無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性測試.doc

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本 科 畢 業(yè) 設 計 無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性測試 摘 要 本文主要針對我校自主研發(fā)的無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 開展電磁閥可 靠性測試 檢驗電磁閥對長期通電和頻繁通斷電的耐受性 分析了現(xiàn)有電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 包括有過濾器 定量泵 手動換向閥 轉(zhuǎn) 向器 液壓泵 壓力表 溢流閥 二位三通換向閥 三位四通電磁比例換向閥和油箱 等 描述了其基本工作原理 在工作過程中 二位三通換向閥需要頻繁通斷以實現(xiàn)手 動和自動油路的切換 直接關(guān)系到系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性 因此 本文設計了一 套二位三通換向閥的可靠性測試系統(tǒng) 該測試系統(tǒng)包括 基于 AT91SAM9263 的嵌入 式系統(tǒng)開發(fā)板 電磁閥驅(qū)動放大電路和美國 HYDRAFORCE 公司生產(chǎn)的 SV 10 31N 24VDC 電磁閥 基于 SBC6330XARM 開發(fā)板 開發(fā)了測試程序 ARM 板主控電路產(chǎn) 生 PWM 信號 通過驅(qū)動電路放大信號 控制電磁閥油路 本次測試一共進行了 4 中不同的控制信號測試 分別為周期為 2 秒 1 秒 0 6 秒 的方波以及持續(xù)輸出 3 3V 高電平 2 秒 1 秒和 0 6 秒的方波測試時間為 30 分鐘 持 續(xù)輸入高電平的測試時間為 60 分鐘 測試結(jié)果表明 ARM 主控板和驅(qū)動電路控制下 有效地工作 電磁閥對長期通電和頻繁通斷具有較好的耐受性 關(guān)鍵詞 SBC6330X 驅(qū)動電路 電磁閥 Turning to the Reliability of the Testing System of Unmanned Tractors Hydraulic Wu 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 valve 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 pres sure gauge pressure relief valve reversing valve two three three position four way electrom agnetic proportion reversing valve and the mailbox the basic working principle described I n the work process two position three way directional control valve need frequent on off switch to realize manual and automatic oil 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 syste m SV 10 31N 24VDC solenoid valve solenoid valve amplification circuit and the United States of Americ a HYDRAFORCE company production based on Based on the SBC6330XARM developme nt board development test program ARM main control circuit generates a PWM signal thro ugh the drive circuit of signal amplification electromagnetic valve control circuit The tests were conducted in different control signal test 4 respectively a period of 2 se conds 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 te st time is 60 minutes The test results show that ARM main control board and a driving circ uit 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 錄 1 前言 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究目的 1 1 3 研究意義 1 1 4 國內(nèi)外研究狀況 1 2 拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理 3 2 1 拖拉機原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3 2 2 拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 5 2 3 待測試二位三通換向閥的工作特性 8 3 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測試電路設計 8 3 1 ARM 主控電路 9 3 1 1 SBC6300X 開發(fā)板 CPU 規(guī)格 9 3 1 2 SBC6300X 開發(fā)板主板功能接口 10 3 1 3 SBC6300X 開發(fā)板核心板功能 11 3 2 驅(qū)動電路 11 3 2 1 IRFR9540 芯片簡介 12 4 ARM 主控板控制程序設計 13 4 1 開發(fā)板硬件環(huán)境初始化 13 4 2 利用定時器實現(xiàn) IO 引腳的 PWM 信號輸出 13 5 可靠性測試流程及結(jié)果 14 5 1 可靠性測試流程 14 5 2 可靠性測試結(jié)果 15 參考文獻 16 附錄 17 致謝 21 華南農(nóng)業(yè)大學本科生畢業(yè)設計成績評定表 1 前言 1 1 研究背景 中國是一個農(nóng)業(yè)大國 用占世界 7 