引言

　　谷物聯合收獲機的作業性能指標，主要包括總損失率、破損率和含雜率等。脫粒與分離滾筒是谷物聯合收獲機的重要工作部件。脫粒與分離滾筒由高速旋轉的滾筒和固定的弧型凹板配合，使谷物從滾筒與凹板之問通過，經脫粒元件的打擊、揉搓、碾壓和梳刷，通過破壞谷粒與穗軸的連接力而實現脫粒。故在作物條件一定時，脫粒質量的好壞主要取決于脫粒滾筒轉速和凹板間隙。在一般情況下，凹板間隙越小，滾筒轉速越大，脫粒效果越好，但破碎率反而會增加。反之，在凹板間隙較小且轉速較低的情況下，雖然可以減少破損率，但很容易出現脫不凈、秸稈多等現象[1]。因此要達到脫粒干凈、谷粒破碎少、秸稈長度大、并且盡可能的將脫下的谷粒全部從凹板中漏下來的脫粒效果，對凹板間隙的調節是必不可少的。

　　本文設計了一款聯合收獲機凹板間隙自動調節系統，其中調節系統包括控制器、凹板間隙檢測部分、凹板間隙調節機構。

　　1 系統設計

　　本研究針對凹板結構，采用四點同步調節法進行對凹板間隙的調節，及針對聯合收獲機凹板結構安裝四個線性驅動器，通過構建CAN總線控制節點，對四個點的線性驅動器進行同步控制，從而實現凹板間隙的調節。

　　系統采用美國Microchip公司生產的PIC18F25K80微控器。該芯片集成CPU和時鐘、“看門狗”、A/D轉換、定時/計數和I/O等模塊。片上自帶ECAN模塊，ECAN 模塊是一個通信控制器，實現了BOSCH 規范中定義的CAN 2.0A 或B 協議，該模塊具有以下特性：實現了CAN協議CAN 1.2、CAN 2.0A和CAN 2.0B，支持DeviceNetTM數字字節過濾器，支持標準數據幀和擴展數據幀， 0-8 字節數據長度，最高1 Mb/s 的可編程比特率，并帶有SPI，USART，TIMER等多種外設資源[2]。其控制系統結構示意圖如圖1所示。

　　1.1 聯合收獲機凹板間隙機構電控設計

　　聯合收獲機凹板間隙大小的控制結構由線性驅動器來實現，通過控制驅動器電機的旋轉來推動推桿，從而對凹板間隙進行控制。采用電位計的信號做為反饋信號，構建閉環速度控制系統。其控制流程框圖如圖2所示。

　　采用的線性驅動器(放大器)適用于要求特殊的領域，相比普通PWM開關型伺服驅動器，其特點是：驅動平滑、無力矩紋波、無電磁開關噪音、高帶寬、并可驅動超小電感量的電機。線性驅動器采用鋁合金材質，結構設計緊密、重量輕、采用直流電機齒輪減速，內置微動開關，可實現行程走完自動停止，并且內置電位器，可實現行程可控， 24V供電，轉矩1500N?m，最大電流5A。

　　針對直流電機的特性設計了一種基于BTS7960芯片的電機驅動電路，BTS7960是應用于電機驅動的大電流集成芯片。它由一個P溝道的高邊MOSFET和一個N溝道的低邊MOSFET結合一個集成的驅動IC形成了能經受大電流通過的H橋。由于有了P溝道高邊開關，省去了電荷泵，因此減小了電磁干擾(EMI)。BTS7960內部集成的驅動IC使其和微控制器的接口變得非常容易，并且具有邏輯電平輸入、電流檢測診斷、斜率校正、死區時間產生和過溫、過壓、欠壓、過流及短路保護的功能[3]。兩塊BTS7960能夠進行連接構成H全橋。BTS7960通態電阻的典型值為16毫歐，驅動電流可達43A，完全符合驅動本文選用電機的要求。以BTS7960設計的電機驅動器的特點有：具有信號指示和電源指示;轉速可調;抗干擾能力強輸入全光電隔離;內部具有續流保護;可單獨控制一臺直流電機;PWM脈寬平滑調速(可使用PWM信號對直流電機調速);可實現正反轉;此驅動器壓降小，電流大，驅動能力強。其電機驅動電路如圖3所示。

　　2 CAN通信模塊

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/271644.htm

　　本系統選用TJA1050芯片作為CAN收發器設計的智能節點，該芯片提供了CAN控制器與物理總線之間的接口以及對CAN總線的差動發送和接收功能，跟光耦TLP113共用，實現信號的隔離。TJA1050 符合ISO 11898 標準，因此它可以和聯合收獲機上其他遵從ISO 11898 標準的收發器產品協同操作[4-5]，其硬件設計如圖4。

　　3 軟件設計

　　為了達到程序的簡單明了、易于閱讀、調試方便、采樣率高及可靠性好的目的，采用結構化的程序設計方法。本研究采用的是MAPLAB IDE V8.76作為控制系統的軟件作為開發環境，并采用Hitech公司開發的PICC編譯器進行編寫、調試和編譯程序。主要介紹CAN模塊以及PWM模塊的初始化程序，具體實現如下：

