[实用新型]通用变量作业控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及农机自动化及智能化领域，具体涉及一种用于农田播种、施肥、喷药等变量作业的通用变量作业控制器。 

背景技术

田间变量作业技术是精准农业的田间实现方法，也是体现精准农业思想和效果的关键步骤。田间变量作业技术根据农田内部各个区域作物生长环境的差异性，科学管理，因地制宜，按需变量投入，改变了传统的平均投入的田间管理方法，减少了肥料、农药等的田间投入量，节约了资源，最大限度的发挥了土壤、农药和肥料的利用率，提高了农产品的质量和安全性，增加了农民的经济收入，实现了农业生产的可持续发展。经过多年的发展，发达国家已经形成了精准播种、施肥、施药、灌溉、收获等技术体系，配套产品也相继开发、销售与应用。国内对于变量作业技术的研究和实践，主要以引进、消化吸收国外技术为主，且研究大部分局限于单一的变量作业领域，没有形成完整的变量作业系统，具有功能单一、通用性不强、可扩展性差和通信接口不规范等缺点。 

实用新型内容

为解决大田作业变量作业控制系统的功能单一、通用性不强、可扩展性差和通信接口不规范等缺点，本实用新型针对我国大田作物管理中常用农机具类型，设计了一种根据作业处方图、农机的行驶速度及其田间的位置精确地实现轮式农机行驶速度、气吸式变量播种、外槽轮式变量施肥、喷杆式变量喷药的控制器及其控制方法。 

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种通用变量作业控制器，包括： 

信号采集单元，输出端连接核心单元，用于采集变量作业过程中的作业状态信息； 

核心单元，输入端连接信号采集单元，输出端连接执行驱动单元，用于 

执行驱动单元，输入端连接核心单元，用于实现各种变量作业系统不同的执行机构的驱动； 

CAN通信单元，连接核心单元，用于与其他的变量作业系统通信。 

所述信号采集单元包括： 

脉冲信号调理模块，用于将四路不同幅值的脉冲信号经过光耦隔离和电压调整后所述核心单元的定时计数器的捕获输入端口进行测量； 

电流测量模块，包括万分之一精密电阻和运算放大器；通过万分之一精密电阻将电流信号转换为电压信号，经运算放大器将电压调整到所述核心单元的测量范围，由所述核心单元的模数转换器测量； 

电压测量模块，为集成运放，将电压放大或缩小到所述核心单元测量的电压范围内，由所述核心单元内部的模数转换器测量。 

所述核心单元由ARM9核心单元和电源模块构成ARM9最小系统； 

所述ARM9核心单元，包括基于32位ARM9内核的处理器、存储器扩展，用于根据作业状态信息得到相应的控制信号； 

所述电源模块，为PWM控制模式的异步DC-DC降压型稳压器，为ARM9核心单元和外围控制电路提供所需的5V、3.3V、12V电源电压。 

所述执行驱动单元包括推杆驱动模块、电磁阀控制模块、电机控制模块、电压输出模块； 

所述推杆驱动模块，包括电机驱动电路、信号调理电路、电位器和电动推杆；处理器通过ARM核心单元的I/O口控制电机驱动电路中的双全桥电机专用驱动芯片输出电流的大小和方向，电机驱动电路输出连接至电动推杆，控制电动推杆的推动方向；电动推杆的位置反馈信号连接到信号调理电路中，经过信号调理后，反馈信号输入至ARM核心单元的模数转换输入引脚上，由ARM处理器进行推杆位置的测量； 

所述电磁阀控制模块，包括缓冲电路、模拟开关电路、固态继电器和电磁阀；ARM核心单元输出的PWM信号，经过缓冲电路连接至模拟开关电路，模 拟开关电路将经过驱动能力增强的PWM信号输入固态继电器的控制端，固态继电器的输出端与电磁阀相连，通过控制固态继电器的吸合和开路，从而实现电磁阀的大开和关闭； 

所述电机控制模块，采用了外置的定时/计数芯片产生频率可调四路的脉冲信号来控制步进电机转速，同时通过I/O口控制电机转动方向，用于变量施肥播种系统中直流电机或步进电机的调速控制； 

所述电压输出模块，包括数字电位器和电压跟随器，数字电位器与ARM核心单元通过I²C接口相连，通过ARM核心单元控制数字电位器输出0-5V连续可变电压，并经过电压跟随器进行驱动增强后输出。 

所述PWM信号发生电路采用了外置的定时/计数芯片产生频率和占空比可调节的PWM脉冲信号。 

所述信号调理电路采用了具有三态输出的八路缓冲器电路1路信号分成6路、模拟开关电路控制各路PWM信号的通断，达林顿晶体管阵列增加驱动能力来驱动固态继电器进而控制电磁阀的开关。