器的引腳44，所述PC817光電耦合器GG6的引腳4串接電阻R84接于+12V電源，所述PC817光電耦合器GG6的引腳3串接電阻R92接地，其并聯(lián)支路接于所述ULN2803芯片的引腳8，所述ULN2803芯片的引腳8連接所述繼電器控制引腳ULN_K8, 所述繼電器控制引腳ULN_K8串接發(fā)光二極管D4和電阻R78接于繼電器線圈，其并聯(lián)支路串接二極管D25接于繼電器線圈。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述串口通信模塊采用現(xiàn)有的電路，擁有兩路串口通信接口，一路接433MHz無(wú)線模塊，一路接超聲波測(cè)距模塊，采用MAX232通信接口，可以連接電腦，通過電腦進(jìn)行調(diào)試、校準(zhǔn)、設(shè)定參數(shù)等。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述紅外傳感器采集模塊采用現(xiàn)有的電路，擁有四路紅外傳感器接口，使用PC817作為信號(hào)隔離的主芯片，使用一個(gè)0.1uf電容作為一個(gè)基本的濾波電路，然后將隔離后的信號(hào)輸出給單片機(jī)。

作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用W5500作為網(wǎng)絡(luò)通信的主控制芯片，改芯片內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議，大大降低軟件開發(fā)的難度，另外通信速度以及穩(wěn)定性要遠(yuǎn)好于軟件模擬的TCP/IP協(xié)議，使用內(nèi)部集成隔離電感的網(wǎng)口，大大簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，以及減小PCB的尺寸。

本發(fā)明提出一種智能行間中耕施肥施藥機(jī)的控制算法，所述算法的流程具體為：初始化單片機(jī)資源配置、傳感器信號(hào)和內(nèi)部數(shù)據(jù)默認(rèn)值，讀取默認(rèn)的設(shè)置信息以及參數(shù)控制相關(guān)執(zhí)行器到預(yù)設(shè)位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制箱傳回的數(shù)據(jù)以及傳感器信號(hào)，判斷是否有傳感器的信號(hào)，判斷時(shí)候有控制箱傳回的數(shù)據(jù)，若有信號(hào)也有數(shù)據(jù)，則解析來自控制箱的命令并控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；若有信號(hào)無(wú)數(shù)據(jù)，則判斷信號(hào)是否在正常的范圍內(nèi)，若在正常范圍內(nèi)，判斷是否是電子羅盤的信號(hào)，若滿足，則控制無(wú)線轉(zhuǎn)臺(tái)，保持無(wú)線CPE方向與預(yù)設(shè)的方向一致，以保證接收信號(hào)最強(qiáng)，若不滿足，則判斷是否有危險(xiǎn)狀態(tài)，若無(wú)危險(xiǎn)狀態(tài)，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包，若有危險(xiǎn)狀態(tài)，則停止機(jī)車，停止一切操作進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；若無(wú)信號(hào)無(wú)數(shù)據(jù)，則返回，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制箱傳回的數(shù)據(jù)以及傳感器信號(hào)，最后，將執(zhí)行結(jié)果或者是通信數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控箱，繼續(xù)檢測(cè)，控制算法結(jié)束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本發(fā)明電源隔離模塊可以有效消除本裝置電機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾，使本裝置更加適應(yīng)惡劣的環(huán)境；使用霍爾傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速信號(hào)采集，能夠很好的采集每個(gè)車輪的速度，并且有很好的抗干擾能力，通過阻容濾波網(wǎng)絡(luò)，將信號(hào)整形優(yōu)化，濾掉雜波；繼電器控制模塊使用16路控制模塊，該器件開斷和閉合的時(shí)間短，價(jià)格低，繼電器控制端有指示燈，可以非常直觀的觀察繼電器開斷情況電池檢測(cè)模塊通過實(shí)時(shí)采集每一塊電池的充放電的電壓和電流來判斷電池的狀態(tài)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，避免安全事故的發(fā)生和財(cái)產(chǎn)的損失；本控制算法可以有效解決裝置運(yùn)行不穩(wěn)定、工作效率低的問題，從軟件和控制原理方面將工作誤差、通信不暢等問題的影響做到最小化處理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理方框圖。

圖2為電源隔離模塊電路圖。

圖3為穩(wěn)壓模塊電路圖。

圖4為電池檢測(cè)模塊一電路圖。

圖5為電池檢測(cè)模塊二電路圖。

圖6為霍爾輸入模塊電路圖。

圖7為發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊電路圖。

圖8為檔位選擇模塊電路圖。

圖9為繼電器控制模塊一電路圖。

圖10為繼電器控制模塊二電路圖。

圖11為串口通信模塊電路圖。

圖12為紅外傳感器采集模塊電路圖。

圖13為網(wǎng)絡(luò)通信模塊電路圖。

圖14為MCU主控制器電路圖。

圖15為一種智能行間中耕施肥施藥機(jī)的控制算法的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。

