劉春旭　單愛軍　蘆磊

摘 要：聯(lián)合收割機在作業(yè)時經(jīng)常由于喂入量的變化、作物含水量的不同以及篩板間隙調(diào)整不當?shù)戎T多原因造成發(fā)動機、軸流滾筒等關(guān)鍵工作部件的轉(zhuǎn)速低于正常數(shù)值，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)措施，就會造成物料堵塞或其它機械故障，影響收割作業(yè)的正常進行。因此設(shè)計一款以單片機為核心的智能監(jiān)視報警裝置，可以對多達8路的轉(zhuǎn)速信號進行監(jiān)測，配備了行進速度、電瓶電壓、機油壓力狀態(tài)檢測等實用功能，同時根據(jù)用戶的使用習(xí)慣對控制軟件的智能化程度進行了優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合收割機;轉(zhuǎn)速;報警器;智能

中圖分類號：S225文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.013

0 引言

聯(lián)合收割機是農(nóng)業(yè)機械中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、科技含量較高、制造工藝水平要求很嚴的產(chǎn)品，而正是由于其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在使用過程中經(jīng)常由于各種外部原因或調(diào)整、操作不當，造成各種各樣的故障。其中以滾筒堵塞故障最為常見，其故障原因主要有作物太濕、太密，雜草多，行走速度過快，脫粒間隙小，滾筒轉(zhuǎn)速低，傳動皮帶打滑，發(fā)動機輸出功率不足，逐稿輪和逐稿器打滑不轉(zhuǎn)等。

為了減少上述故障對作業(yè)的影響，就需要對幾個關(guān)鍵運轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速進行監(jiān)測，一旦某一路或幾路轉(zhuǎn)速低于預(yù)先設(shè)定的報警閾值時，立刻發(fā)出報警提示，駕駛員可以根據(jù)具體情況采取減慢車速、加大油門或停車檢查等不同措施。

本文對一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的聯(lián)合收割機多路智能轉(zhuǎn)速報警器的硬件設(shè)計進行了詳細介紹，同時對控制軟件的主要功能模塊以及智能化優(yōu)化設(shè)計進行了簡要說明。

1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 轉(zhuǎn)速傳感器的選用

轉(zhuǎn)速傳感器選用LJ2A3-2-Z/BX接近開關(guān)，NPN常開信號輸出、檢測距離2 mm，供電電壓為直流6～36 V。這種傳感器具有性能可靠、便于安裝和調(diào)整、抗干擾性強、能耐受灰塵、適用范圍廣以及價格低廉等優(yōu)點，非常適用于本產(chǎn)品的應(yīng)用場合。

1.2 顯示終端

為了降低制造成本，顯示終端采用液晶屏結(jié)合PCB背板的設(shè)計方案。同時在PCB外露面采用環(huán)氧樹脂封裝固化，以避免電路板過孔以及電子元件管腳裸露可能引起的短路問題，同時也可以避免用戶私拆本產(chǎn)品。

同樣出于成本考慮，液晶屏選用了武漢中顯公司的SDWe043T04T，其主要性能參數(shù)如表所示。

PCB背板的厚度為2.0 mm，以提高產(chǎn)品外殼的機械強度。在PCB上集成了STC12C5A60S2單片機作為終端的控制核心。該單片機是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾，且指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的新一代8051單片機，但運行速度快8～12倍。其主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1） 工作電壓：3.5～5.5 V;

（2） 工作頻率范圍：0～35 MHz;

（3） 用戶應(yīng)用程序空間：60 KB;

（4） 片上RAM容量：1280 B;

（5） 通用端口數(shù)量：44個;

（6） 具有EEPROM功能;

（7） 具有看門狗功能;

（8） 集成外部掉電檢測電路。

環(huán)氧樹脂選用水晶滴膠，先將A組份和B組份膠按比例混合，再按0.5%比例（重量比）加入黑色色膏進行攪拌，可以起到遮蓋電路板走線、過孔以及電子元件管腳的目的。然后在水平放置狀態(tài)下進行涂裝，經(jīng)過24 h固化后即可。完成封裝的顯示終端如圖所示。

1.3 附加功能

為了滿足作業(yè)要求，除了轉(zhuǎn)速檢測以外，顯示終端還需要增加以下的功能。

（1） 行進速度（距離）檢測。該功能是通過檢測與驅(qū)動輪存在固定傳動比例關(guān)系的傳動軸的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合驅(qū)動輪的外徑計算得出的。由于機型的不同，需要用戶設(shè)置正確的“計米比例”參數(shù)。

