一种履带式微耕机转向电路的制作方法

本实用新型涉及微耕机领域，具体涉及一种履带式微耕机转向电路。

背景技术：

微耕机一般以汽油机为动力，利用整体式变速齿轮箱或皮带离合器作传动，可直接驱动轮轴带动旋耕刀来进行旋耕作业。结构简单、操作方便，能够在田间自由行走，减轻了大型农用机械无法进入山区田块的限制，在平原、山区、丘陵的旱地、水田、果园、菜地、烟地的应用比较多，其主要功能有旋耕、犁耕、中耕锄草、施肥培土等。

微耕机进行转向作业时，主要还是基于传统的液压转向，这种转向控制过程精度低，不适合农业的精准和精细工作。随着电子和通信技术的高速发展，采用微控制器进行本地或者远程无线控制直流无刷电机完成转向成为了研究和开发热点，创新的微机数字控制转向提高了转向控制准确度，降低了复杂环境对转向控制的影响，同时减轻劳动者劳动强度、提高生产效率，满足农业环境应用的要求。

技术实现要素：

本实用新型设计开发了一种履带式微耕机转向电路，本实用新型通过微控制器与转向电机相连，解决了传统液压转向控制精度低的问题。

本实用新型提供的技术方案为：

一种履带式微耕机转向电路，包括电源供电单元、启动电机控制单元、转速控制单元和电机信号处理单元，还包括转向控制单元；

所述转向控制单元、所述启动电机控制单元和所述转速控制单元的输入端与所述电源供电单元连接，所述启动电机控制单元、转速控制单元和电机信号处理单元的输出端与所述转向控制单元的使能端连接；

其中，所述转向控制单元中包括微控制器、转向电机和直流无刷电机；

所述微控制器和所述转向电机分别与所述电源供电单元连接，所述微控制器的输出端与所述转向电机的使能端连接，所述转向电机的输出端与所述直流无刷电机的使能端连接；

所述微控制器的RTIO00管脚连接所述转向电机U相正极，所述微控制器的RTIO03管脚连接所述转向电机U相负极，所述微控制器的RTIO01管脚连接所述转向电机V相正极，所述微控制器的RTIO04管脚连接所述转向电机V相负极，所述微控制器的RTIO02管脚连接所述转向电机W相正极，所述微控制器的RTIO05管脚连接所述转向电机W相负极。

优选的是，所述电机信号处理单元中包括霍尔传感器；

其中，所述霍尔传感器设置为3个，设置间隔为120°，分别与所述微控制器的INTP1、INTP2和INTP3输入端口相连。

优选的是，所述启动电机控制单元与所述微控制器的AN17输入端口相连。

优选的是，所述转速控制单元与所述微控制器的P13输入端口相连。

优选的是，所述启动电机控制单元还包括与所述微控制器的P10输入端口相连。

优选的是，还包括：

电流检测单元，其使能端与转向电机相连，输出端与所述微控制器相连；以及

过流保护单元，其使能端与所述转向电机相连，输出端与所述微控制器相连。

优选的是，所述电流检测单元与所述微控制器的AN13输入端口相连。

优选的是，所述过流保护单元与所述微控制器的INTP0输入端口相连。

优选的是，所述转向电机与所述电流检测单元和所述过流保护单元之间设置放大电路。

优选的是，所述转向电机与所述过流保护单元之间还设置比较器电路。

本实用新型与现有技术相比较所具有的有益效果：采用低成本微控制器，降低整个系统的成本；通过霍尔传感器采集永磁体位置信号，电机调速精确。

附图说明

图1为本实用新型所述的总体架构框图。

图2是本实用新型所述的微耕机转向电机驱动电路原理图。

图3是本实用新型所述的霍尔传感器检测微耕机转向电机永磁体的位置示意图。

图4是本实用新型所述的霍尔信号与电机U、V、W三相导通之间的时序关系图。

图5是本实用新型所述的嵌入式软件整体流程图。

图6是本实用新型所述的电路启动控制模块软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

针对履带式微耕机传统的液压转向精度低，不适合农业的精准和精细工作等问题，本实用新型的目的是提供一种履带式微耕机智能转向电机控制装置；本装置主要包括微控制器最小系统电路、电源供电电路、微耕机转向电机驱动电路、霍尔信号换相控制电路、转向电机启停控制电路、过流检测保护电路等。通过微控制器定时器和实时输出端口输出脉冲宽度调制(PWM)波，基于霍尔传感器的位置检测完成电平换相控制，从而实现对直流无刷电机的驱动控制，包括：启动和停止电机、电机的正反转调速，并实现过流检测、强制电机停止转动等功能。

为了实现上述目的，下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示，是本实用新型的总体架构框图，所述装置包括微控制器最小系统电路、电源供电电路、微耕机转向电机驱动电路、霍尔信号换相控制电路、转向电机启停控制电路、过流检测保护电路等；通过微控制器定时器和实时输出端口输出脉冲宽度调制(PWM)波，基于霍尔传感器的位置检测完成电平换相控制，从而实现对直流无刷电机的驱动控制，包括：启动和停止电机、电机的正反转调速，并实现过流检测、强制电机停止转动等功能。