的耕地解決了世界 22 的人口溫飽問題 取得 了舉世矚目的成就 目前 我國面對 人多地少 資源短 環(huán)境惡化 人增地減 的趨 勢不可逆轉(zhuǎn) 保證 21 世紀我國 13 億人口的食物安全 關(guān)鍵在于推動農(nóng)業(yè)科技的進步 目前 農(nóng)業(yè)機械智能導航技術(shù)在歐美發(fā)達國家已經(jīng)得到深入的研究 其產(chǎn)品在實際農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)中也得到了廣泛的應用并取得的顯著的生產(chǎn)效益 在我國 農(nóng)業(yè)機械化研究和應用 已經(jīng)有了長足的發(fā)展 但是在農(nóng)業(yè)機械裝備的信息化和智能化等技術(shù)方面的研究和應用 還是明顯不足 遠落后于西方發(fā)達國家 在實際生產(chǎn)應用中的例子更是很少 農(nóng)業(yè)機械 智能導航的自動化 信息化和智能化是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)基礎 其為精準農(nóng)業(yè) 的實踐和推廣支持 加快實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 1 2 研究目的 本文的研究主要有三個方面的目的 第一 通過對無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)的了解 得知系統(tǒng)的組成 結(jié)構(gòu)和工作原理 第二 根據(jù)測試所需用 ARM 板及驅(qū)動電 路板設計制作控制信號 第三 通過電磁閥的可靠性測試 檢驗電磁閥對長期通電和頻 繁通斷電的耐受性 1 3 研究意義 自動轉(zhuǎn)向控制技術(shù)是實現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)機械自主導航行走的關(guān)鍵技術(shù)之一 在復雜的農(nóng) 田生產(chǎn)環(huán)境下 農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)向控制器的設計不同于公路行走車輛 因為其面對的工作環(huán) 境是變化的 不可預知的地形 行走的地表有硬有軟 具有高度的非線性性 Q Zhang 2002 因此農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)向控制器要求能適應不同車輛狀態(tài)和行駛速度等車輛動 態(tài)參數(shù) 根據(jù)不同工況采取不同策略 要求執(zhí)行敏捷 控制精確 最優(yōu)的農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)向 控制器對于智能農(nóng)業(yè)機械來說無疑是有力的技術(shù)基礎 因此 開展農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)向控制技 術(shù)的研究對于智能農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展 對于精確農(nóng)業(yè)的最終實現(xiàn) 促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù) 化發(fā)展具有現(xiàn)實而重要的意義 1 4 國內(nèi)外研究狀況 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)可以分為轉(zhuǎn)向機構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制兩部分 田海清 2005 轉(zhuǎn)向機構(gòu)的作用是直接控制農(nóng)業(yè)機械的實際角位移 使農(nóng)業(yè)機械不斷調(diào)整位置 和方向從而實現(xiàn)沿預定路徑運動 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括導航控制器和轉(zhuǎn)向操縱控制器 導 航控制器的作用是根據(jù)農(nóng)業(yè)機械模型 設計最優(yōu)的導航控制算法 將 GPS 陀螺儀 電 子羅盤 視覺傳感器等多源傳感器信息融合 計算分析最終決策出農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)向控制量 而轉(zhuǎn)向機構(gòu)目前可以大致的分為兩種液壓驅(qū)動和電機驅(qū)動兩種方式 在國外 液壓驅(qū)動方式方面 J A Marchant 等人 J A Marchant 1996 對一臺人 工操作的汽油機車輛進行改裝 并結(jié)合里程表 視覺傳感器 通過 Kalman 濾波器融合 處理實現(xiàn)了車輛自動轉(zhuǎn)向控制 電機驅(qū)動方面 Noboru Noguchi Noboru Noguchi 1997 等人對傳統(tǒng)的小型后輪驅(qū)動汽油拖拉機改裝 采用步進電機驅(qū)動方向 盤 磁阻航向傳感器實時采集車輛航向信號 轉(zhuǎn)向角通過電位計獲得 后輪旋轉(zhuǎn)角則通 過旋轉(zhuǎn)編碼器獲取 在我國 對于農(nóng)業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向控制技術(shù)方面研究起步相對較晚 ToruT 2000 而且大部分技術(shù)以國外相對成熟技術(shù)為基礎 并多數(shù)處于實驗室研發(fā)階段 科研成果也 主要集中在高校的課題科研成果的層面上 離實際運用還有一段距離 在國內(nèi) 液壓驅(qū)動方式方面 魏延富等設計了基于電液伺服及反饋系統(tǒng)的拖拉機轉(zhuǎn) 向控制系統(tǒng) 魏延富 2006 該系統(tǒng)是由力傳動裝置控制方向盤 從而控制油路液壓 驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動 嚴格來講 該系統(tǒng)使用的不是電控液壓系統(tǒng) 且其反饋回路反饋的是車 輪 0 位置的信號 不能解決車輪轉(zhuǎn)向任意角度 允許范圍內(nèi) 的轉(zhuǎn)動 中國農(nóng)業(yè)大學 工學院陳文良等人 陳文良 2005 設計了一種用于拖拉機自動駕駛的電控液壓動力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng) 該系統(tǒng)具有自動和人工轉(zhuǎn)向兩種轉(zhuǎn)向模式 