參見圖1-圖14，本發(fā)明包括一種智能行間中耕施肥施藥機(jī)的控制電路，包括MCU主控制器，其特征是：所述MCU主控制器分別連接電源隔離模塊、穩(wěn)壓模塊、電池檢測(cè)模塊、霍爾輸入模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊、檔位選擇模塊、繼電器控制模塊、串口通信模塊、紅外傳感器采集模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述MCU主控制器以STM32F103ZET6為控制核心。

所述電源隔離模塊采用DC-DC的隔離電源來保護(hù)控制板內(nèi)部，所述器件U1通過48-5V的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，輸出一個(gè)5V的電源作為控制板內(nèi)的信號(hào)電源，所述器件U5通過48-12V的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，輸出一個(gè)12V的電源作為控制內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電源，可以有效消除本裝置電機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾，適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境。

所述穩(wěn)壓模塊采用現(xiàn)有的電路，使用AMS1086將信號(hào)電源5V轉(zhuǎn)換出一路3.3V電源給單片機(jī)以及一些傳感器供電，使用LM7809將驅(qū)動(dòng)電源轉(zhuǎn)換出一路9V電源給路由器供電，信號(hào)電源使用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，當(dāng)短路過載時(shí)保護(hù)，使用TVS瞬態(tài)抑制器來抑制浪涌電壓，通過電容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波。

所述電池檢測(cè)模塊采用CN1185芯片、74HC04芯片和光電耦合器，所述電池檢測(cè)模塊有4條檢測(cè)類似回路，這里就介紹其中一條：所述CN1185芯片U2的引腳1串聯(lián)電阻R58接于地，其并聯(lián)支路串接電阻R57接于電壓直流48V，同理，所述CN1185芯片U2的引腳3、引腳5、引腳7的并聯(lián)支路接的電壓值分別為直流36V、直流24V和直流12V，所述CN1185芯片的輸出引腳CN1185_OUT1連接所述74HC04芯片的引腳1，所述74HC04芯片的引腳2連接所述光電耦合器的引腳2，所述光電耦合器的引腳1串接電阻R62接于+5V電源，所述光電耦合器的引腳4串接電阻R63接于+3.3V電源，所述光電耦合器的引腳3串接電阻R56接于地，其并聯(lián)支路串接電容C59接于地，另外，所述光電耦合器的引腳3連接MCU主控制器的引腳26，同理，可得出其它幾條電池檢測(cè)支路。采用CN1185作為電池檢測(cè)的主芯片，利用分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置一個(gè)合適的電壓閥值，當(dāng)電源電壓低于這個(gè)閥值時(shí)，通過74HC04非門，輸出一個(gè)電平信號(hào)，控制光電耦合器，然后給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，這樣既能檢測(cè)電池，又能很好的實(shí)現(xiàn)隔離，使用數(shù)字電路來代替ADC采集，大大簡(jiǎn)化程序處理的難度，增強(qiáng)可靠性。

所述霍爾輸入模塊包括兩個(gè)類似采集電路，這里只解釋一條：所述霍爾元件的引腳1接于+5V電源，其并聯(lián)支路串接發(fā)光二極管D13和電阻R136接于所述霍爾元件的引腳2，所述霍爾元件的引腳2串接電阻R130和電容C56接于地，所述霍爾元件的引腳3接于地，所述霍爾元件的輸出信號(hào)線TIM_CH4接于所述MCU主控制器的引腳140，使用霍爾傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速信號(hào)采集，能夠很好的采集每個(gè)車輪的速度，并且有很好的抗干擾能力，通過阻容濾波網(wǎng)絡(luò)，將信號(hào)整形優(yōu)化，濾掉雜波。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊采用光電耦合器和三極管，所述光電耦合器的引腳1串接電阻R94接于插座P31的插孔1，所述光電耦合器的引腳2接于插座P31的插孔2，所述光電耦合器的引腳3串接電阻R95和電阻R102接于地，其并聯(lián)支路接于三極管Q1的基極，所述光電耦合器的引腳4接于+3.3V電源，其并聯(lián)支路串接電阻R85和電阻R91接于所述MCU主控制器的引腳141，所述三極管Q1的集電極接于電阻R85與電阻R91之間，所述三極管Q1的發(fā)射極接于地，所述三極管Q1的集電極與輸出信號(hào)線PE0_TIM 4_ETR之間串聯(lián)電容C53。采集發(fā)動(dòng)機(jī)霍爾信號(hào)，需要進(jìn)行隔離，使用PC817作為光電隔離的主芯片，然后使用8050三極管，對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形放大，然后輸出給單片機(jī)。

