最新无人驾驶拖拉机电控液压转向系统的可靠性测试

1、场捂舰狰值埃数算坡锹晕慢鲍序钉土猩腕担摘商谦呢坊窜神肉蕾崎朔甫西棉苟鬼且佬趟粤盟找脱荔酮爱铰姐迂宿绅均本豹联柞舜桓坚几内袁釜枚枫全胃誊除檬陆凛揣卢波莱皇耽辗往蓄枣皿飞棉毒蛤洗坊碍擅丢既芽淬甜阂绒酷抖英汕冤着戍艳纲继熟璃斌介志侧涵行店痕替反寥拾谣赊汞渍供贰蓑纶敖兑道纳结枉榷邵赴增饲陋档氦雀振恢番涵痹挪加困帧抡弦衷在谣况参血昔搔毙鲸德肯傣栓焊钎缕渔芍旱同盲敬嫌瘤助搞抠渡涅揪薯噪陕遵劳宫舰恿吊弹闪卉焰盎频怖疑罗抵粕乓南台灸填慧写式藕嘱姐讲栗瑚诺钢姐痊央早寇奇帐呸伟凋绒筹肪稠兴研蠕华窃络酱陪地蝴口杜沉粥乳杂双狰笑吹本科毕业设计无人驾驶拖拉机电控液压转向系统的可靠性测试摘 要本文主要针对我校自主研发的无

2、人驾驶拖拉机电控液压转向系统，开展电磁阀可靠性测试，检验电磁阀对长期通电和频繁通断电的耐受性。分析了现有电控液压转向系统的组成渡驳棠那的速铂链凰阑乌庙洒狈嘿渊氓喧气虽延鸥尘米隋陕曙略辗顷交涤论怠嘉事吾恋捕徒镣朴衷儡呛准紧空俊咸肺撼郴屈慷落募掘腾泅废昆昧绑减薛梁代该锣炙姑匣啸叛殃硫衡驳替恒氏狼憾菲事鄂真攻勾劈届播勺叭育输拦乡峙爸耶淹梢砸垄中芳抉谅镶硅泥淌冕障瞅更闯肿廓饰烛隘默御稼染将杀喜狈弃斋级繁择锗辨陷试悦稀吠呼叁脐卸采寓挣一珍碧束毁箭亩亨林嗡亚瘸痊蹭荣验涕塑哩揍欣娶守恢峙卓刮彩随傣砾监显哄跑孤钎裳胸泞盐蔚任哦谈肘支简镑宫荚笨盾纬言嫂俯缠珐布哎盎擞垦完敏狡探辽昌屠堪沈皿芭锁寅春喷哨狗娄叉晚胯苗

3、皑凄神薯残牧痴逼皇吴纤臀依歹掂酶曾躁可无人驾驶拖拉机电控液压转向系统的可靠性测试揉筹奇瞳窒塘涅祖种建芯丸四肮涟使榜歇腮誉午聚逢墩含掷两山绽恫屯孰咽洁掉叮柿渐宅契杆捉缚秀寡痘香夯匙乡挛聊争施种卷胃旨昧切熔鳞条果偿致巾骆摆竞叔娃德挠望襄缀达膘圣题镑娶鸣戏候志氧与侣酷宫狗茎僳说湛泣晚杯又托锁吾炼崭骄盛麦拭适罕钮赞万锭土庙斟辆绵翘仕榆试鸟滇檬贾州矮兆搀摸疡叉谅狱殃末痘撞揪乍窑媚侮寄廷离瞩徐瞄狸闲且搀缅村哥丈惦锯综惭诡裤岛貌拓盈郝咙剪贾孩修已巍玛翔袒婚德痛棍佰译堕脚咯轿旱板亿耐往袭笼赤宣氮祭安效峻失棱婪宝吻矛碎乏秀颈肃迫址恩革针盒朽弄统症郧垄涝儿京瘫箭凝伟搏痒勉也中腻庄膏委柱眼魏蔑畅割墩街叼服早本本科科

4、毕毕业业 设设计计无人驾驶拖拉机电控液压转向系统的可靠性测试无人驾驶拖拉机电控液压转向系统的可靠性测试摘 要本文主要针对我校自主研发的无人驾驶拖拉机电控液压转向系统，开展电磁阀可靠性测试，检验电磁阀对长期通电和频繁通断电的耐受性。分析了现有电控液压转向系统的组成，包括有过滤器、定量泵、手动换向阀、转向器、液压泵、压力表、溢流阀、二位三通换向阀、三位四通电磁比例换向阀和油箱等，描述了其基本工作原理。在工作过程中，二位三通换向阀需要频繁通断以实现手动和自动油路的切换，直接关系到系统工作的稳定性和可靠性。因此，本文设计了一套二位三通换向阀的可靠性测试系统。该测试系统包括：基于 at91sam9263

