专利名称：模块化总线化智能采棉机自动对行系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种车载自动对行系统，具体是基于CAN总线通信的模块化总线胡智能采棉机自动对行系统，属于机电设备技术领域。
背景技术：
CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，广泛应用于汽车领域。CAN总线具有效率高 ，价位低，可靠性高等独特优势而获得越来越广泛的应用。采棉机本身就是一个属于汽车领域，CAN总线是一个成熟的现场局域网控制总线，因此采用CAN来通信是一个很好选择。PWM波是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。对于步进电机，通过调制PWM脉冲频率和数量来控制步进电机，是比较合理，方便的选择。
发明内容
本发明的目的是针对于现有技术的不足，提供一种模块化总线化智能采棉机自动对行系统，使其提供一种车载的可以通过传感器信号自动进行车辆对行矫正位置，而且可以与PC机进行CAN通信的装置，减小了采棉机操作人员的工作负担。本发明通过以下技术方案进行实现，一种模块化总线化智能采棉机自动对行系统包括一个中央处理器，其特征在于所述中央处理器经一个电平转换器连接一个RS232借口、经一个步进电机驱动器连接一个步进电机、经一个CAN收发器连接一个CAN接口、并接入传感器信号和模拟信号。首先中央处理器经过CAN收发器与CAN接口接收PC机的控制命令，中央处理器进入自动对行模式，接收外部传感器信号，对应其信号来相应地输出控制信号，经过电机驱动器来控制步进电机的转动。
上述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统中，模拟信号输入是将外部输入电压信号先进行分压，然后将分压以后的信号输入给中央处理器，利用中央处理器自身的AD模块把信号转换成数字量。上述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统中，串口数据通信采用CAN2. OB协议，将电平转换器连接PC机和中央处理器，电平转换器为MAX232，利用串口通信，可以将PC机上编译好的程序输入到中央处理器，也可以使用串口对程序进行调试。上述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统中，所述中央处理器自身带有CAN控制模块，但是外部还需接CAN收发器，与外部CAN进行通信，与PC机进行数据通信，主要是将中央处理器的采集信息发给PC机，再接收PC机的控制信息。上述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统中，步进电机的控制是使用中央处理器的PCA模块来调制PWM波，通过改变PWM波的占空比和数量来调节步进电机的转速和角度；使用中央处理器外部中断采集传感器信号，基于这个信号，再使用中央处理器的其中一个输出端口输出高低电平来控制步进电机的方向。
上述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统中，在采棉机的两端设置传感器采集对行的传感器信号。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进
I K
少:
1、首次将数字化的控制模块运用在采棉机领 域，填补了采棉机数字领域的空白；
2、由于司机长时间驾驶采棉机对棉花进行对行会产生疲劳感，使用自动对行系统，能降低司机的驾驶难度。
图I是本发明的整体框架图 图2是本发明实施的电气连接图 图3是五行采棉机的侧面示意图 图4是五行米棉机的后方不意图
图5是五行采棉机的前面五行采棉头。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的优选实施案例作详细说明
实施例一
参见图1，本模块化总线化智能采棉机自动对行系统，包括一个中央处理器(1)，其特征在于所述中央处理器(I)经一个电平转换器(2)连接一个RS232借口(3)、经一个步进电机驱动器(4 )连接一个步进电机(5 )、经一个CAN收发器(7 )连接一个CAN接口( 6 )、并接入传感器信号(8)和模拟信号(9);首先中央处理器经过CAN收发器(I)与CAN接口(6)接收PC机的控制命令，中央处理器进入自动对行模式，接收外部传感器信号(8)，对应其信号来相应地输出控制信号，经过电机驱动器(4)来控制步进电机(5)的转动。实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下所述模拟信号(9)输入是将外部输入电压信号先进行分压，然后将分压以后的信号输入给中央处理器(1)，利用中央处理器(I)自身的AD模块把信号转换成数字量。