（2） 糧倉倉滿狀態(tài)檢測。該功能是通過紅外對射式傳感器實現(xiàn)的，傳感器安裝在糧倉頂部，當糧食達到預(yù)定存量后，紅外傳感器的接收端被遮擋，從而發(fā)出“糧倉倉滿”信號。

（3） 機油壓力狀態(tài)檢測。該功能是通過機油壓力開關(guān)實現(xiàn)的，屬于開關(guān)量信號輸入，為了防止外界干擾信號串入單片機系統(tǒng)，采用TLP521光電耦合器進行了光電隔離。

（4） 電瓶電壓檢測（12 V/24 V機型通用）。該功能是通過STC12C5A60S2單片機片內(nèi)集成的A/D轉(zhuǎn)換功能實現(xiàn)的。由于電瓶電壓最高可達28 V左右，因此采用了電阻分壓電路，同時并接5.1 V穩(wěn)壓管進行保護。

2 軟件設(shè)計

2.1 主要軟件功能模塊

（1） 主輔參數(shù)分時顯示模塊。由于顯示區(qū)域有限，因而采用輪流顯示的方式。

（2） 參數(shù)設(shè)置模塊。針對不同的機型，可以設(shè)置不同的報警閾值。

（3） 發(fā)動機功率狀態(tài)顯示模塊。根據(jù)發(fā)動機當前轉(zhuǎn)速與設(shè)定報警閾值的比值計算并顯示。

（4） 用戶信息注冊模塊。每一個終端對應(yīng)唯一的注冊碼，為產(chǎn)品的售后工作提供了技術(shù)保障。

2.2 軟件智能化的優(yōu)化設(shè)計

用戶調(diào)查表明，機手對此類報警器產(chǎn)品反響最大的兩個缺陷分別是“誤報警”和“參數(shù)設(shè)置繁瑣”。針對上述問題，對控制軟件的智能化程度進行了優(yōu)化設(shè)計。

（1） “作業(yè)狀態(tài)”自動識別功能。當所有參與作業(yè)的任意一個部件的轉(zhuǎn)速進入正常范圍后，即判定機器進入“作業(yè)狀態(tài)”，此后如果任意一個作業(yè)部件的轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的報警閾值，就會發(fā)出報警提示。

（2） 發(fā)動機狀態(tài)識別功能。該功能可以根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的不同，區(qū)分為“高速”和“低速”兩種狀態(tài)。在“高速”狀態(tài)時，當任意一個作業(yè)部件的轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的報警閾值時，就會發(fā)出報警;而在“低速”狀態(tài)時，只要作業(yè)部件的轉(zhuǎn)速不為零，就不會發(fā)出報警。這一功能完美地解決了同類產(chǎn)品普遍存在的“收油門誤報警”的技術(shù)難題。

（3） “一鍵設(shè)置”功能。當機器處于正常作業(yè)狀態(tài)時，機手可以通過一次按鍵操作就能完成所有的參數(shù)設(shè)置，且具有數(shù)據(jù)掉電保護功能，設(shè)置參數(shù)不會丟失。其控制邏輯是將正常工況下各個被監(jiān)測轉(zhuǎn)速的數(shù)值進行記錄，此后如果轉(zhuǎn)速低于該數(shù)值的若干比值（可設(shè)定），即判定為故障。該功能極大地減少了機手在參數(shù)設(shè)定時的工作量，同時也避免了“參數(shù)錯誤輸入”的現(xiàn)象。由于合理的參數(shù)是隨著作物種類、不同地塊、環(huán)境濕度、作物含水量不同而變化的，在使用過程中要求用戶隨時逐個調(diào)整參數(shù)設(shè)定是十分繁瑣且不合理的，而該功能很好地解決了這個問題。

3 結(jié)論

由于上述報警器在設(shè)計時充分考慮了用戶的實際使用要求，將單片機的可編程和智能化的特性加以充分利用，從而使產(chǎn)品具備了技術(shù)先進、功能實用、物美價廉等諸多優(yōu)點。經(jīng)過近3年的實際應(yīng)用和多輪的技術(shù)改進，現(xiàn)已小批量試銷數(shù)百臺，得到了用戶的一致好評。

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