本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)機(jī)械控制設(shè)備與控制方法，具體涉及一種壟溝筑垱機(jī)的自動控制器與自動控制方法。

背景技術(shù)：

壟溝筑垱機(jī)(亦稱壟向區(qū)田筑垱機(jī))是一種防治水土流失的農(nóng)機(jī)作業(yè)機(jī)具，它懸掛在拖拉機(jī)后部，可同時完成中耕筑垱或起壟筑垱作業(yè)，它主要由機(jī)械裝置、電子控制裝置和電磁執(zhí)行裝置組成，是一種機(jī)電一體化的農(nóng)業(yè)機(jī)械。

專利“壟向區(qū)田筑擋機(jī)”(00252808.8)，專利“壟向區(qū)田筑垱機(jī)控制機(jī)構(gòu)”(201010522638.3)以及專利“壟向區(qū)田筑垱機(jī)電子控制裝置及控制方法”(201010522664.6)已對壟溝筑垱機(jī)的機(jī)械裝置、電子控制裝置和電磁執(zhí)行裝置進(jìn)行過敘述。其中“壟向區(qū)田筑垱機(jī)電子控制裝置及控制方法”給出了一種電子控制裝置和控制方法，可實現(xiàn)筑垱機(jī)的電子控制和垱距的人工手動調(diào)節(jié)，但不能根據(jù)耕地坡度變化實現(xiàn)垱距的自動調(diào)節(jié)，更無法實現(xiàn)最優(yōu)垱距控制。上述專利為本發(fā)明的提出提供了參考。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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為解決壟溝筑垱機(jī)作業(yè)時最優(yōu)垱距自動控制問題，實現(xiàn)隨坡自動筑垱的作業(yè)要求，本發(fā)明公開了一種壟溝筑垱機(jī)的自動控制器與自動控制方法。

本發(fā)明方案為通過傾角傳感器測量耕地坡度，通過速度監(jiān)測模塊獲取機(jī)組前進(jìn)速度，由控制器處理器單元依據(jù)坡度解算模型和最優(yōu)垱距控制數(shù)學(xué)模型解算出最優(yōu)垱距控制參數(shù)，控制輸出回路脈沖電流，實現(xiàn)最優(yōu)垱距自動控制。具體發(fā)明內(nèi)容如下：

所述的控制器包含電源保護(hù)電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、通信接口、單片機(jī)電路、驅(qū)動單元、輸出回路以及輸出指示電路，此外控制器還包含傾角傳感器、機(jī)器前進(jìn)速度監(jiān)測模塊和速度接口電路以及多功能手動調(diào)節(jié)器等；如圖1。其中，傾角傳感器為MEMS數(shù)字或模擬式三軸加速度傳感器；機(jī)器前進(jìn)速度信號可來自于GPS、BDS、GLONASS和GALILEO衛(wèi)星定位導(dǎo)航模塊，通過TTL232串口接口電路與單片機(jī)連接，也可取自地輪或車載速度傳感器或拖拉機(jī)ECU測速單元。

多功能手動調(diào)節(jié)器是一個可連續(xù)調(diào)節(jié)的線性電位器，其調(diào)節(jié)旋鈕有自動-手動-停止3個連續(xù)調(diào)節(jié)區(qū)段，對應(yīng)3種控制模式；當(dāng)所述多功能手動調(diào)節(jié)器的旋鈕在“自動”區(qū)段內(nèi)調(diào)節(jié)時，為自動控制垱距模式，控制器依據(jù)機(jī)組與水平面的傾斜角度自動控制垱距，調(diào)節(jié)旋鈕轉(zhuǎn)角大小作為自動垱距的修正；當(dāng)旋鈕在“手動”區(qū)段內(nèi)調(diào)節(jié)時，控制器轉(zhuǎn)換為人工手動調(diào)垱距節(jié)模式，垱距大小完由旋鈕轉(zhuǎn)角大小控制，垱距不隨機(jī)組傾角變化而自動改變；當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)到“停止”區(qū)段時，為停止模式，控制器停止輸出控制脈沖電流。

控制器底板外側(cè)標(biāo)識有相互垂直的帶方向箭頭的橫方向指示線x和縱方向指示線y；三軸加速度傳感器安裝在控制器底板內(nèi)側(cè)，其x和y軸與所述的控制器底板上的x和y方向指示線對應(yīng)平行。

