激光平地機控制器的制作方法

專利名稱：激光平地機控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控制器，特別是涉及一種激光平地機控制器。
背景技術：
我國是農業大國，農業用水占全國用水量的75.3％，地面灌溉是我國農業灌溉的主要方法，改善農田平整狀況，可以大大提高農田灌溉水利用率。
土地平整方法包括常規平地方法和激光控制平地方法。常規平地方法采用的設備有推土機、鏟運機和刮平機，具有土方運移量大、平地費用相對較低的特點，適合于地面起伏較大、原始平整程度較差的農田粗平作業，可以改變農田的宏觀地形。
由于平地效果主要取決推土機和刮平機的施工精度，受設備自身缺陷和人工操作的影響，常規平地方法達到一定平整精度后很難進一步提高。激光控制平地技術是利用激光束參照平面作為非視覺控制手段，代替常規平地設備操作人員的目測判斷能力，自動控制液壓調節系統實現平地鏟的升降，達到精細平整土地的目的。它的應用能大幅度提高土地平整精度，其接收系統的靈敏性至少比人工視覺判斷和平地機上操作人員的手動液壓調節系統準確10-50倍。激光控制平地作業效率較高，適宜在常規粗平的基礎上完成農田表面精平，進一步改善農田的平整精度。
現有技術中，激光平地機中的控制器都采用模擬電路實現其功能，精度不容易控制，也不利于功能擴展
實用新型內容
本實用新型的目的在于針對激光平地機中的控制器所存在的缺點或不足提供一種激光平地機控制器。本實用新型采用微處理器系統實現智能控制，工作效率高，性能穩定，易于功能擴展，方便操作。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的一種激光平地機控制器，包括控制面板、外殼和硬件電路；所述硬件電路包括輸入信號處理電路、微處理器系統、第一輸出單元、第二輸出單元、互鎖電路、第一繼電器電路、第二繼電器電路和向硬件電路提供電源的電源電路。
所述的微處理器系統包括一單片機單元及與單片機單元連接的看門狗電路；所述輸入信號處理電路的信號輸出端與所述單片機單元的信號輸入端連接；所述單片機單元通過兩根信號線分別與第一輸出單元、第二輸出單元連接。
所述的互鎖電路的信號輸入端分別與第一輸出單元、第二輸出單元的信號輸出端連接，其信號輸出端與繼電器驅動電路的信號輸入端連接；所述繼電器驅動電路信號輸出端分別與第一繼電器電路、第二繼電器電路的信號輸入端連接；所述的第一繼電器電路、第二繼電器電路的信號輸出端與液壓系統連接。
所述單片機單元的CPU為嵌入式芯片AT89S51，所述看門狗電路由MAX813作為看門狗芯片，所述MAX813的第5引腳PFO懸空，第6、7引腳WDI、RESET分別連接所述AT89S51的第28引腳P2.7和第9引腳RESET。
所述的指示燈驅動電路采用三極管9013作為指示燈的驅動元件，所述繼電器驅動電路采用三極管9013作為繼電器的驅動元件，所述的第一、第二繼電器電路包括固態繼電器SSR和由電阻、電容串聯后再和壓敏電阻并聯構成的保護電路。
所述互鎖電路，包括一片74LS04、一片74LS32和一片第一74LS08、一片第二74LS08；第一74LS08的第1引腳和第5引腳分別和AT89S51的25引腳P2.4連接和24引腳P2.3；第一74LS08的2、4引腳連接74LS04的第8引腳；第一74LS08的第3、6引腳分別連接74LS32的1、4引腳；第二74LS08的1引腳連接74LS32的3引腳和74LS04的1引腳；第二74LS08的5引腳連接74LS32的6引腳和74LS04的3引腳；第二74LS08的2引腳連接74LS04的4引腳。
所述電源電路采用電源穩壓電路，由三端穩壓芯片LM317構成穩壓電路。
本實用新型還包括與指示燈連接的指示燈驅動電路，所述的指示燈驅動電路的信號輸入端與單片機單元連接。
