基于单片机控制的玉米收获机器人转向系统

1、基于单片机控制的玉米收获机器人转向系统2010年2月农机化研究第2期基于单片机控制的玉米收获机器人转向系统苏乐乐,杨福增,徐建,徐秀栋(西北农林科技大学机电学院,陕西杨凌712100)摘要:玉米作为我国主要农作物之一,其收获劳动强度大,作业环境恶劣,是整个玉米生产中最耗时和费力的环节,改善驾驶员的工作环境,减小劳动强度成了玉米收获机发展的必然趋势,即通过研制相应的机器人来实现玉米收获机的无人驾驶.为此,介绍了一种基于单片机控制的玉米收获机器人的转向系统,包括该系统的组成结构,功能实现以及软硬件设计.通过在电脑上进行模拟仿真以及现场的安装调试,最终研制出了一种基于单片机控制的转向系统,该系统简单

2、稳定,可用于多种农业机械的转向控制.关键词:玉米收获机器人;转向控制;单片机中图分类号:TF24;S126文献标识码:A文章编号:1003188X(2010)02-0069050引言所示.随着玉米收获机械化程度的提高,玉米收获机的自动化也得到了相应的发展.目前,玉米收获机的主中,自走式玉米收获机是一种专门用来从事玉米收获作业的装备,具备行走,动力和操纵控制等系统,其技术含量高,结构复杂,可靠性差,价格高,且目前市场需求量不大,生产企业较少,多数处于试制状态,但从长远来看,自走式是玉米收获机发展的必然趋势¨j.国家也将自走式玉米联合收获机的研制列入国家"十一五"科技

3、攻关项目,自走式玉米联合收获机工作性能实现无人驾驶,而无人驾驶技术是解决驾驶员劳动强度大和驾驶环境恶劣等问题的首选方法,目前国内的是一种基于单片机控制玉米收获机器人转向的转向系统,利用该系统可实现玉米收获机器人的远程控制(即无人驾驶),弥补该领域的技术空白.1玉米收获机器人的总体结构本文所构建的玉米收获机器人的总体结构如图1收稿日期:20090413基金项目:国家"863"项目(2008AA1009037);陕西省科技攻关项目(14210110);国家大学生科技创性资助项目(G2007031)作者简介:苏乐乐(1987一),男,石家庄人,本科生,(Email)sulel98

4、70228163.corn.通讯作者:杨福增(1966一),男,甘肃会宁人,副教授,博士,硕士生导师.?69?图1玉米收获机器人的总体结构玉米收获机器人作业时,由安装在机器人前方的两个CCD摄像头拍摄场景实况,通过收发模块实时地纵人员通过PC机的画面和控制界面来控制该机器人的行走.操纵人员通过控制界面发送转向指令,该指令由发送模块传送给机器人上的接收模块;接收模块将指令传送给单片机;单片机读取指令以后通过内置的程序再控制接在单片机之后的继电器;通过继电器的工作控制电磁阀,由电磁阀控制液压油路的通断,再由液压装置推动转向离合器,以达到转向的目的.2系统分析与设计该单片机控制的转向系统的基本结构如

5、图2所2010年2月农机化研究第2期给单片机;单片机读取指令并进行判别,并根据不同的判别结果发出不同的命令,控制后端的继电器动作;继电器通过电磁阀控制转向油路的通断,由液压装置推动转向离合器,从而实现机器人的转向.图2转同系统结构图图2所示的方案在理论上是可行的,并且已经通78l2转换便得到稳定的12V电压,弥补了蓄电池电压过仿真得到了验证.但是实际的工作情况要复杂得不稳的缺陷(但是进行调试时用7812提供多个用电多,比如实际的工作电路不仅仅要实现单片机输出命器的供电会使其负荷增加,大大增加了其产热,故需令信号控制后端设备,还要考虑到摄像头的供电,电加散热器);由7805降压便得到稳定的5V电

6、压,可以磁阀的供电,无线网桥的驱动,供电蓄电池的供压稳直接用于单片机的供电.转换电路如图3所示.定性,各个元器件的接口统一与转换等问题.为此,本文做了如下分析和处理.首先,由单片机发出的驱动信号太弱,不足以驱动继电器,这就需要有一个放大电路,由一个功放电路将单片机的输出控制信号放大以后再驱动继电器.这种解决方案得到的系统可靠稳定,但是比较复杂,会明显加大PCB板的面积,不利于封装,而且功耗也决方案是由单片机的输出信号控制一个开关(一个位于继电器回路的开关),而继电器的供电由电源直接管做开关连接在继电器回路中即可,所需元件少,封装简单,而且可以满足需要.其次,玉米收获机上的CCD摄像头的供电也要

7、由电路板的电源提供,故电路板的电源要提供12V的电压供给摄像头和12V的继电器,还要经过降压以后(5V)供给单片机,所以需要设计电压转换电路为各器件供电.为了节约PCB的面积且易于封装,最好使用变压器件.经过反复研究,决定使用7812三端稳压图3电压转换电路综合上述分析,为了能使该电路满足各个方面的需求,经过多次修改与完善,在电路中添加了三极管,7805,7812以及多个接口连接针脚,得到图4所示的控制系统结构.该系统由单片机控制单元,驱动电路示的只是具有代表性的其中一条工作线路,实际工作时有控制左转,右转以及回油的3条转向工作线路.2010年2月农机化研究第2期图4转向系统技术方案3电路设计