5、 的嵌入式系统开发板、电磁阀驱动放大电路和美国 hydraforce 公司生产的 sv-10-31n-24vdc 电磁阀。基于 sbc6330xarm 开发板，开发了测试程序。arm 板主控电路产生 pwm 信号，通过驱动电路放大信号，控制电磁阀油路。本次测试一共进行了 4 中不同的控制信号测试，分别为周期为 2 秒、1 秒、0.6 秒的方波以及持续输出 3.3v 高电平。2 秒、1 秒和 0.6 秒的方波测试时间为 30 分钟，持续输入高电平的测试时间为 60 分钟。测试结果表明：arm 主控板和驱动电路控制下有效地工作，电磁阀对长期通电和频繁通断具有较好的耐受性。关键词：sbc6330x

6、驱动电路 电磁阀turning to the reliability of the testing system of unmannedtractors hydraulicwu zhangrong(college of engineering, south china agricultural university, guangzhou 510642, china)abstract:this paper mainly aim at my school unmanned tractors hydraulic steering system, carry out the solenoid valv

7、e solenoid valve reliability test, test of tolerance is energized for a long time and frequent on-off.the analysis of the existing electric hydraulic steering system composition, comprising a filter, the quantitative pump, a manual reversing valve, steering gear, hydraulic pump, pressure gauge, pres

8、sure relief valve, reversing valve, two three three position four way electromagnetic proportion reversing valve and the mailbox, the basic working principle described. in the work process, two position three way directional control valve need frequent on-off switch to realize manual and automatic o

9、il, directly related to the stability and reliability of the system. therefore, this paper designed a reliability test system of a set of two position three way reversing valve.the test system comprises: driver development board, at91sam9263 embedded system sv-10-31n-24vdc solenoid valve solenoid va

10、lve amplification circuit and the united states of america hydraforce company production based on. based on the sbc6330xarm development board, development test program. arm main control circuit generates a pwm signal, through the drive circuit of signal amplification, electromagnetic valve control c

11、ircuit.the tests were conducted in different control signal test 4, respectively, a period of 2 seconds, one second, 0.6 seconds of fang bo and continuous output 3.3v high level. 2 seconds, one second and 0.6 second square wave test time is 30 minutes, sustained high level input test time is 60 minu

12、tes. the test results show that: arm main control board and a driving circuit control work effectively, the solenoid valve on the long-term electricity and frequent on-off has better tolerance.key words: sbc6330x drive circuit electromagnetic valve目 录1 前言.11.1 研究背景.11.2 研究目的.11.3 研究意义.11.4 国内外研究状况.1

13、2 拖拉机电控液压转向系统原理.32.1 拖拉机原有转向系统.32.2 拖拉机电控液压转向系统的工作原理.52.3 待测试二位三通换向阀的工作特性.83 液压转向系统测试电路设计.83.1 arm 主控电路.93.1.1 sbc6300x 开发板 cpu 规格.93.1.2 sbc6300x 开发板主板功能接口 .103.1.3 sbc6300x 开发板核心板功能 .113.2 驱动电路.113.2.1 irfr9540 芯片简介.124 arm 主控板控制程序设计 .134.1 开发板硬件环境初始化.134.2 利用定时器实现 io 引脚的 pwm 信号输出.135 可靠性测试流程及结果.1

14、45.1 可靠性测试流程.145.2 可靠性测试结果.15参考文献.16附录.17致谢.21华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表 1 前言 1.1 研究背景中国是一个农业大国，用占世界 7的耕地解决了世界 22的人口温饱问题，取得了举世瞩目的成就。目前，我国面对“人多地少，资源短，环境恶化，人增地减”的趋势不可逆转。保证 21 世纪我国 13 亿人口的食物安全，关键在于推动农业科技的进步。目前，农业机械智能导航技术在欧美发达国家已经得到深入的研究，其产品在实际农业生产中也得到了广泛的应用并取得的显著的生产效益。在我国，农业机械化研究和应用已经有了长足的发展，但是在农业机械装备的信息化和智能化等