在保證原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)基本 不變的情況下 加裝了全液壓轉(zhuǎn)向器 步進電機驅(qū)動器以及電磁換向閥和液壓連接部件 系統(tǒng)通過步進電機驅(qū)動全液壓轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向 將油泵中的油液在轉(zhuǎn)向器作用下定向 定量 推動轉(zhuǎn)向油缸 推動導向輪實行動力轉(zhuǎn)向 以實現(xiàn)拖拉機的自動轉(zhuǎn)向功能 而人工與自 動轉(zhuǎn)向模式切換則通過電磁換向閥控制液壓油流經(jīng)原有轉(zhuǎn)向器或改裝轉(zhuǎn)向器中流向?qū)崿F(xiàn) 電機驅(qū)動方面 華南農(nóng)業(yè)大學工程學院李俊嶺 李俊嶺 2005 林衛(wèi)平 林衛(wèi)平 2007 等以日本久保田 SPU60 型水稻插秧機為研究對象 在轉(zhuǎn)向機構(gòu)改造過程中 以 不破壞原機駕駛功能和人工控制與自動控制兼容為原則 在方向盤上加裝直流電動機作 為動力源 電機經(jīng)減速器減速增扭與方向盤傳動設備連接 經(jīng)歷三代實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向機構(gòu)改 造 轉(zhuǎn)角信息的反饋則通過日本 KOYO 公司的 TRD NA1024NW 型絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器 經(jīng)單片機獲得 在此基礎上經(jīng)行改進 以同步帶取代鏈條 對電機進行控制 2 拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理 2 1 拖拉機原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 許多拖拉機的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是采用的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 東方紅 X804 自身的轉(zhuǎn)向機 構(gòu)也是采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 采用獨立油路 全液壓前輪轉(zhuǎn)向 轉(zhuǎn)向油路是由轉(zhuǎn)向油 泵 方向盤 轉(zhuǎn)向器 液壓轉(zhuǎn)向油缸 油箱等部分組成 如圖 1 所示 機構(gòu)的動作原理 是 東方紅 X804 拖拉機起動后 發(fā)動機帶動轉(zhuǎn)向油泵運轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)動方向盤 液壓油經(jīng)轉(zhuǎn) 向器油路到轉(zhuǎn)向油缸 液壓驅(qū)動油缸動作 拉動前輪轉(zhuǎn)向 當轉(zhuǎn)向動作到位后 油路液 壓平衡 液壓油回油到油箱 轉(zhuǎn)向油缸 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向液壓泵 油管 油箱 方向盤 前轉(zhuǎn)向輪 圖 1 東 方 紅 X804 拖 拉 機 原 配 轉(zhuǎn) 向 油 路 示 意 圖 農(nóng)用拖拉機中 小馬力和中馬力拖拉機的轉(zhuǎn)向器絕大部分都是用開芯無反應轉(zhuǎn)向器 和定量液壓油泵 大馬力拖拉機絕大部分都是用閉芯無應用轉(zhuǎn)向器和變量液壓泵 開芯 和閉芯是依據(jù)轉(zhuǎn)向器中位機能來定義 而液壓油泵的類型是依據(jù)轉(zhuǎn)向器的類型配套 開 芯系統(tǒng)中 釋放方向盤 轉(zhuǎn)向器中的旋轉(zhuǎn)閥處于中位時 油泵和油箱之間是連通的 一 般使用定量油泵 閉芯系統(tǒng)中 釋放方向盤 轉(zhuǎn)向器中的旋轉(zhuǎn)閥處于中位時 轉(zhuǎn)向器的 進油端是關(guān)閉的 一般使用變量油泵 A 轉(zhuǎn)向器基本連接圖 B 開芯無反應轉(zhuǎn)向器原理圖 C 閉芯無反應轉(zhuǎn)向器原理圖 圖 2 拖 拉 機 轉(zhuǎn) 向 器 原 理 圖 圖 2 中 A 是拖拉機全液壓轉(zhuǎn)向器的基本組裝圖 它有液壓油箱 液壓油泵 過濾器 溢流閥 單向閥 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)向油缸 轉(zhuǎn)向車輪及一些液壓輔助元件組成 其 中 液壓油泵和轉(zhuǎn)向器的類型依據(jù)不同馬力的拖拉機而不同 小馬力和中馬力拖拉機的 轉(zhuǎn)向器如 B 所示 是開芯無反應轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器在中位的時候液壓油能流回油箱而自動 缷荷 與此相配套的液壓油泵是定量泵 大馬力拖拉機的轉(zhuǎn)向器如 C 所示 是閉芯無反 應 或有反應 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器在中位的時候液壓油不能通過轉(zhuǎn)向器流回油缸 它是通 過配套的變量泵進行缷荷 全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了上面列舉的基本元件外 有的轉(zhuǎn)向器還配套安全閥 雙向過載 閥 雙向補油閥和單向閥 如下圖 3 所示 P T R L 轉(zhuǎn)向器 2 1 3 4 1 安全閥 2 單向閥 3 雙向補油閥 4 雙向過載閥 圖 3 轉(zhuǎn) 向 器 配 套 閥 組 安全閥的功能是壓力油到達安全閥設定壓力時 安全閥打開泄油 提供轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓 力的安全保護 雙向過載閥的功能是當轉(zhuǎn)向油缸受到外部沖擊時 油缸內(nèi)的壓力高 壓 力油到達過載閥設定壓力時 過載閥打開泄油 對轉(zhuǎn)向油缸實施過載保護 雙向補油閥 功能是當過載閥開啟時 為了防止油液產(chǎn)生氣蝕 補油閥打開從組合閥塊的回油口吸油 及時將壓力油補充到轉(zhuǎn)向油缸的左或右油腔 單向閥是轉(zhuǎn)向器進油時打開 在低轉(zhuǎn)速時 防止由于外部載荷的沖擊 高壓油倒流 造成方向盤的抖動 隨著時代的發(fā)展 除了開芯無反應轉(zhuǎn)向器和閉芯無反應 或有反應 轉(zhuǎn)向器外 現(xiàn) 在也出現(xiàn)了負荷傳感全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 