如图2所示，是本实用新型的微耕机转向电机驱动电路原理图，所述微耕机转向电机驱动电路采用了仙童半导体公司生产的FSB50325电机驱动集成芯片(U3)，瑞萨电子公司生产的R7F系列微控制器(U4)3脚(RTIO00)电联到FSB50325电机驱动集成芯片U3的4脚(UH)，实现微控制器输出控制电机U相正极(U+)的PWM波，微控制器(U4)6脚(RTIO03)电联到FSB50325电机驱动集成芯片U3的5脚(UL)，实现微控制器输出控制电机U相负极(U-)的PWM波；微控制器(U4)4脚(RTIO01)电联到FSB50325电机驱动集成芯片U3的9脚(VH)，实现微控制器输出控制电机V相正极(V+)的PWM波，微控制器(U4)7脚(RTIO04)电联到FSB50325电机驱动集成芯片U3的10脚(VL)，实现微控制器输出控制电机V相负极(V-)的PWM波；微控制器(U4)5脚(RTIO02)电联到FSB50325电机驱动集成芯片U3的14脚(WH)，实现微控制器输出控制电机W相正极(W+)的PWM波，微控制器(U4)8脚(RTIO05)电联到FSB50325电机驱动集成芯片U3的15脚(WL)，实现微控制器输出控制电机W相负极(W-)的PWM波。

如图3、图4所示，基于霍尔传感器的直流无刷电机120°导通控制方式进行控制电机旋转，具体工作原理：

1、使用3个霍尔传感器，传感器两两之间的间隔是120°，每个霍尔信号依据旋转磁极的方向进行切换，根据3个霍尔信号的状态，就能在每60°(每个周期有6种模式)得到一次位置信息。

2、在图4中，微控制器的实时输出端口(RTO)进行程序控制，使得三相绕组中每相的导通模式按与照霍尔信号的时序进行改变切换，那么就会产生旋转磁通，从而电机转子得到力矩并且旋转。

本实用新型所提供的一种履带式微耕机智能转向电路的工作采用比例积分(PI)进行电机转速的控制，进一步的，对于任意时刻n，微控制器输出PWM波的占空比计算公式：

ΔDuty＝KP×(err[n]-err[n-1])+KI×err[n] (1)

公式(1)中，ΔDuty为占空比值，err为电机转速控制值和计算值的偏差，KP为比例项的系数，KI为积分项的系数，通过调整占空比值进而控制电机转速。

如图5所示，在本实用新型中提供的一种履带式微耕机智能转向电路的工作过程还包括系统嵌入式软件程序，具体包括：主程序处理模块、初始化模块、启动电机控制模块、停止电机控制模块、电流检测模块、转速计算模块、PI控制模块、中断处理模块等，具体实现步骤为：

步骤一、首先系统进行硬件初始化：包括微控制器(U4)的端口、定时器、实时输出端口(RTO)和AD转换模块初始化；霍尔传感器使用初始化等；

步骤二、检测是否启动/停止键被按下，若被按下，则启动电机，否则等待启动/停止键被按下；

步骤三、启动电机后，首先检测是否发生强制截止，若发生了强制截止，则强制停止电机，进入步骤二，否则进入步骤四；

步骤四、检测PI标志位是否置1，若标志位置1，则进入PI电机调速模块进行转向速度控制，否则进入步骤五；

步骤五、定时采集电机电流，同时检测否启动/停止键再一次被按下，若被按下，则停止电机转动，否则进入步骤二。

如图6所示，为电机启动控制模块软件流程图，其具体步骤：

步骤一、当在电机停止状态下，按下启动/停止键(SW1)，首先进行清除强制截止状态；

步骤二、微控制器的实时输出端口(RTO)输出PWM波控制电机以500转/分(rpm)最低转速进行启动；

步骤三、然后启动定时器，根据输入端口的电平判断电机旋转方向，若为高电平，则为顺时针方向；若为低电平，则为逆时针方向；

步骤四、依据图4的电机启动时序，以霍尔传感器的输出信号作为中断触发源，设置INTP中断处理子程序进行换相控制，并使能转速测量部分，计算当前转速，同时启动电机标志位置于开启状态。

在电流检测模块中，当电机启动后，微控制器的A/D端口ANI3通过采集采样电阻的电压值并进行放大滤波，实现对电机电流进行实时检测。

在转速PI控制模块中，调节旋钮(VR1)，通过微控制器A/D端口ANI7采集对应电压值获取目标转速，每5ms进行一次速度PI控制，通过调节微控制器的6路实时输出端口(RTO)的输出PWM波占空比使电机转速和目标转速达到一致；

在过流保护模块中，当电机转动过程中，如果电机电流超出对应参考值，将会触发微控制器的INTP0中断，同时实时输出端口(RTO)进入强制截止模式，从而保护电机；再次启动电机，强制截止模式解除。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。