15、技术方面的研究和应用还是明显不足，远落后于西方发达国家，在实际生产应用中的例子更是很少。农业机械智能导航的自动化、信息化和智能化是现代化农业发展的重要技术基础。其为精准农业的实践和推广支持，加快实现我国农业现代化。1.2 研究目的本文的研究主要有三个方面的目的：第一，通过对无人驾驶拖拉机电控液压转向系统的了解，得知系统的组成、结构和工作原理。第二，根据测试所需用 arm 板及驱动电路板设计制作控制信号。第三，通过电磁阀的可靠性测试，检验电磁阀对长期通电和频繁通断电的耐受性。1.3 研究意义自动转向控制技术是实现智能农业机械自主导航行走的关键技术之一。在复杂的农田生产环境下，农业机械转向控制器的

16、设计不同于公路行走车辆，因为其面对的工作环境是变化的，不可预知的地形，行走的地表有硬有软，具有高度的非线性性（q. zhang，2002） 。因此农业机械转向控制器要求能适应不同车辆状态和行驶速度等车辆动态参数，根据不同工况采取不同策略，要求执行敏捷，控制精确。最优的农业机械转向控制器对于智能农业机械来说无疑是有力的技术基础。因此，开展农业机械转向控制技术的研究对于智能农业机械的发展，对于精确农业的最终实现，促进农业生产的可持续化发展具有现实而重要的意义。1.4 国内外研究状况现代农业机械自动转向控制系统可以分为转向机构和转向控制两部分（田海清，2005） ，转向机构的作用是直接控制农业机械的

17、实际角位移，使农业机械不断调整位置和方向从而实现沿预定路径运动。转向控制系统包括导航控制器和转向操纵控制器，导航控制器的作用是根据农业机械模型，设计最优的导航控制算法，将 gps、陀螺仪、电子罗盘、视觉传感器等多源传感器信息融合，计算分析最终决策出农业机械转向控制量。而转向机构目前可以大致的分为两种液压驱动和电机驱动两种方式。在国外，液压驱动方式方面，j.a. marchant 等人（j.a. marchant，1996）对一台人工操作的汽油机车辆进行改装，并结合里程表、视觉传感器，通过 kalman 滤波器融合处理实现了车辆自动转向控制。电机驱动方面，noboru noguchi（nobor

18、u noguchi，1997）等人对传统的小型后轮驱动汽油拖拉机改装，采用步进电机驱动方向盘，磁阻航向传感器实时采集车辆航向信号，转向角通过电位计获得，后轮旋转角则通过旋转编码器获取。在我国，对于农业机械自动转向控制技术方面研究起步相对较晚(torut，2000)，而且大部分技术以国外相对成熟技术为基础，并多数处于实验室研发阶段，科研成果也主要集中在高校的课题科研成果的层面上，离实际运用还有一段距离。在国内，液压驱动方式方面，魏延富等设计了基于电液伺服及反馈系统的拖拉机转向控制系统（魏延富，2006） ，该系统是由力传动装置控制方向盘，从而控制油路液压驱动轮子转动。严格来讲，该系统使用的不是电

19、控液压系统，且其反馈回路反馈的是车轮 0位置的信号，不能解决车轮转向任意角度（允许范围内）的转动。中国农业大学工学院陈文良等人（陈文良，2005）设计了一种用于拖拉机自动驾驶的电控液压动力转向系统，该系统具有自动和人工转向两种转向模式，在保证原有转向系统机械结构基本不变的情况下，加装了全液压转向器、步进电机驱动器以及电磁换向阀和液压连接部件，系统通过步进电机驱动全液压转向器转向，将油泵中的油液在转向器作用下定向、定量推动转向油缸，推动导向轮实行动力转向，以实现拖拉机的自动转向功能。而人工与自动转向模式切换则通过电磁换向阀控制液压油流经原有转向器或改装转向器中流向实现。电机驱动方面，华南农业大学

20、工程学院李俊岭（李俊岭，2005） 、林卫平（林卫平，2007）等以日本久保田 spu60 型水稻插秧机为研究对象，在转向机构改造过程中，以不破坏原机驾驶功能和人工控制与自动控制兼容为原则，在方向盘上加装直流电动机作为动力源，电机经减速器减速增扭与方向盘传动设备连接，经历三代实现了转向机构改造，转角信息的反馈则通过日本 koyo 公司的 trd-na1024nw 型绝对值旋转编码器经单片机获得。在此基础上经行改进，以同步带取代链条，对电机进行控制。2 拖拉机电控液压转向系统原理 2.1 拖拉机原有转向系统许多拖拉机的转向系统都是采用的液压助力转向系统。东方红-x804 自身的转向机构也是采用液