它具有無論負荷壓力大小 方向盤轉(zhuǎn)速快慢 均 能按轉(zhuǎn)向油路要求 優(yōu)先分配相應流量 保證轉(zhuǎn)向可靠 靈敏 輕便 油泵輸出的流量 除向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供給所需的流量外 剩余部分可供給輔助油路使用 從而消除轉(zhuǎn)向油路供 油過多而造成的功率損失 提高了系統(tǒng)效率 2 2 拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 本文中電控液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設計是 在原轉(zhuǎn)向油路并聯(lián)安裝一個轉(zhuǎn)向控制機構(gòu) 即 并聯(lián)一個用于電路控制的 轉(zhuǎn)向器 這個便于控制的 轉(zhuǎn)向器 是一套電控液壓閥 即把原來手動控制轉(zhuǎn)向的方向盤及其聯(lián)帶的液壓轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)為電控的液壓電磁閥機構(gòu) 如圖 4 所示 改動上并聯(lián)安裝了 O 型的三位四通比例換向閥 為了油路油壓的安全 還需要安裝一個安全溢流閥 油管路上 加多了油管和 3 個同原來油路轉(zhuǎn)換的切換閥 電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖如圖 4 所示 3 4 5 8 9 0 1 2 7 6 1 6 2 a b 1 0 5 P T A B A 1 B 1 控制器 G P S A H R S C A N 人工 自動 模 式選擇開關(guān) 裝在拖 拉機上 S a S y S b 傳感器 P T A B 開芯無反應式轉(zhuǎn)向器 0 過濾器 1 定量泵 2 二位三通電磁閥 3 轉(zhuǎn)向器 開芯無反應 4 轉(zhuǎn)向油缸 5 單向閥 6 壓力 表 7 溢流閥 8 三位四通比例電磁換向閥 O 型 9 平衡閥 10 液壓油箱 圖 4 優(yōu) 化 的 液 壓 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 原 理 圖 上圖 4 系統(tǒng)在油缸與電磁換向閥之間連接入兩個平衡閥 9 它們實際上并聯(lián)有單向 閥的背壓閥 分別接在電磁閥的 A B 口至轉(zhuǎn)向油缸的兩個液壓油接口之間 液壓油可 以經(jīng)過單向閥無約束地從平衡閥正向 液壓缸進油 通過 圖中 A A1 或 B B1 但從反向通過 液壓缸回油 時需要克服平衡閥設定的開啟壓力 該壓力構(gòu)成回油背壓 壓力 下面進行換向閥換向瞬間系統(tǒng)動力學分析 設定兩個平衡閥開啟壓力略大于一般情 況下回正力矩 Tz 對應的壓力 本機經(jīng)試驗驗證約 4MPa 即可 在這種情況下 閥芯由 中位切換至任一側(cè)位時 閥 A B 口一個接通油泵 P 另一個接通回油口 T 設 A 口接 通 P B 口接通 T 現(xiàn)在 A 口壓力油經(jīng)過上面的平衡閥的單向閥可以通至 A1 但在壓 力小于下面的平衡閥設定壓力之前 下面這個平衡閥不會開通 即油缸無法回油 轉(zhuǎn)向 輪不會轉(zhuǎn)動 直到 A 口壓力大于設定的背壓壓力 4MPa 如前所述此時該壓力已大 于克服回正力矩需要的壓力 故在電磁比例換向閥換向的短時間內(nèi) 不會出現(xiàn)驅(qū)動力矩 小于地面回正力矩的情況 車輪不會發(fā)生回擺現(xiàn)象 同時結(jié)合東方紅 X 804 拖拉機開芯無反應轉(zhuǎn)向器的特性 加入了二位三通電磁閥 2 用三位四通比例電磁換向閥代替原來分散的流量比例閥和三位四通電磁換向閥 使 系統(tǒng)更加嚴密 為了保證拖拉機原來全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完整性 二位三通電磁閥 2 常通位 置是定量泵與轉(zhuǎn)向器相連 即在電磁閥 2 不通電的狀態(tài)下系統(tǒng)與原裝的全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 一模一樣 在自動導航過程中 給二位三通電磁閥通電 液壓泵出來的液壓油立刻流向 電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 此外 還在系統(tǒng)的關(guān)鍵部位留了油壓口 方便測試系統(tǒng)的壓力特性 測壓口分別位于總進油口 P 處 電控液壓轉(zhuǎn)向進油口 P1 處 油缸兩測的壓力 A 處及 B 處 改進的電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有一個 人工 自動 模式開關(guān) 系統(tǒng)的工作原理是 人 工 自動 模式開關(guān)斷開時 拖拉機的轉(zhuǎn)向方式與拖拉機原來的轉(zhuǎn)向方式一樣 通過手 動轉(zhuǎn)動方向盤實現(xiàn)拖拉機轉(zhuǎn)向 液壓油流向 過濾器 定量泵 二位三通電磁閥左位 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向油缸 轉(zhuǎn)向器 油箱 當需要電控轉(zhuǎn)向時 人工 自動 模式開關(guān)接通 有左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn)和卸荷三種工作方式 一 左轉(zhuǎn) 二位三通電磁閥和三位四通比例電磁換向閥 a 位得電時 即 Sy 和 Sa 有電信號 液壓油流向 過濾器 定量泵 二位三通電磁閥右位 單向閥 三位四通比 例電磁換向閥左位 平衡閥 轉(zhuǎn)向油缸 平衡閥 三位四通比例電磁換向閥左位 油箱 車輪左轉(zhuǎn) 二 右轉(zhuǎn) 二位三通電磁閥和三位四通比例電磁換向閥 b 位得電時 即 Sy 和 Sb 有電信號 液壓油流向 過濾器 定量泵 二位三通電磁閥右位 單向閥 三位四通比 例電磁換向閥右位 平衡閥 轉(zhuǎn)向油缸 平衡閥 三位四通比例電磁換向閥右位 油箱 車輪右轉(zhuǎn) 三 卸荷 電控模式下車輪不需要轉(zhuǎn)向時 實際轉(zhuǎn)角達到目標角度要求 液壓油 通過轉(zhuǎn)向器卸荷 二位三通電磁閥和三位四通比例電磁換向閥都不得電 液壓油流向 過濾器 定量泵 二位三通電磁閥左位 轉(zhuǎn)向器 油箱 2 3 待測試二位三通換向閥的工作特性 本設計中電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用的電磁閥型號為 