串口数据通信采用CAN2. OB协议，将电平转换器(2)连接PC机和中央处理器(1)，电平转换器为MAX232，利用串口通信，可以将PC机上编译好的程序输入到中央处理器(I )，也可以使用串口对程序进行调试。所述中央处理器(I)自身带有CAN控制模块，但是外部还需接CAN收发器(7)，与外部CAN进行通信，与PC机进行数据通信，主要是将中央处理器(I)的采集信息发给PC机，再接收PC机的控制信息。步进电机的控制是使用中央处理器(I)的PCA模块来调制PWM波，通过改变PWM波的占空比和数量来调节步进电机的转速和角度；使用中央处理器(I)外部中断采集传感器信号(8)，基于这个信号，再使用中央处理器(I)的其中一个输出端口输出高低电平来控制步进电机(5)的方向。在采棉机的两端设置传感器采集对行的传感器信号(8)。如图I所示，本模块化总线化智能采棉机自动对行系统包括中央处理器(1)，电平转换(2)，RS232接口(3)，步进电机驱动器(4)，步进电机(5)，CAN接口(6)，CAN收发器(7)，传感器信号(8)输入，模拟信号(9)输入。模拟信号(9)输入的是电压信号，在经过中央处理器(I)之前先进行分压滤波，进入中央处理器(I)以后，利用里面AD模块自动将信号转换为数字量；传感器信号(8)输入是外部两个接触传感器，是用来对采棉机对行的，安装在采棉机左右两端，当左边传感器接触，中央处理器(I)就会发出信号，通过步进电机使其向右转一定角度然后停下来，当右边传感器接触后，效果反之；RS23模块主要用来PC机向中央处理器(I)下载编译好的程序，也可以进行软件的调试，它是通过MAX232电平转换芯片来连接PC机和中央处理器⑴的；CAN通信模块是用来与PC机(工业电脑)进行通信的，中央处理器⑴可以通过CAN向PC机发送数字信号，比如采集到的模拟信号，实时监控信号，拨码开关信号，也可以接受PC机发送的信号，控制步进电机(5)的操作；步进电机 (5)是通过中央处理器(I)发送PWM波和开关量来控制的，中央处理器(I)可以调制PWM的发出数量和发出频率给步进电机驱动器(4 )，改变步进电机(5 )的转动角度和速度。本实施例上述各个部件都可以采用现有产品实现，具体采用器件型号如下
中央处理器(I)采用爱特梅尔半导体公司生产的带CAN控制器的51单片机芯片来实
现；
CAN收发器(7)是采用美国微芯科技公司生产的MCP2551芯片来实现；
串口电平转换芯片(2)是采用美国美信公司生产的MAX232芯片来实现；
步进电机驱动器(4)是采用中国研控公司生产的YKA3606A，步进电机也是该公司生产的86mm步进电机。如图2所示，本发明的实施例组建连接方式，
[I]、AT89C51CC01的PO八个端口与I, 2，3，4，5，6，7，8外部拨码开关相连，通过拨码的开关对中央处理器(I)输入高低电平，中央处理器(I)获得PO端口的数值确定该中央处理器(I)CAN的ID号，使其能够与PC机进行通信。[2]、模拟输入电压9，10连接AT89C51CC01的ADO和ADl，模拟输入电压先经过分压滤波，再输入给中央处理器(I)，中央处理器(I)利用AD模块惊喜模数转换。[3]、外部传感器输入信号11，12连接AT89C51CC01的INTO和INTl，利用中央处理器(I)外部中断对输出PWM波和P2. 5进行控制，两个接触传感器安装在采棉机左右两端，当左边传感器接触，中央处理器(I)就会发出信号，通过步进电机(5)使其向右转一定角度然后停下来，当右边传感器接触后，效果反之。[4]、外部晶振13，14连接AT89C51CC01的XTALl和XTAL2，给中央处理器⑴提供
时钟信号。[5]、AT89C51CC01的PWM和P2. 5连接步进电机驱动器15，17，步进电机驱动器连接步进电机(5)，中央处理器(I)可以调制PWM的发出数量和发出频率给步进电机驱动器
(4)，改变步进电机(5)的转动角度和速度；AT89C51CC01的PWM2是用来输出大功率PWM波，备用。[6]、AT89C51CC01 的 RXD 和 TXD 连接 MAX232 的 18，19 ；MAX232 连接 RS232 接口。[7]、AT89C51CC01 的 TXDC 和 RXDC 连接 MCP2551 的 20，21，MCP2551 连接 CAN 接口，
与PC机进行数据传输。[8]、AT89C51CC01 的 VAREF连接 22，输入AD 转换的参考电压；AT89C51CC01 的 PSEN连接23，下载程序跳线；AT89C51CC01的RST，GND，VCC分别连接24，25，0，给中央处理器(I)
提供复位，地，电源信号。
本实施例的车载装置是安装在智能采棉机上的，在采棉机两端安装接触式传感器，用来进行对行。如图3所示，采棉机的侧向剖面。前面的五行采棉头(12)，其中的中间一对采棉头装有一对接触式传感器(16，17)，其信号发送给中央处理器(I);中间大轮子上面为采棉机驾驶室(13);驾驶室(13)背后是存储棉花的棉箱(14);背后小轮子连接着用来控制转向的液压转向轴(15)。如图4所示，采棉机的背部剖面图。图中标注棉箱(14)以及后轮液压转向轴(15)。