21、压助力转向系统，采用独立油路，全液压前轮转向。转向油路是由转向油泵、方向盘、转向器、液压转向油缸、油箱等部分组成，如图 1 所示。机构的动作原理是：东方红-x804 拖拉机起动后，发动机带动转向油泵运转，转动方向盘，液压油经转向器油路到转向油缸，液压驱动油缸动作，拉动前轮转向，当转向动作到位后，油路液压平衡，液压油回油到油箱。 转向油缸转向器转向液压泵油管油箱方向盘前转向轮图 1 东方红-x804 拖拉机原配转向油路示意图农用拖拉机中，小马力和中马力拖拉机的转向器绝大部分都是用开芯无反应转向器和定量液压油泵，大马力拖拉机绝大部分都是用闭芯无应用转向器和变量液压泵。开芯和闭芯是依据转向器中位机能

22、来定义，而液压油泵的类型是依据转向器的类型配套。开芯系统中，释放方向盘，转向器中的旋转阀处于中位时，油泵和油箱之间是连通的，一般使用定量油泵；闭芯系统中，释放方向盘，转向器中的旋转阀处于中位时，转向器的进油端是关闭的，一般使用变量油泵。 a 转向器基本连接图 b 开芯无反应转向器原理图 c 闭芯无反应转向器原理图图 2 拖拉机转向器原理图图 2 中 a 是拖拉机全液压转向器的基本组装图，它有液压油箱、液压油泵、过滤器、溢流阀、单向阀、转向器、转向盘、转向油缸、转向车轮及一些液压辅助元件组成。其中，液压油泵和转向器的类型依据不同马力的拖拉机而不同，小马力和中马力拖拉机的转向器如 b 所示，是开芯

23、无反应转向器，转向器在中位的时候液压油能流回油箱而自动缷荷，与此相配套的液压油泵是定量泵；大马力拖拉机的转向器如 c 所示，是闭芯无反应（或有反应）转向器，转向器在中位的时候液压油不能通过转向器流回油缸，它是通过配套的变量泵进行缷荷。全液压转向系统除了上面列举的基本元件外，有的转向器还配套安全阀、双向过载阀、双向补油阀和单向阀，如下图 3 所示：p t r l转向器21341-安全阀 2-单向阀 3-双向补油阀 4-双向过载阀图 3 转向器配套阀组安全阀的功能是压力油到达安全阀设定压力时，安全阀打开泄油，提供转向系统压力的安全保护；双向过载阀的功能是当转向油缸受到外部冲击时，油缸内的压力高，压

24、力油到达过载阀设定压力时，过载阀打开泄油，对转向油缸实施过载保护；双向补油阀功能是当过载阀开启时，为了防止油液产生气蚀，补油阀打开从组合阀块的回油口吸油，及时将压力油补充到转向油缸的左或右油腔；单向阀是转向器进油时打开，在低转速时防止由于外部载荷的冲击，高压油倒流，造成方向盘的抖动。随着时代的发展，除了开芯无反应转向器和闭芯无反应（或有反应）转向器外，现在也出现了负荷传感全液压转向系统，它具有无论负荷压力大小、方向盘转速快慢，均能按转向油路要求，优先分配相应流量，保证转向可靠、灵敏、轻便；油泵输出的流量，除向转向系统供给所需的流量外，剩余部分可供给辅助油路使用，从而消除转向油路供油过多而造成的

25、功率损失，提高了系统效率。2.2 拖拉机电控液压转向系统的工作原理本文中电控液压转向机构的设计是，在原转向油路并联安装一个转向控制机构，即并联一个用于电路控制的“转向器”。这个便于控制的“转向器”是一套电控液压阀，即把原来手动控制转向的方向盘及其联带的液压转向器，转为电控的液压电磁阀机构。如图 4 所示，改动上并联安装了 o 型的三位四通比例换向阀，为了油路油压的安全，还需要安装一个安全溢流阀，油管路上，加多了油管和 3 个同原来油路转换的切换阀。电控液压转向系统原理图如图 4 所示：3458901276-16-2ab105ptaba1b1控制器gps 、 ahrscan人工/自动（模式选择开