SV 10 31N 24VDC 生產(chǎn)此電磁 閥的公司為美國的 HYDRAFORCE 該電磁閥里有密閉的腔 在不同位置開有通孔 每 個孔連接不同的油管 腔中間是活塞 兩面是兩塊電磁鐵 哪面的磁鐵線圈通電閥體就 會被吸引到哪邊 通過控制閥體的移動來開啟或關(guān)閉不同的排油孔 而進油孔是常開的 液壓油就會進入不同的排油管 然后通過油的壓力來推動油缸的活塞 活塞又帶動活塞 桿 活塞桿帶動機械裝置 這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械運動 如下圖 所示 當斷電時 電磁閥中的液壓油從位置 流到位置 當電磁閥被阻斷時 液壓油 流向位置 當通電時 電磁閥打開位置 到位置 之間的通路 阻塞位置 而港口 可能完全加壓 這是不打算被用來作為入口 手動操作的選項 重寫 按鈕和扭曲逆 時針旋轉(zhuǎn) 180 內(nèi)部的彈簧將按鈕了 在這個位置 閥門可能只是部分地轉(zhuǎn)移 為了 保證全覆蓋的轉(zhuǎn)變 把按鈕要充分擴展和保持這個位置 恢復正常瓣膜功能 按鈕 順 時針旋轉(zhuǎn) 180 扭曲 并釋放 覆蓋將被拘禁在這個位置 該電磁閥的尺寸如下 圖 5 電 磁 閥 的 尺 寸 圖 3 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測試電路設計 本次設計的測試電路由 3 個部分組成 分別是 ARM 主控電路 驅(qū)動電路和電磁閥 其中 ARM 主控電路的功能是輸出 PWM 控制信號 驅(qū)動電路的作用是放大 PWM 控制 信號 以達到驅(qū)動和控制電磁閥工作的目的 ARM 主控電路使用的是 SBC6300X 開發(fā) 板 驅(qū)動電路通過三極管和 MOSFET 場效應管進行電流的放大 使用 IRFR9540 芯片對 電磁閥進行控制 測試的電磁閥為美國 HYDRAFORCE 公司生產(chǎn)的 SV 10 31N 24VDC 電磁閥 電路的原理圖如下 A R M 主控 電路 P W M 信號 驅(qū)動電路 驅(qū)動電流 電池閥 圖 6 液 壓 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 測 試 電 路 原 理 框 圖 3 1 ARM 主控電路 本設計中使用的主控電路為深圳市天漠科技有限公司生產(chǎn)的 SBC6300X 開發(fā)板 開 發(fā)板包括兩個部分 分別為主板 94 106 5mm 和核心板 52 52mm 開發(fā)板的實 物圖及總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示 圖 7 SBC6300X 開 發(fā) 板 實 物 圖 3 1 1 SBC6300X 開發(fā)板 CPU 規(guī)格 處理器 AT91SAM9263 ARM926EJ STM ARM 處理器 擴展 DSP 指令 ARM Jazelle 技術(shù)提供了 Java 加速功能 16K 字節(jié)數(shù)據(jù)緩存 16K 字節(jié)指令緩存 200MHz 時性能高達 220 MIPS 存儲器管理單元 嵌入式 ICE 支持調(diào)試信道 中等規(guī)模的嵌入式宏單元結(jié)構(gòu) 附加的嵌入式存儲器 128K 字節(jié)片內(nèi) ROM 最大總線速率下單周期訪問 80K 字節(jié)片內(nèi) SRAM 最大處理器或總線速率下單周期訪問 3 1 2 SBC6300X 開發(fā)板主板功能接口 SBC6300X 開發(fā)板主板功能接口如下表所示 表 1 SBC6300X 開 發(fā) 板 主 板 功 能 接 口 說 明 表 類別 功能 參數(shù) 存儲接口 SD card SDIO 模式 支持熱插拔 輸入電源 寬電壓范圍8 20V 默認提供12V 電源輸入電源 輸出電源 5V和Vin 觸摸屏接口 4線電阻式觸摸屏接口 陣列鍵盤接 口 6x6矩陣鍵盤 也可作為 12個獨立IO 使用 Audio In 支持音頻錄入 Audio Out 支持MP3播放 提供1 5W音頻功放輸出 排針引出 輸入輸出 接口 AD轉(zhuǎn)換接 口 8路12bitAD轉(zhuǎn)換輸入接口 輸入?yún)⒖茧妷嚎赏庖?默認參考電壓5V GPIO 41個獨立GPIO 其中包括有如下復用功能 ISI接口 4路PWM 1路SDIO接口 1路SPI1接口 4個片選 Buzzer 一個GPIO 控制的BUZZER JTAG 標準JTAG接口20PIN 按鍵 2個 GPIO按鍵 1個WKUP按鍵 1個RESET按鍵通用接口 面板及指示 燈 電源插入指示 主板供電指示 提供排針引出形式的WKUP IO 復位 電源開關(guān)面板接口 其它 看門狗控制 內(nèi)置 器 實時時鐘 外擴精準RTC 板載可充電鈕扣電池 3 1 3 SBC6300X 開發(fā)板核心板功能 SBC6300X 開發(fā)板核心板功能如下表所示 表 2 SBC6300X 開 發(fā) 板 核 心 板 功 能 說 明 表 類別 功能 參數(shù) 處理器 CPU Atmel AT91SAM9263 ARM9 200MHz SDRAM 64MB NandFlash 128MB存儲器 EEPROM 2Kb 其它 LED 1 個 LED 系統(tǒng)狀態(tài)指示 核心板尺寸 52 52mm 主連接器使用 tyco 5179030 4 3 2 驅(qū)動電路 測得二位三通電磁閥的內(nèi)部線圈電阻為 29 2 歐姆 施加 24V 電壓 線圈通電電流 為 0 82A 驅(qū)動電路輸入為 ARM 主控板輸入的 PWM 信號 分為兩種 一種是 3 3V 的持續(xù)高電平信號 另一種為周期為 1S 占空比為 50 的 3 3V 方波信號 電路分別需 要 3 3V 與 24V 供電 使用 NPN 型的三極管進行電流放大 通過 IRFR9540 芯片對電磁 閥進行控制 其電路原理圖如下 Q06IRF954132KDLEGNPVcontrlBa vei 圖 8 驅(qū) 動 電 路 原 理 圖 3 2 1 IRFR9540 芯片簡介 IRFR9540 使用了國際整流器公司的第五代 HEXFET 采用了先進的制造技術(shù) 使得 硅片的導通阻值極低 它結(jié)合了高速轉(zhuǎn)換以及 HEXFET 功率 MOS 管著名的強化設備的 設計 是設計者在許多應用一個非常高效和可靠的工具 由于所有的商業(yè)應用都要求了將近 50w 的功耗 所以 TO 220 的封裝廣受青睞 同 時 它較低的電阻損耗和小的封裝成本同樣也有利于它在工業(yè)中的廣泛應用 它的引腳 圖如下圖所示 基本參數(shù)如下表所示 圖 9 IRFR9540 