如图5所示，采棉机的五行采棉头。图中示意五对采棉头，其中中间的第三对传感器装有左传感器(17)以及右传感器(16)。本实施例的工作过程如下
[1]、将PSEN跳线冒上，置低电平，然后将PC机编译好的程序通过RS232下载到中央处理器⑴；
[2]、将拨码开关拨到某一数值，中央处理器(I)通过PO端口读取其值，作为CAN通信的ID号；
[3]、模拟输入量通过中央处理器(I)采集，再通过CAN总线发送到PC机；
[4]、PC机通过CAN总线发出一个信号给中央处理器(I)，使采棉机进入自动对行模
式；
[5]、采棉机两端的传感器采集是否接触的信号，如果左端传感器(17)接触到信号，中央处理器(I)就会通过P2. 5端口输出一个脉冲波使步进电机(5)向左转动一定的角度，同时步进电机(5)带动后轮液压转向轴(15)线性地向左转动一定的角度，向左转完以后，中央处理器(I)继续发送一个脉冲波使步进电机(5)向右转动一定的角度，同时步进电机(5)带动后轮液压转动轴(15 )线性地向右转动一定的角度，对采棉机进行位置归正(其中步进电机(5)转动的速度以及转动的角度是由中央处理器(I)发出的PWM波来调制的，步进电机(5)的转动角度于速度和后轮液压转向轴成线性关系)；如果右端传感器接触到信号，反之；如果左右传感器都接触到信号，则中央处理器(I)不采取任何措施，采棉机继续直线向前行驶。[6]PC机通过CAN总线发送一个信号给中央处理器(I)，是采棉机进入手动模式；
[7]重复循环5这个进程，当执行到6时，进入空闲，等待4这个进程。
权利要求
1.一种模块化总线化智能采棉机自动对行系统，包括一个中央处理器(1)，其特征在于所述中央处理器(I)经一个电平转换器(2)连接一个RS232借口(3)、经一个步进电机驱动器(4 )连接一个步进电机(5 )、经一个CAN收发器(7 )连接一个CAN接口( 6 )、并接入传感器信号(8 )和模拟信号(9 );首先中央处理器经过CAN收发器(I)与CAN接口( 6 )接收PC机的控制命令，中央处理器进入自动对行模式，接收外部传感器信号(8)，对应其信号来相应地输出控制信号，经过电机驱动器(4 )来控制步进电机(5 )的转动。
2.根据权利要求I所述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统，其特征在于所述模拟信号(9)输入是将外部输入电压信号先进行分压，然后将分压以后的信号输入给中央处理器(I)，利用中央处理器(I)自身的AD模块把信号转换成数字量。
3.根据权利要求I所述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统，其特征在于串口数据通信采用CAN2. OB协议，将电平转换器(2)连接PC机和中央处理器(I)，电平转换器为MAX232，利用串口通信，可以将PC机上编译好的程序输入到中央处理器(I )，也可以使用串口对程序进行调试。
4.根据权利要求I所述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统，其特征在于所述中央处理器(I)自身带有CAN控制模块，但是外部还需接CAN收发器(7)，与外部CAN进行通信，与PC机进行数据通信，主要是将中央处理器(I)的采集信息发给PC机，再接收PC机的控制信息。
5.根据权利要求I所述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统，其特征在于步进电机的控制是使用中央处理器(I)的PCA模块来调制PWM波，通过改变PWM波的占空比和数量来调节步进电机的转速和角度；使用中央处理器(I)外部中断采集传感器信号(8)，基于这个信号，再使用中央处理器(I)的其中一个输出端口输出高低电平来控制步进电机(5)的方向。
6.根据权利要求I所述的模块化总线化的智能采棉机自动对行系统，其特征在于在采棉机的两端设置传感器采集对行的传感器信号(8 )。
全文摘要
本发明涉及一种模块化总线化智能采棉机自动对行系统。本系统包括模拟信号输入采集，串口数据通信，CAN通信模块，步进电机控制模块。其中模拟信号输入是采集采棉机外部模拟信号，由单片机进行处理，再发给上位机；串口数据通信是用来下载程序以及调试程序的；CAN通信模块是用来传输数据，可以向上位机传输采集的信号，或者接受上位机发出的控制信号；步进电机控制模块是通过芯片的PCA模块来输出PWM波来控制电机的转速，角度，再用一个端口来控制电机的方向。本发明利用CAN总线来控制实时性和可靠性比较强。
文档编号A01D46/08GK102763519SQ20121024802
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者周广兴, 李振华, 苗中华, 褚剑钢, 赵闻 申请人:上海大学