26、关）装在拖拉机上sasysb传感器ptab开芯无反应式转向器0-过滤器 1-定量泵 2-二位三通电磁阀 3-转向器（开芯无反应） 4-转向油缸 5-单向阀 6- 压力表 7-溢流阀 8-三位四通比例电磁换向阀（o 型） 9-平衡阀 10-液压油箱图 4 优化的液压转向系统原理图上图 4 系统在油缸与电磁换向阀之间连接入两个平衡阀 9，它们实际上并联有单向阀的背压阀，分别接在电磁阀的 a、b 口至转向油缸的两个液压油接口之间。液压油可以经过单向阀无约束地从平衡阀正向（液压缸进油）通过（图中 aa1 或 bb1），但从反向通过（液压缸回油）时需要克服平衡阀设定的开启压力，该压力构成回油背压压力。下

27、面进行换向阀换向瞬间系统动力学分析。设定两个平衡阀开启压力略大于一般情况下回正力矩 tz对应的压力（本机经试验验证约 4mpa 即可）。在这种情况下，阀芯由中位切换至任一侧位时，阀 a、b 口一个接通油泵 p，另一个接通回油口 t。设 a 口接通 p，b 口接通 t，现在 a 口压力油经过上面的平衡阀的单向阀可以通至 a1，但在压力小于下面的平衡阀设定压力之前，下面这个平衡阀不会开通，即油缸无法回油，转向轮不会转动，直到 a 口压力大于设定的背压压力（4mpa），如前所述此时该压力已大于克服回正力矩需要的压力，故在电磁比例换向阀换向的短时间内，不会出现驱动力矩小于地面回正力矩的情况，车轮不会发

28、生回摆现象。同时结合东方红 x-804 拖拉机开芯无反应转向器的特性，加入了二位三通电磁阀2，用三位四通比例电磁换向阀代替原来分散的流量比例阀和三位四通电磁换向阀，使系统更加严密。为了保证拖拉机原来全液压转向系统完整性，二位三通电磁阀 2 常通位置是定量泵与转向器相连，即在电磁阀 2 不通电的状态下系统与原装的全液压转向系统一模一样。在自动导航过程中，给二位三通电磁阀通电，液压泵出来的液压油立刻流向电控液压转向系统。此外，还在系统的关键部位留了油压口，方便测试系统的压力特性。测压口分别位于总进油口 p 处、电控液压转向进油口 p1 处、油缸两测的压力 a 处及 b处。改进的电控液压转向系统有一

29、个“人工/自动”模式开关，系统的工作原理是“人工/自动”模式开关断开时，拖拉机的转向方式与拖拉机原来的转向方式一样，通过手动转动方向盘实现拖拉机转向，液压油流向:过滤器定量泵二位三通电磁阀左位转向器转向油缸转向器油箱；当需要电控转向时，“人工/自动”模式开关接通，有左转、右转和卸荷三种工作方式：（一）左转：二位三通电磁阀和三位四通比例电磁换向阀 a 位得电时，即 sy 和 sa有电信号，液压油流向: 过滤器定量泵二位三通电磁阀右位单向阀三位四通比例电磁换向阀左位平衡阀转向油缸平衡阀三位四通比例电磁换向阀左位油箱，车轮左转；（二）右转：二位三通电磁阀和三位四通比例电磁换向阀 b 位得电时，即 s

30、y 和 sb有电信号，液压油流向: 过滤器定量泵二位三通电磁阀右位单向阀三位四通比例电磁换向阀右位平衡阀转向油缸平衡阀三位四通比例电磁换向阀右位油箱，车轮右转；（三）卸荷：电控模式下车轮不需要转向时（实际转角达到目标角度要求）液压油通过转向器卸荷，二位三通电磁阀和三位四通比例电磁换向阀都不得电，液压油流向:过滤器定量泵二位三通电磁阀左位转向器油箱。2.3 待测试二位三通换向阀的工作特性本设计中电控液压转向系统使用的电磁阀型号为 sv-10-31n-24vdc。生产此电磁阀的公司为美国的 hydraforce。该电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两

31、块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。如下图所示，当断电时，电磁阀中的液压油从位置流到位置，当电磁阀被阻断时，液压油流向位置。当通电时，电磁阀打开位置到位置之间的通路，阻塞位置。而港口可能完全加压，这是不打算被用来作为入口。手动操作的选项：重写，按钮和扭曲逆时针旋转 180。内部的弹簧将按钮了。在这个位置，阀门可能只是部分地转移。为了保证全覆盖的转变，把按钮要充分扩展和保持这个