實 物 圖 及 電 路 符 號 表 3 IRFR9540 參 數(shù) 說 明 表 最大額定參數(shù) 參數(shù) 單位 ID Tc 25 連續(xù)的漏極電流 VGS 10V 23 A ID Tc 100 16 IDM 脈沖漏電流 76 IDM 功耗 140 W 減小率 0 91 W VGS 電壓源電壓 20 V EAS 單脈沖雪崩能量 430 mJ IAR 雪崩電流 11 A EAR 雪崩能量 14 mJ dv dt 峰值恢復速率 5 V ns TJ 操作以及 儲存溫度 55 到 175 TSTG 10 秒的焊接溫度 300 4 ARM 主控板控制程序設計 4 1 開發(fā)板硬件環(huán)境初始化 開發(fā)板硬件環(huán)境初始化主要是針對 AT91SAM9263 嵌入式微處理器的初始化 包括 時鐘控制器初始化 定時器初始化 IO 口初始化 先進中斷控制器初始化 時鐘控制 器初始化決定 AT91SAM9263 的工作頻率 是首要的初始化工作 放在低級初始化函數(shù) AT91F LowLevelInit 中實現(xiàn) AT91SAM9263 有三個定時器 本軟件使用定時器 0 定 時間隔設置為 0 1s 用于主控流程的周期循環(huán)控制 使用 AT91SAM9263 的 PE7 引腳輸 出 PWM 控制信號 因此對 PE7IO 引腳初始化為基本 IO 輸出功能 AIC 控制器初始化 完成定時器 自身的中斷控制初始化 AT91SAM9263 的中斷控制是程序流程得以正確 執(zhí)行的關(guān)鍵驅(qū)動力 作用非常重要 AIC 控制器自身的中斷初始化放在 AT91F LowLevelInit 中實現(xiàn) 其他的片上外設中斷初始化隨各自初始化函數(shù)一起進行 需要說明的是 片上外設產(chǎn)生的中斷為一般中斷 IRQ 每一個片上外設在 AIC 控制器中 對應一個中斷源 ID 號 片上外設中斷初始化重點是對相應源向量寄存器的設置 片上 外設產(chǎn)生中斷后 AIC 控制器向微處理器發(fā)出 IRQ 中斷請求 微處理器響應中斷后 指 令跳轉(zhuǎn)到中斷向量地址 0 x0000001C 處執(zhí)行 ldr pc pc 0 xF20 指令 進而程序跳轉(zhuǎn)到絕 對地址 0 xFFFFF100 處 中斷向量寄存器 AIC IVR 的映射地址 裝載當前中斷源對應 中斷向量到程序計數(shù)器 實現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)到相應的中斷服務程序 在本軟件中 定時器 0 的中斷優(yōu)先級為 5 級 4 2 利用定時器實現(xiàn) IO 引腳的 PWM 信號輸出 本設計中 通過定時器產(chǎn)生中斷的方式 實現(xiàn)從 ARM 主控板輸出控制信號的目的 測試中 定時器的中斷時間分別設置為 2 秒 1 秒和 0 6 秒 另外 還編寫了一直輸出 3 3V 高電平的控制信號的程序 軟件程序的流程圖如下 A R M 主控電 路持續(xù)輸出 3 3 V 高電平 中斷控制信號 驅(qū)動電路 A R M 主控電 路持續(xù)輸出 2 秒 1 秒 0 6 秒高電平 中斷控制信號 驅(qū)動電路 圖 10 持續(xù)輸出 3 3V 高電平流程圖 圖 11 2 秒 1 秒和 0 6 秒輸出高電平流程圖 5 可靠性測試流程及結(jié)果 5 1 可靠性測試流程 本次測試中 電路所使用得電源為 12V 直流電源 通過升壓模塊 轉(zhuǎn)換成 24V 直 流電源 提供給驅(qū)動電路 在通電之前 先用萬用表檢測線路的正確性 特別注意電源 的正負極 電磁閥的正負極以及驅(qū)動電路的兩個電源輸入是否正確連接 通過 AXD 軟 件將定時器中斷程序燒寫到 ARM 主控板后 重新接通電源 打開車載模塊上的電磁閥 開關(guān) 觀察電路運行結(jié)果 測試電路連接圖如下所示 圖 12 測 試 電 路 連 接 圖 一 圖 13 測 試 電 路 連 接 圖 二 工作箱信號燈及電磁閥工作圖如下所示 圖 14 工 作 箱 信 號 燈 圖 15 電 磁 閥 工 作 圖 5 2 可靠性測試結(jié)果 本次測試一共進行了 4 中不同的控制信號測試 分別為 2 秒的方波 1 秒的方波 0 6 秒的方波以及持續(xù)輸出 3 3V 高電平 2 秒 1 秒和 0 6 秒的方波測試時間為 30 分鐘 持 續(xù)輸入高電平的測試時間為 60 分鐘 根據(jù)測試現(xiàn)象 當控制信號為 0 6 秒的方波時 電磁閥出現(xiàn)與頻率閃爍燈不同步的 情況 原因為方波高電平持續(xù)時間接近電磁閥上電的時間 而電磁閥掉電的動作時間遠 小于其上電的動作時間 導致電磁閥中的彈簧沒有充足的時間完成一個振動 而其余測 試結(jié)果均能達到電磁閥穩(wěn)定工作的要求 電磁閥的油路通斷與頻率閃爍燈基本一致 綜上 無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在 ARM 主控板和驅(qū)動電路控制下有 效地工作 電磁閥對長期通電和頻繁通斷具有較好的耐受性 參 考 文 獻 陳文良 謝斌 宋正河等 拖拉機電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究 農(nóng)業(yè)工程學報 2006 22 10 122 125 胡煉 羅錫文 趙祚喜等 插秧機電控操作機構(gòu)和控制算法設計 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2009 25 4 118 122 呂安濤 宋正河 毛恩榮 拖拉機自動轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制方法的研究 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2006 8 116 119 徐英慧 馬忠梅 王磊 王琳 ARM9 嵌入式系統(tǒng)設計 北京航空航天大學出版社 田海清 應義斌 張方明 農(nóng)業(yè)機械導航系統(tǒng)中自動控制技術(shù)的研究進展 農(nóng)業(yè)機械學報 2005 36 7 148 152 魏延富 高煥文 李洪文 基于電液伺服及反饋系統(tǒng)的拖拉機轉(zhuǎn)向控制研究 農(nóng)機化研究 2006 2 67 69 張智剛 插秧機的 DGPS 自主導航控制系統(tǒng)研究 D 廣州 華南農(nóng)業(yè)大學 2006 46 62 64 72 100 105 111 113 張智剛 羅錫文 周志艷等 久保田插秧機的 GPS 導航控制系統(tǒng)設計 農(nóng)業(yè)機械學報 2006 37 7 95 97 