本實用新型具有自動/手動、粗平/精平切換開關，手動信號通過開關的切換可以與自動信號一起輸入所述的第一、第二輸出單元實時地參與控制。
激光接收器通過4根信號線和2根電源線和本實用新型的控制器連接，控制器通過2根信號線輸出控制信號。
與現有激光平地機中的控制器相比，本實用新型有以下優點1、采用AT89S51作為系統的CPU，該芯片不僅具有MCS51系列微處理器的所有特性，而且片內集成有2K字節的電擦除閃存(Flash ROM)。該芯片可以方便地對來自激光接收器的信號進行處理，然后輸出兩路控制信號。該芯片具有豐富地硬件資源，通過適當更改程序，可以方便地進行功能擴展。
2、采用看門狗電路使系統工作更加穩定，由于本實用新型工作環境惡劣，為防止環境中各種干擾使系統死機或程序跑飛的現象發生，設計了看門狗電路，可以有效地避免上述現象的發生，使系統工作穩定。
3、硬件互鎖電路可以在硬件上保證兩路輸出信號只有一路為高電平，防止出現兩路輸出同時為高電平而損壞液壓系統的情況發生。
4、使用方便，本發明采用簡潔實用的操作面板設計，具有電源開關、手動/自動、手動上升/手動下降切換開關，操作者可以容易地進行操作。
由上述方案可知，本實用新型采用微處理器系統實現智能控制，工作效率高，性能穩定，精度高，可與相應的激光發射器和激光接收器配套組成激光控制系統，進行旱田或水田平地作業，且本實用新型價格低廉，操作方便，適合我國農村小地塊同時能配套中小馬力拖拉機使用。


圖1為本實用新型原理框圖；圖2為本實用新型軟件流程圖；圖3為本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
以下，通過實施例并參考附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
參見圖1為本實用新型原理框圖，本實用新型的硬件電路接收從激光接收器發送出的信號，該信號經過輸入信號處理電路的處理后傳向單片機單元，單片機單元根據接收到的信號進行判斷并發出兩路控制信號，兩路控制信號分別經第一、第二輸出單元，再經過互鎖電路、繼電器驅動電路，分別控制第一繼電器、第二繼電器，第一繼電器、第二繼電器接到控制信號后控制液壓系統產生動作。
同時通過自動/手動切換開關的切換，手動信號可以分別經第一、第二輸出單元實時地參與控制。將自動/手動切換開關撥到手動位置，通過分壓作用，結合參見圖3，74LS04第9引腳輸入為高電平，74LS04第8引腳則輸出低電平，又由于74LS04第8引腳和第一74LS08的第2和第4引腳連接，因此，可以屏蔽來自AT89S51的第24、25引腳的輸出信號。將自動/手動切換開關撥到手動位置，通過分壓作用，第一74LS08的第10、12引腳輸入為高電平，則通過撥動手動上升/手動下降開關，經電阻的分壓作用，第一74LS08的第9、13引腳輸入為高電平，則第一74LS08的第8或11引腳輸出為高電平，達到手動控制的目的。單片機單元發出的狀態信號經指示燈驅動電路控制指示燈顯示地面的高度情況和控制器的工作狀態。
本實用新型的自動/手動切換功能包括手動/自動，粗平/精平，手動上升/手動下降切換，通過扳動面板上的切換開關，可以實現上述功能的切換。
參見圖2為本實用新型的軟件流程圖，控制器工作時，系統首先進行初始化，然后判斷有無位置信號輸入，若無信號輸入則返回繼續判斷，若有信號輸入則判斷該位置信號是否有錯，若信號有錯則返回，若信號正確則查表，然后根據查表結果，輸出控制信號對液壓系統進行控制，最后驅動指示燈顯示地面的高度情況和本實用新型控制器的工作狀態。
AT89S51的第1、2、3、4引腳(P1.0、P1.1、P1.2、P1.3)接收來自接收器的信號，信號分別代表地面太高、較高、高、平、低、較低、太低，AT89S51收到信號后，利用查表的方法判斷出信號含義，分別作出相應的處理。如接收到的不是上述信號，則判斷為有錯誤，返回接收下一周期的信號。