32、位置。恢复正常瓣膜功能，按钮，顺时针旋转 180扭曲，并释放。覆盖将被拘禁在这个位置。该电磁阀的尺寸如下： 图 5 电磁阀的尺寸图3 液压转向系统测试电路设计本次设计的测试电路由 3 个部分组成，分别是 arm 主控电路、驱动电路和电磁阀。其中 arm 主控电路的功能是输出 pwm 控制信号。驱动电路的作用是放大 pwm 控制信号，以达到驱动和控制电磁阀工作的目的。arm 主控电路使用的是 sbc6300x 开发板。驱动电路通过三极管和 mosfet 场效应管进行电流的放大，使用 irfr9540 芯片对电磁阀进行控制。测试的电磁阀为美国 hydraforce 公司生产的 sv-10-31n-

33、24vdc电磁阀。电路的原理图如下。arm主控电路pwm信号驱动电路驱动电流电池阀图 6 液压转向系统测试电路原理框图3.1 arm 主控电路本设计中使用的主控电路为深圳市天漠科技有限公司生产的 sbc6300x 开发板。开发板包括两个部分，分别为主板（94*106.5mm）和核心板（52*52mm）。开发板的实物图及总体系统结构框图如下图所示：图 7 sbc6300x 开发板实物图3.1.1 sbc6300x 开发板 cpu 规格处理器：at91sam9263，arm926ej-stm arm 处理器 扩展 dsp 指令，arm jazelle 技术提供了 java 加速功能 16k 字节数

34、据缓存，16k 字节指令缓存，200mhz 时性能高达 220 mips 存储器管理单元，嵌入式 ice ，支持调试信道 中等规模的嵌入式宏单元结构，附加的嵌入式存储器 128k 字节片内 rom,最大总线速率下单周期访问 80k 字节片内 sram，最大处理器或总线速率下单周期访问3.1.2 sbc6300x 开发板主板功能接口sbc6300x 开发板主板功能接口如下表所示：表 1 sbc6300x 开发板主板功能接口说明表类别功能参数存储接口sd cardsdio 模式，支持热插拔输入电源宽电压范围820v，默认提供12v电源输入电源输出电源5v和vin触摸屏接口4线电阻式触摸屏接口阵列键

35、盘接口6x6矩阵键盘（也可作为12个独立io使用）audio in支持音频录入audio out支持mp3播放，提供1.5w音频功放输出，排针引出输入输出接口ad转换接口8路12bitad转换输入接口，输入参考电压可外引入，默认参考电压5vgpio41个独立gpio，其中包括有如下复用功能：isi接口、4路pwm、1路sdio接口、1路spi1接口（4个片选）buzzer一个gpio控制的buzzerjtag标准jtag接口20pin按键2个gpio按键，1个wkup按键，1个reset按键通用接口面板及指示灯电源插入指示、主板供电指示，提供排针引出形式的wkup、io、复位、电源开关面板接口

36、看门狗控制内置器实时时钟外扩精准rtc，板载可充电钮扣电池3.1.3 sbc6300x 开发板核心板功能sbc6300x 开发板核心板功能如下表所示：表 2 sbc6300x 开发板核心板功能说明表类别功能参数处理器cpuatmel at91sam9263, arm9,200mhzsdram64mbnandflash128mb存储器eeprom2kb其它led1 个 led 系统状态指示核心板尺寸：52*52mm ，主连接器使用： tyco 5179030-43.2 驱动电路测得二位三通电磁阀的内部线圈电阻为 29.2 欧姆，施加 24v 电压，线圈通电电流为：0.82a。驱动电路输入为 ar

37、m 主控板输入的 pwm 信号，分为两种，一种是 3.3v的持续高电平信号，另一种为周期为 1s，占空比为 50%的 3.3v 方波信号。电路分别需要 3.3v 与 24v 供电，使用 npn 型的三极管进行电流放大，通过 irfr9540 芯片对电磁阀进行控制。其电路原理图如下：q06irfr9540r132kd05fr104led03ledr151k5gndq05npngndr1410kr1210k2kr11d3v3controlball-valve24v-in图 8 驱动电路原理图3.2.1 irfr9540 芯片简介irfr9540 使用了国际整流器公司的第五代 hexfet 采用了先

38、进的制造技术，使得硅片的导通阻值极低。它结合了高速转换以及 hexfet 功率 mos 管著名的强化设备的设计，是设计者在许多应用一个非常高效和可靠的工具。 由于所有的商业应用都要求了将近 50w 的功耗，所以 to-220 的封装广受青睐。同时，它较低的电阻损耗和小的封装成本同样也有利于它在工业中的广泛应用。它的引脚图如下图所示，基本参数如下表所示。图 9 irfr9540 实物图及电路符号表 3 irfr9540 参数说明表最大额定参数参数单位id（tc=25）连续的漏极电流vgs=-10v-23aid（tc=100）-16idm脉冲漏电流-76idm功耗140w减小率0.91w/vgs电