8、基于单片机控制的玉米收获机器人的转向系统电路图如图5所示.该电路中单片机的P2口做为数据输人口,P1口作为命令输出口.当接收模块接收到命令后,就从单片机的P2口传给单片机;单片机读取命令并进行判断,根据判断结果输出控制命令给P1口;P115连接作为开关的三极管,三极管接到单片机发出的控制命令后接通;继而使继电器回路接通,继电器控制电磁阀动作,电磁阀动作控制液压油路的通断,最后由液压装置推动玉米收获机的转向离合器实现转向.图5转向系统电路图图5是在Protel中做的电路板以及元器件布置,真时,用一个5接口开关(图中左下角)的开关量代替无线接收模块接收到的命令,用5个LED灯(图中右列)来代替电磁

9、阀.仿真时,只要接收到命令(即开关打开),所对应的电磁阀就响应动作(即LED灯亮).图6所示为进行仿真时的截图,已经充分达到了设计者的要求.4液压油路设计液压油路的主要任务是根据单片机输出的不同指令做出相应的动作,作用于转向离合器,从而实现转向,其油路图如图7所示.该液压系统工作过程:当室内Pc控制端发出左转指令,单片机接收到指令后,即命令继电器1和继电器3动作,使油路1接通,油路3闭断开,油缸1推动左转向离合器,左转向离合器使左履带切断动力停止运动,右履带继续前进,从而实现左转;当单片机接收到右转指令后,即命令继电器2和继电器3动作使油路2接通,油路3断开,油缸2推动右转向离合器,右转向离合

10、器使右履带切断动力停止运动,左履带继续前进,从而实现右转.除此之外,该系统还能控制?71?2010年2月农机化研究第2期机器人前进与停止,当室内PC控制端发出前进指令后,单片机接收到前进命令,所有继电器均不动作,油路1(左转向油路,常闭油路)与油路2(右转向油路,常闭油路)断开,油路3(回油路,常开油路)接通,液压油直接回油箱;当单片机接收到停止命令时,3个继电器同时动作,使油路1与油路2接通,油路3断开,油缸1与油缸2也同时动作,左右转向器同时使左右履带切断动力,机车停止运动.t.1I上.0凳l兰i:FjE蟹一:_=图6转向系统电路仿真图图7液压系统油路图一j卜5程序设计该电路单片机的程序要

11、求以下功能:初始化串口;定义串口工作方式;接收串口输人命令,并做出判断;将输入命令转换为数据格式,根据此数据输出相buzy()子程序,用于测试继电器忙碌状态;voidlcdWorder(unsignedcharcmd)子程序用于写指令到继电器;voidlcdinit()子程序用于初始化;voidserial()interrupt4using3子程序用于串口接收命令.程序流程图如图8所示.图8程序流程图6结束语'通过在电脑上用软件模拟仿真以及在现场进行电2010年2月农机化研究第2期路,电磁阀和液压装置的反复安装调试,最终确定了一种用单片机控制的玉米收获机的液压转向系统.该系统具有成本低

12、,硬件电路简单,控制方便和运行稳定等优点,并利用信号的无线传输完成单片机与Pc机的互通,进而实现了玉米收获机的远程控制,大大还可用于多种农业机械的转向控制.参考文献:王俊卿.玉米联合收获机的现状及发展趋势J.科技资讯,2008(3):116.状与展望J.农机化研究,2009,31(3):217219.周淑辉.汽车电子控制转向技术的发展趋势J.汽车电器,2006(11):15.系统研究J.石家庄铁道学院报,2004(1):6871.计J.自动化与仪表,2000(1):4749.潘策,陈晓南,杨培林.单片机远程通信的电路设计J.现在电力,2003(5):7073.计J.现代车用动力,2008(1)

13、:2629.李婷,黄明泉.超重型特种汽车转向液压系统设计J.液压与气动,2007(1O):12.靳达.单片机应用系统开发实例导航M.北京:人民邮电出版社,2003.李学礼.基于Proteus的8051单片机实例教程M.北京:电子工业出版社,2008.CornHarvestRobotSteeringSystemwhichControlsBasedontheMonolithicIntegratedCircuitSuLele,YangFuzeng,XuJian,XuXiudong(NorthwestA&FUniversity,CollegeofMechanicalandElectro

14、nicEngineering,Yangling712100,China)Abstract:TheCOrrtoneofasourcountrystaplecrops,itsharvestlaborintensityisbig,thejobenvironmentisbad,isintheentirecornproductionthemosttimeconsuminghardsleddinglink,improvespilotgworkingconditions,reducedthemonolithicintegratedcircuitharvestsrobotsteeringsystem,incl

15、udingthissystemgcompositionstructure,thefunctionrealizesaswellasthesoftwareandhardwaredesign,throughcarriesontheanalogsimulationaswellasthesceneonthecomputertheinstallationandtrialrun,developedonekindfinallythesteeringsystemwhichcontrolledbasedonthemonolithicintegratedcircuit,thissystemsimplestable,

16、mightuseinmanykindsoffarmmaehinerygsteeringcontro1.Keywords:COrnharvestrobot;steeringcontrol;singlechipmicrocomputer(上接第55页)AbstractID:1003188X(2010)020052一EAStudyonIntensiveUtilizationofAgriculturalLandResourceandEvaluationGaoYongsheng,ZhuLianqi,SunQi(CollegeofEnvironmentandPlanningHenanUniversity,Kaifeng475004,China)Abstract:Itissignificanttoevaluatethelevelofintensiveagriculturallandutilizationforregionalsustainabledevelop.ment.Thispaperpresentsstudyonseveralproblemsofintensiveagriculturallandutilizationwithmethodsofdocumenta.indexassessmentsystemsforintensiveagricuhurallandutilization