控制器安裝于拖拉機(jī)上或安裝于拖拉機(jī)后懸掛的筑垱機(jī)主橫梁的中部；安裝時，控制器底板與筑垱機(jī)主機(jī)架或拖拉機(jī)機(jī)身的水平參考面平行，控制器底板上的橫向指示線x與筑垱機(jī)主機(jī)架橫梁平行或使底板上的縱方向指示線y與拖拉機(jī)機(jī)身縱向平行，其縱向指示箭頭朝向前方；

控制器的自動控制方法如下：1)、加速度傳感器實時測出縱向y、橫向x和豎向z三個方向的加速度值A(chǔ)y,Ax,Az，單片機(jī)依據(jù)公式(1)的數(shù)學(xué)模型解算出機(jī)組與水平面的傾斜角度γ。

$\mathrm{\γ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{A_X^2+A_Y^2}}{A_Z}\right)---\left(1\right)$

2)、單片機(jī)根據(jù)機(jī)組速度V以及機(jī)組與水平面的傾斜角度γ，依據(jù)公式(2)的數(shù)學(xué)模型計算出多通道脈沖電流輸出的間隔時間周期參數(shù)T，單片機(jī)電路自動控制多通道脈沖電流輸出，反復(fù)循環(huán)1)，2)步驟，實現(xiàn)垱距自動控制，如圖2。

本發(fā)明有益效果為：實現(xiàn)壟溝作業(yè)最優(yōu)垱距自動控制，提高機(jī)具作業(yè)質(zhì)量，達(dá)到最優(yōu)保水節(jié)水防止水土流失效果，降低拉動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自動控制儀的基本組成圖。

圖2是本發(fā)明的自動控制方法流程。

具體實施方式

下面通過實例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

控制器的單片機(jī)為MCS51系列兼容單片機(jī)，本實例應(yīng)用STC15W415AS單片機(jī)。本發(fā)明所用三軸加速度傳感器為MEMS數(shù)字式或模擬式，如MPU6050、ADXL345、MMA7455、SCA3100等；本實例應(yīng)用SCA3100數(shù)字式三軸加速度傳感器，通過SPI數(shù)字接口與單片機(jī)駁接，單片機(jī)程序讀取傳感器輸出數(shù)據(jù)流，換算出傳感器基準(zhǔn)面三個方向的加速度值，再根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型(1)解算出坡度信息γ。在本實例中，機(jī)器前進(jìn)速度信號來自于GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航模塊，通過TTL232串口與單片機(jī)駁接，單片機(jī)程序抓取GPS輸出數(shù)據(jù)幀，從中提取出機(jī)組前進(jìn)速度信息。

本實例手動多功能調(diào)節(jié)器為一個連續(xù)調(diào)節(jié)的10kΩ線性電位器，其調(diào)節(jié)旋鈕有自動-手動-關(guān)閉3個調(diào)節(jié)區(qū)段，對應(yīng)3種控制模式；其實現(xiàn)過程是，單片機(jī)程序通過10bit-AD轉(zhuǎn)換對電位器中心頭輸出電壓連續(xù)采樣，取樣結(jié)果與預(yù)置的調(diào)節(jié)段電壓閾值進(jìn)行比較，判斷調(diào)節(jié)旋鈕所在區(qū)段，調(diào)用相應(yīng)的處理程序，實現(xiàn)3種控制模式，本實例中閾值范圍分別設(shè)置為滿量程的0-30％為自動調(diào)節(jié)區(qū)，30％-90％為手動調(diào)節(jié)區(qū)，90％-100％為停止控制區(qū)。

本實例的單片機(jī)根據(jù)機(jī)組速度V以及機(jī)組與水平面的傾斜角度γ，依據(jù)前述數(shù)學(xué)模型(2)解算出多通道脈沖電流輸出的間隔時間周期參數(shù)T，單片機(jī)自動控制多通道脈沖電流輸出，循環(huán)往復(fù)1)，2)步驟，實現(xiàn)垱距自動控制；例如當(dāng)壟距為70cm,壟高為16cm時，按模型計算。