Q 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 錄 部分測試程序代碼 define SWITCHVALVE INDICATOR MASK 1 CKGR PLLBR AT91C CKGR USBDIV 1 AT91C CKGR OUTB 0 AT91C CKGR PLLBCOUNT AT91C CKGR MULB Wait until the master clock is established tmp 0 while AT91C BASE PMC PMC SR DBGU Initialisation Init Interrupt Controller AT91F AIC Open AT91C BASE AIC pointer to the AIC registers AT91C AIC BRANCH OPCODE IRQ exception vector AT91F UndefHandler FIQ exception vector AT91F UndefHandler AIC default handler AT91F SpuriousHandler AIC spurious handler 0 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 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 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 DBGU AT91F DBGU CfgPIO Configure DBGU AT91F US Configure AT91PS USART AT91C BASE DBGU DBGU base address AT91C MASTER CLOCK AT91C US ASYNC MODE mode Register to be programmed AT91C BAUDRATE 115200 baudrate to be programmed 0 timeguard to be programmed Enable USART DBGU RXRDY interupt AT91F US EnableIt AT91PS USART AT91C BASE DBGU AT91C US RXRDY Enable Transmitter AT91F US EnableTx AT91PS USART AT91C BASE DBGU added in v 1 1 AT91F US EnableRx AT91PS USART AT91C BASE DBGU void SwitchValvePort Init AT91F PIO CfgOutput AT91C BASE PIOE SWITCHVALVE INDICATOR MASK 定時器 0 初始化 frequency0 must be larger than 0 void timer0 init unsigned int frequency0 Begin First enable the clock of the TIMER AT91F PMC EnablePeriphClock AT91C BASE PMC 1 TC IER AT91C TC CPCS IRQ enable CPC AT91F AIC ConfigureIt AT91C BASE AIC AT91C ID TC012 TIMER INTERRUPT LEVEL AT91C AIC SRCTYPE INT HIG H LEVEL at91 ASM T01 handler AT91F AIC EnableIt AT91C BASE AIC AT91C ID TC012 Start timer0 and timer1 AT91C BASE TC0 TC RC 0 xFBC5 10 AT91C BASE TC0 TC RC AT91C SLOW CLOCK frequency0 SCLK x frequency x SCLK frequency AT91C BASE TC0 TC CCR AT91C TC SWTRG End void timer01 c irq handler AT91PS TC TC pt unsigned int dummy i Acknowledge TC0 interrupt status dummy AT91C BASE TC0 TC SR if dummy else SWITCHVALVE INDICATOR ONOFF 1 if timer0 monitor count 2 3 timer0 monitor count 0 timer0 monitor count 致 謝 在此對他們表示由衷的感謝 最后 感謝這么多年來辛辛苦苦將我養(yǎng)大成人的父母 還有親戚朋友以及所有幫助 過我的人 ag an employment tribunal clai Emloyment tribunals sort out disagreements between employers and employees You may need to make a claim to an employment tribunal if you don t agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly For more informu take advice from one of the organisations listed under Further help Employment tribunals are less formal than some other courts but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation Most people find making a claim to an employment tribunal challenging If you are thinking about making a claim to an employment tribunal you should get help straight away from one of the organisations listed under Further help ation about dismissal and unfair dismissal see Dismissal You can make a claim to an employment tribunal even if you haven t appealed against the disciplinary action your