圖3是本實用新型電路原理圖，CPU采用美國ATMEL公司生產的AT89S51單片機。該芯片不僅具有MCS51系列單片機的所有特性，而且片內集成有2K字節的電擦除閃存(FlashROM)，價格低，目前性能價格比較高的單片機芯之一。
本控制器采用單片機的內部振蕩器外加石英晶體構成時鐘源，晶體振蕩頻率選為12MHz。
本實用新型共使用了AT89S51的10個I/O，具體使用情況如下P1.0接LM339的1引腳，同時通過4.7K電阻和5V電源相連；P1.1接LM339的2引腳，同時通過4.7K電阻和5V電源相連；P1.2接LM339的15引腳，同時通過4.7K電阻和5V電源相連；P1.2接LM339的16引腳，同時通過4.7K電阻和5V電源相連；P2.0、P2.1、P2.2通過兩級9013三極管和指示燈連接，作為指示燈的控制信號。
P2.3、P2.4和第一74LS08芯片的5、1引腳相連，通過互鎖電路后，經三極管9013功率放大，通過固態繼電器作為控制信號輸出。
P2.7和MAX813的6引腳WDI連接，作為看門狗芯片的輸入信號。
控制器中看門狗電路采用MAX公司的MAX813芯片，該芯片可提供200ms的復位脈沖。在程序跑飛1.6s后，看門狗將復位單片機，使其重新啟動。另外，MAX813還具有電源欠壓保護功能。其第5引腳PFO懸空，第6、7引腳WDI、RESET分別連接AT89S51的第28引腳P2.7和第9引腳RESET。
控制器中互鎖電路由一片74LS04、74LS32和兩片74LS08(為區別，分別標為第一74LS08、第二74LS08)組成互鎖電路。這樣，可以在硬件上保證兩路輸出信號只有一路為高電平，防止出現兩路輸出同時為高而損壞液壓系統的情況發生。第一74LS08第1引腳和第5引腳分別和AT89S51的25引腳P2.4和24引腳P2.3連接。第一74LS08的2、4引腳連接74LS04的第8引腳。第一74LS08的3、6第引腳分別連接74LS32的1、4引腳。第二74LS08的1引腳連接74LS32的3引腳和74LS04的1引腳。第二74LS08的5引腳連接74LS32的6引腳和74LS04的3引腳。第二74LS08的2引腳連接74LS04的4引腳。
來自激光接收器的信號是高電平為5V，低電平為2V的脈沖信號，而單片機需要的邏輯0為0V TTL電平，所以需要對信號進行處理，系統采用了LM339四輸入電壓比較器，LM339集成塊內部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是1)失調電壓小，典型值為2mV；2)電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；3)對比較信號源的內阻限制較寬；4)共模范圍很大，為0--(Ucc-1.5V)Vo；5)差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6)輸出端電位可靈活方便地選用。經比較器電路處理后，信號為高電平5V，低電平OV的脈沖信號。由LM339芯片構成信號處理電路，其1、2、15和16引腳分別連接AT89S51的1、2、3和4引腳P1.0、P1.1、P1.2和P1.3。其6、8、10、13引腳分別和激光接收器連接。
本實用新型對繼電器和指示燈(額定電壓12V)的驅動采用9013三極管進行驅動。
進行操作時，先連接信號輸入線、電源線和信號輸出線。打開電源開關，根據情況選擇手動或自動方式，如采用手動方式，可以通過撥動手動上升/手動下降進行上升或下降控制。
控制器使用非常簡單，操作步驟如下步驟一、連接系統首先用信號線連接控制器與接收器，將電源線與12V直流電源相連，將兩路輸出信號連接液壓閥。輸出的航空接口(控制器上共有3個航空接口，分別連接電源線、來自激光發射器的信號線和輸出到電磁閥的輸出信號線)，信號線另一端連接控制器。