　　////////// CAN /////////////
　　/////Fosc=10MHz，
　　/////CAN Baud 250K,Tbit=4uS,BRP = 0x01
　　////TQ = [2*(1+BRP)]/Fosc=400ns
　　////Nominal Bit Rate = 10TQ,Sync_Seg=1TQ,Prog_Seg=3TQ,Phase_Seg1=3TQ,Phase_Seg2=3TQ
　　////SJW = 1TQ
　　voidCAN_Init(void)
　　{
　　TRISB &= 0xFB; ///設置CANTX/RB2輸出
　　TRISB |= 0x08; ///設置CANRX/RB3輸入
　　/////
　　ECANCON = 0; //模式0
　　CANCON = 0x80; //請求配置模式
　　while((CANSTAT & 0x80) == 0) //是否進入配置模式
　　{
　　NOP();
　　}
　　BRGCON1 = 0x01; //SJW = 1TQ,BRP = 0x01,TQ=(2*2)/Fosc波特率控制寄存器1
　　BRGCON2 = 0x92; //Prog_Seg = 3TQ,Phase_Seg1 = 3TQ 波特率控制寄存器2
　　BRGCON3 = 0x42; //Phase_Seg2 = 3TQ 波特率控制寄存器3
　　///設置發送郵箱0標識符號
　　TXB0CON = 0x03; //設置為最高優先級TXPRI=11
　　TXB0SIDH = 0x80; //設置發送緩沖器0的標準標識符
　　TXB0SIDL = 0x40; //SID10:SID0=0x281 0x50 0x20 ;0x181 0x30 0x20
　　TXB0DLC = 0x08; //TXRTR = 0,設置數據長度為8個字節
　　///設置接收郵箱0的標識符和初始化數據
　　RXB0CON = 0x20;
　　////初始化接收濾波器0和接收屏蔽，
　　RXF0SIDH = 0x80;
　　RXF0SIDL = 0x40;
　　RXM0SIDH = 0xFF;
　　RXM0SIDL = 0x00;
　　RXF0EN = 1;
　　////
　　CIOCON = 0x20;
　　/////
　　CANCON = 0x00; /////請求進入正常操作模式
　　while((CANSTAT & 0xE0) != 0) ////是否進入正常模式
　　{
　　NOP();
　　}
　　//////
　　PIR5 = 0x00; ////清所有中斷標志
　　PIE5 = 0x01; ////使能接收緩沖器0的接收中斷
　　IPR5 = 0x01; ////設置優先級
　　}

　　unsignedintg_period =1023; //250;
　　unsignedintg_dutywidth =1000; //200(20%)-1000(97.6%);
　　///////////////////////////
　　////////InitPWM////////////
　　voidInitPWM(void)
　　{
　　RODIV3 = 0;
　　RODIV2 = 0;
　　RODIV1 = 1;
　　RODIV0 = 1;
　　TRISC6 = 0;
　　TRISC7 = 0;
　　T2CKPS1 = 1;
　　T2CKPS0 = 0;
　　TMR2ON = 1;
　　PR2 = g_period;
　　CCPR4L = (g_dutywidth>>2)&0x00ff;
　　DC4B1 = (g_dutywidth>>1)&0x01;
　　DC4B0 = g_dutywidth&0x001;
　　CCP4CON =CCP4CON|0X0F;
　　CCPR3L = (g_dutywidth>>2)&0x00ff;
　　DC3B1 = (g_dutywidth>>1)&0x01;
　　DC3B0 = g_dutywidth&0x001;
　　CCP3CON =CCP3CON|0X0F;
　　}

　　4 試驗結果及分析

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　　為了測試設計電路的可行性，對電路進行了輸入輸出實驗。利用微控制器PIC18F25K80的PWM模塊對驅動電路輸入常用的1KHz、40%占空比的方波對電機進行控制。從波形圖中可以看出，BTS7960驅動電路能夠較好地跟蹤輸人信號的變化，不僅波形完整穩定，并且能夠把單片機輸出沒有驅動能力5V驅動PWM信號放大至能夠驅動電機的24V電壓，能夠用于線性驅動器的電機驅動，實現聯合收獲機凹板間隙的調節。

　　為了驗證控制系統的可行性，將其安裝在聯合收獲機上進行田間試驗,其現場安裝實物圖如圖6所示。經過多次試驗結果顯示其對凹板間隙的調節精度在5%以內。

　　5 結束語

　　本文設計的一款聯合收獲機凹板間隙自動調節系統，通過自帶有CAN模塊的PIC18F25K80作為微控制器，搭配TJA1050 CAN收發器，構成CAN總線節點，具有很高的性價比和可靠性，而且功耗低、布線簡潔。完成了同步控制線性驅動器通訊設計要求，并且設計的基于BTS7960芯片的電機驅動電路，達到了精確控制線性驅動器的效果，同樣達了試驗要求，其控制精度達到5%以內。通過了試驗室和室外試驗的驗證，該系統具有很好的實用性。

　　參考文獻:
　　[1]李媛媛,孫曙光.凹板間隙對谷物聯合收獲機作業性能影響的試驗研究[J].裝備制造技術，2009,(3):3
　　[2]Microchip Technology Inc.PIC18F25K80 Data Sheet [EB/OL] http://ww1.microchip.com/downloads/cn/DeviceDoc/39977C
　　[3] BTS7960 high current PN half bridge。Infineon DataSheet.Revl.1.[Z].2004
　　[4]DATA SHEET. TJA1050 High-Speed CAN Transceiver[M]. Philips Semiconductors, 2001
　　[5]李真花，崔健.CAN總線輕松入門與實踐[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2011