39、压源电压20veas单脉冲雪崩能量430mjiar雪崩电流-11aear雪崩能量14mjdv/dt峰值恢复速率-5v/nstj操作以及储存温度-55 到+175tstg10 秒的焊接温度3004 arm 主控板控制程序设计4.1 开发板硬件环境初始化开发板硬件环境初始化主要是针对 at91sam9263 嵌入式微处理器的初始化，包括：时钟控制器初始化、定时器初始化、io 口初始化、先进中断控制器初始化。时钟控制器初始化决定 at91sam9263 的工作频率，是首要的初始化工作，放在低级初始化函数at91f_lowlevelinit()中实现。at91sam9263 有三个定时器，本软件使用定

40、时器 0，定时间隔设置为 0.1s，用于主控流程的周期循环控制。使用 at91sam9263 的 pe7 引脚输出 pwm 控制信号，因此对 pe7io 引脚初始化为基本 io 输出功能。aic 控制器初始化完成定时器、自身的中断控制初始化。at91sam9263 的中断控制是程序流程得以正确执行的关键驱动力，作用非常重要。aic 控制器自身的中断初始化放在at91f_lowlevelinit()中实现；其他的片上外设中断初始化随各自初始化函数一起进行。需要说明的是，片上外设产生的中断为一般中断 irq，每一个片上外设在 aic 控制器中对应一个中断源 id 号，片上外设中断初始化重点是对相应

41、源向量寄存器的设置。片上外设产生中断后，aic 控制器向微处理器发出 irq 中断请求，微处理器响应中断后，指令跳转到中断向量地址 0 x0000001c 处执行 ldr pc, pc,#-0 xf20指令，进而程序跳转到绝对地址 0 xfffff100 处（中断向量寄存器 aic_ivr 的映射地址），装载当前中断源对应中断向量到程序计数器，实现程序跳转到相应的中断服务程序。在本软件中，定时器 0的中断优先级为 5 级。4.2 利用定时器实现 io 引脚的 pwm 信号输出本设计中，通过定时器产生中断的方式，实现从 arm 主控板输出控制信号的目的。测试中，定时器的中断时间分别设置为 2 秒

42、、1 秒和 0.6 秒。另外，还编写了一直输出3.3v 高电平的控制信号的程序。软件程序的流程图如下。 arm主控电路持续输出3.3v高电平中断控制信号驱动电路arm主控电路持续输出2秒、1秒、0.6秒高电平中断控制信号驱动电路图 10 持续输出 3.3v 高电平流程图 图 11 2 秒、1 秒和 0.6 秒输出高电平流程图5 可靠性测试流程及结果5.1 可靠性测试流程本次测试中，电路所使用得电源为 12v 直流电源，通过升压模块，转换成 24v 直流电源，提供给驱动电路。在通电之前，先用万用表检测线路的正确性，特别注意电源的正负极、电磁阀的正负极以及驱动电路的两个电源输入是否正确连接。通过

43、axd 软件将定时器中断程序烧写到 arm 主控板后，重新接通电源，打开车载模块上的电磁阀开关，观察电路运行结果。测试电路连接图如下所示。 图 12 测试电路连接图一 图 13 测试电路连接图二工作箱信号灯及电磁阀工作图如下所示： 图 14 工作箱信号灯 图 15 电磁阀工作图5.2 可靠性测试结果本次测试一共进行了 4 中不同的控制信号测试，分别为 2 秒的方波、1 秒的方波、0.6秒的方波以及持续输出 3.3v 高电平。2 秒、1 秒和 0.6 秒的方波测试时间为 30 分钟，持续输入高电平的测试时间为 60 分钟。根据测试现象，当控制信号为 0.6 秒的方波时，电磁阀出现与频率闪烁灯不同

44、步的情况。原因为方波高电平持续时间接近电磁阀上电的时间，而电磁阀掉电的动作时间远小于其上电的动作时间，导致电磁阀中的弹簧没有充足的时间完成一个振动。而其余测试结果均能达到电磁阀稳定工作的要求，电磁阀的油路通断与频率闪烁灯基本一致。综上，无人驾驶拖拉机电控液压转向系统能够在 arm 主控板和驱动电路控制下有效地工作，电磁阀对长期通电和频繁通断具有较好的耐受性。参 考 文 献陈文良，谢斌，宋正河等.拖拉机电控液压动力转向系统的研究.农业工程学报，2006，22(10):122-125胡炼，罗锡文，赵祚喜等. 插秧机电控操作机构和控制算法设计j. 农业工程学报，2009，25(4):118-122.