所述檔位選擇模塊采用AQW212芯片，檔位選擇電路上下兩個(gè)AQW212芯片連接方式相同，所述AQW212芯片U8的引腳1和引腳3分別串接電阻R165和電阻R166接于+3.3V，所述AQW212芯片U8的引腳2和引腳4分別連接所述MCU主控制器的引腳75和引腳76， 所述AQW212芯片U8的引腳5和引腳7接于+5V電源，所述AQW212芯片U8的引腳5和引腳7分別串接電阻R162和電阻R161接于插座P32的插孔2，所述插座P32的插孔1和插孔3分別連接地和+5V電源，所述AQW212芯片U10的引腳2和引腳4分別連接所述MCU主控制器的引腳73和引腳74。采用AQW212芯片作為隔離電子開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)組成檔位選擇電路，利用電子開關(guān)，選擇不同阻值的電阻進(jìn)行串聯(lián)并聯(lián)組合，調(diào)處合適的檔位，可以隔離干擾、響迅速（電子開關(guān)和電阻相應(yīng)是微妙級(jí)）、控制簡(jiǎn)單（只需要四個(gè)引腳輸出不同的電平組合即可）。

所述繼電器控制模塊采用PC817光電耦合器、ULN2803芯片和1n4148，本繼電器控制模塊共有16路連接方式相同的控制支路，其中一路為：所述PC817光電耦合器GG6的引腳1接于+3.3V電源，所述PC817光電耦合器GG6的引腳2串接電阻R88接于所述MCU主控制器的引腳44，所述PC817光電耦合器GG6的引腳4串接電阻R84接于+12V電源，所述PC817光電耦合器GG6的引腳3串接電阻R92接地，其并聯(lián)支路接于所述ULN2803芯片的引腳8，所述ULN2803芯片的引腳8連接所述繼電器控制引腳ULN_K8, 所述繼電器控制引腳ULN_K8串接發(fā)光二極管D4和電阻R78接于繼電器線圈，其并聯(lián)支路串接二極管D25接于繼電器線圈。采用PC817作為光電隔離主芯片，使用ULN2803作為繼電器主驅(qū)動(dòng)芯片（該芯片驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，內(nèi)部集成保護(hù)二極管），使用1n4148作為繼電器釋放反向電動(dòng)勢(shì)的主器件，該器件開斷和閉合的時(shí)間短，價(jià)格低。繼電器控制端有指示燈，可以非常直觀的觀察繼電器開斷情況。

所述串口通信模塊采用現(xiàn)有的電路，擁有兩路串口通信接口，一路接433MHz無(wú)線模塊，一路接超聲波測(cè)距模塊，采用MAX232通信接口，可以連接電腦，通過電腦進(jìn)行調(diào)試、校準(zhǔn)、設(shè)定參數(shù)等。

所述紅外傳感器采集模塊采用現(xiàn)有的電路，擁有四路紅外傳感器接口，使用PC817作為信號(hào)隔離的主芯片，使用一個(gè)0.1uf電容作為一個(gè)基本的濾波電路，然后將隔離后的信號(hào)輸出給單片機(jī)。

所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用W5500作為網(wǎng)絡(luò)通信的主控制芯片，改芯片內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議，大大降低軟件開發(fā)的難度，另外通信速度以及穩(wěn)定性要遠(yuǎn)好于軟件模擬的TCP/IP協(xié)議，使用內(nèi)部集成隔離電感的網(wǎng)口，大大簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，以及減小PCB的尺寸。

參照?qǐng)D15，本發(fā)明提出一種智能行間中耕施肥施藥機(jī)的控制算法，所述算法的流程具體為：初始化單片機(jī)資源配置、傳感器信號(hào)和內(nèi)部數(shù)據(jù)默認(rèn)值，讀取默認(rèn)的設(shè)置信息以及參數(shù)控制相關(guān)執(zhí)行器到預(yù)設(shè)位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制箱傳回的數(shù)據(jù)以及傳感器信號(hào)，判斷是否有傳感器的信號(hào)，判斷時(shí)候有控制箱傳回的數(shù)據(jù)，若有信號(hào)也有數(shù)據(jù)，則解析來自控制箱的命令并控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；若有信號(hào)無(wú)數(shù)據(jù)，則判斷信號(hào)是否在正常的范圍內(nèi)，若在正常范圍內(nèi)，判斷是否是電子羅盤的信號(hào)，若滿足，則控制無(wú)線轉(zhuǎn)臺(tái)，保持無(wú)線CPE方向與預(yù)設(shè)的方向一致，以保證接收信號(hào)最強(qiáng)，若不滿足，則判斷是否有危險(xiǎn)狀態(tài)，若無(wú)危險(xiǎn)狀態(tài)，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包，若有危險(xiǎn)狀態(tài)，則停止機(jī)車，停止一切操作進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；若無(wú)信號(hào)無(wú)數(shù)據(jù)，則返回，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制箱傳回的數(shù)據(jù)以及傳感器信號(hào)，最后，將執(zhí)行結(jié)果或者是通信數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控箱，繼續(xù)檢測(cè)，控制算法結(jié)束。