employer has taken against you However if you win your case the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal Remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened If your application is received after this time limit the tribunal will not usually accept i If you are worried about how the time limits apply to you If you are being represented by a solicitor at the tribunal they may ask you to sign an agreement where you pay their fee out of your compensation if you win the case This is known as a damages based agreement In England and Wales your solicitor can t charge you more than 35 of your compensation if you win the case you re clear about the terms of the agreement It might be best to get advice from an experienced adviser for example at a Citizens Advice Bureau To find your nearest CAB including those that give advice by e mail click on nearest CAB For more information about making a claim to an employment tribunal see Employment tribunals The lack of air up there Watch m Cay man Islands based Webb the head of Fifa s anti racism taskforce is in London for the Football Association s 150th anniversary celebrations and will attend City s Premier League match at Chelsea on Sunday I am going to be at the match tomorrow and I have asked to meet Ya ya Toure he told BBC Sport For me it s about how he felt and I would like to speak to him first to find out what his experience was Uefa has opened disciplinary proceedings against CSKA for the racist behaviour of their fans during City s 2 1 win Michel Platini president of European football s governing body has also ordered an immediate investigation into the referee s actions CSKA said they were surprised and disappointed by Toure s complaint In a statement the Russian side added We found no racist insults from fans of CSKA Age has reached the end of the beginning of a word May be guilty in his seems to passing a lot of different life became the appearance of the same day May be back in the past to oneself the paranoid weird belief disillusionment these days my mind has been very messy in my mind constantly Always feel oneself should go to do something or write something Twenty years of life trajectory deeply shallow suddenly feel something do it 一字開頭的年齡已經(jīng)到了尾聲 或許是愧疚于自己似乎把轉(zhuǎn)瞬即逝的很多個不同的 日子過成了同一天的樣子 或許是追溯過去 對自己那些近乎偏執(zhí)的怪異信念的醒悟 這些天以來 思緒一直很凌亂 在腦海中不斷糾纏 總覺得自己似乎應該去做點什么 或者寫點什么 二十年的人生軌跡深深淺淺 突然就感覺到有些事情 非做不可了 The end of our life and can meet many things really do 而窮盡我們的一生 又能遇到多少事情是 真正地非 做不可 During my childhood think lucky money and new clothes are necessary for New Year but as the advance of the age will be more and more found that those things are optional Junior high school thought to have a crush on just means that the real growth but over the past three years later his writing of alumni in peace suddenly found that isn t really grow up it seems is not so important Then in high school think don t want to give vent to out your inner voice can be in the high