步驟二、打開控制面板上的電源開關；步驟三、根據實際需要選擇自動/手動開關；步驟四、如果上一步選擇了手動，則根據實際需要選擇上升或下降開關。
最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種激光平地機控制器，包括控制面板、外殼，其特征在于，還包括硬件電路；所述硬件電路包括輸入信號處理電路、微處理器系統、第一輸出單元、第二輸出單元、互鎖電路、第一繼電器電路、第二繼電器電路和向硬件電路提供電源的電源電路；所述的微處理器系統包括一單片機單元及與單片機單元連接的看門狗電路；所述的輸入信號處理電路的信號輸出端與所述單片機單元的信號輸入端連接；所述單片機單元通過兩根信號線分別與第一輸出單元、第二輸出單元連接；所述的互鎖電路的信號輸入端分別與第一輸出單元、第二輸出單元的信號輸出端連接，其信號輸出端與繼電器驅動電路的信號輸入端連接；所述繼電器驅動電路信號輸出端分別與第一繼電器電路、第二繼電器電路的信號輸入端連接；所述的第一繼電器電路、第二繼電器電路的信號輸出端與液壓系統連接。
2.根據權利要求1所述的激光平地機控制器，其特征在于，還包括指示燈及與指示燈連接的指示燈驅動電路，所述的指示燈驅動電路的信號輸入端與單片機單元連接。
3.根據權利要求1或2所述的激光平地機控制器，其特征在于，還包括自動/手動、粗平/精平切換開關，手動信號通過開關的切換可以與自動信號一起輸入所述的第一、第二輸出單元實時地參與控制。
4.根據權利要求3所述的激光平地機控制器，其特征在于，所述單片機單元的CPU為嵌入式芯片AT89S51，所述看門狗電路由MAX813作為看門狗芯片，所述MAX813與AT89S51連接。
5.根據權利要求1或2或4所述的激光平地機控制器，其特征在于，所述的指示燈驅動電路采用三極管9013作為指示燈的驅動元件。
6.根據權利要求5所述的激光平地機控制器，其特征在于，所述繼電器驅動電路采用三極管9013作為繼電器的驅動元件。
7.根據權利要求1或2或4或6所述的激光平地機控制器，其特征在于，所述的第一繼電器電路包括固態繼電器SSR和由電阻、電容串聯后再和壓敏電阻并聯構成的保護電路，所述保護電路串接在固態繼電器SSR的信號輸出端。
8.根據權利要求7所述的激光平地機控制器，其特征在于，所述的第二繼電器電路包括固態繼電器SSR和由電阻、電容串聯后再和壓敏電阻并聯構成的保護電路，所述保護電路串接在固態繼電器SSR的信號輸出端。
9.根據權利要求8所述的激光平地機控制器，其特征在于，所述互鎖電路，包括一片74LS04、一片74LS32和一片第一74LS08、一片第二74LS08；第一74LS08分別與AT89S51、74LS04、74LS32連接；第二74LS08分別與74LS32、74LS04連接。
10.根據權利要求1或2或4或6或8或9所述的激光平地機控制器，其特征在于，所述電源電路采用由三端穩壓芯片LM317構成的電源穩壓電路。
專利摘要本實用新型公開了一種激光平地機控制器，包括控制面板、硬件電路和外殼，硬件電路包括輸入信號處理電路、微處理器系統、指示燈驅動電路、互鎖電路、第一輸出單元、第二輸出單元、繼電器驅動電路、第一繼電器電路、第二繼電器電路、電源電路和自動/手動、粗平/精平切換開關；微處理器系統包括一單片機單元及與其連接的看門狗電路，激光接收器經輸入信號處理電路與單片機單元連接，第一、第二繼電器電路信號輸出端分別與液壓系統連接。本實用新型采用微處理器系統實現智能控制，工作效率高，性能穩定，可與相應的激光發射器和激光接收器配套組成激光控制系統，進行旱田或水田平地作業。
文檔編號A01B63/00GK2699634SQ2004200499
公開日2005年5月18日 申請日期2004年4月26日 優先權日2004年4月26日
發明者司永勝, 林建涵, 劉剛, 王定成, 姚嵐, 羅益芳, 汪懋華, 劉志春, 方建卿, 張淼 申請人:中國農業大學