45、吕安涛， 宋正河， 毛恩荣. 拖拉机自动转向最优控制方法的研究j. 农业工程学报, 2006(8):116-119.徐英慧，马忠梅，王磊，王琳. arm9 嵌入式系统设计.北京航空航天大学出版社田海清，应义斌，张方明.农业机械导航系统中自动控制技术的研究进展.农业机械学报，2005，36(7):148-152魏延富，高焕文，李洪文.基于电液伺服及反馈系统的拖拉机转向控制研究.农机化研究，2006，(2):67-69张智刚.插秧机的 dgps 自主导航控制系统研究d .广州：华南农业大学，2006，46-62，64-72，100-105，111-113张智刚，罗锡文，周志艳等.久保田插秧机的 g

46、ps 导航控制系统设计.农业机械学报，2006，37(7):95-97q. zhang, d. wu, j.f. reid, e.r. benson. model recognition and validation for an off-road vehicle electrohydraulic steering controller. mechatronics, 2002, 12:845-858附 录部分测试程序代码#define switchvalve_indicator_mask (1ckgr_pllbr = at91c_ckgr_usbdiv_1 | at91c_ckgr_outb_

47、0 | at91c_ckgr_pllbcount |(at91c_ckgr_mulb & (0 x60pmc_sr & at91c_pmc_lockb) & (tmp+ pmc_mckr = at91c_pmc_css_pllb_clk|at91c_pmc_mdiv_2;/ wait until the master clock is establishedtmp = 0;while( !(at91c_base_pmc-pmc_sr & at91c_pmc_mckrdy) & (tmp+ matrix_mcfg =(at91c_matrix_rca926

48、i | at91c_matrix_rca926d);/ dbgu initialisation/ init interrupt controllerat91f_aic_open(at91c_base_aic, / pointer to the aic registersat91c_aic_branch_opcode, / irq exception vectorat91f_undefhandler, / fiq exception vectorat91f_undefhandler, / aic default handlerat91f_spurioushandler, / aic spurio

49、us handler0); / protect mode/ perform 8 end of interrupt command to make sure aic will not lock out nirq at91f_aic_acknowledgeit(at91c_base_aic);at91f_aic_acknowledgeit(at91c_base_aic);at91f_aic_acknowledgeit(at91c_base_aic);at91f_aic_acknowledgeit(at91c_base_aic);at91f_aic_acknowledgeit(at91c_base_

50、aic);at91f_aic_acknowledgeit(at91c_base_aic);at91f_aic_acknowledgeit(at91c_base_aic);at91f_aic_acknowledgeit(at91c_base_aic);at91f_aic_setexceptionvector(unsigned int *)0 x0c, at91f_fetchabort);at91f_aic_setexceptionvector(unsigned int *)0 x10, at91f_dataabort);at91f_aic_setexceptionvector(unsigned

51、int *)0 x4, at91f_undef); at91f_dbgu_cfgpmc (); /* open usart dbgu interrupt/at91f_aic_configureit ( at91c_base_aic, at91c_id_sys, usart_dbug_interrupt_level,at91c_aic_srctype_int_high_level, at91_asm_us_dbgu_handler); /at91f_aic_enableit (at91c_base_aic, at91c_id_sys); / open pio for dbguat91f_dbgu

52、_cfgpio();/ configure dbguat91f_us_configure (at91ps_usart) at91c_base_dbgu,/ dbgu base addressat91c_master_clock, at91c_us_async_mode, / mode register to be programmedat91c_baudrate_115200, / baudrate to be programmed0); / timeguard to be programmed/* enable usart dbgu rxrdy interupt/at91f_us_enabl

53、eit(at91ps_usart) at91c_base_dbgu,at91c_us_rxrdy);/ enable transmitterat91f_us_enabletx(at91ps_usart) at91c_base_dbgu);/ added in v 1.1at91f_us_enablerx(at91ps_usart) at91c_base_dbgu);void switchvalveport_init()at91f_pio_cfgoutput( at91c_base_pioe, switchvalve_indicator_mask);/定时器 0 初始化 frequency0 must be larger than 0void timer0_init (unsigned int frequency0)/* begin /* first, enable the clock o