【文章內容簡介】 閥門可能只是部分地轉移。為了保證全覆蓋的轉變，把按鈕要充分擴展和保持這個位置?；謴驼０昴すδ埽粹o，順時針旋轉 180176。 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 液壓轉向系統測試電路設計 本次設計的測試電路由 3 個部分組成，分別是 ARM 主控電路、驅動電路和電磁閥。 9 其中 ARM 主控電路的功能是輸出 PWM 控制信號。驅動電路的作用是放大 PWM 控制信號，以達到驅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 公司生產的 SV1031N24VDC 電磁閥。電路的原理圖如下。 A R M 主 控電 路P W M 信 號驅 動 電 路驅 動 電 流電 池 閥 圖 6 液壓轉向系統測試電路原理框圖 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的 SBC6300X 開發(fā)板。開發(fā)板包括兩個部分，分別為主板（ 94*）和核心板（ 52*52mm）。開發(fā)板的實物圖及總體系統結構框圖如下圖所示： 圖 7 SBC6300X 開發(fā)板實物圖 SBC6300X開發(fā)板 CPU規(guī)格 處理器： AT91SAM9263， ARM926EJSTM ARM 處理器 － 擴展 DSP 指令， ARM Jazelle 技術提供了 Java 加速功能 10 － 16K 字節(jié)數據緩存， 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 ，支持調試信道 － 中等規(guī)模的嵌入式宏單元結構，附加的嵌入式存儲器 － 128K 字節(jié)片內 ROM,最大總線速率下單周期訪問 － 80K 字節(jié)片內 SRAM，最大處理器或總線速率下單周期訪問 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 存儲接口 SD card SDIO 模式，支持熱插拔 電源 輸入電源 寬電壓范圍 8~20V，默認提供 12V電源輸入 輸出電源 5V和 Vin 輸入輸出接口 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 ，排針引出 AD轉換接口 8路 12bitAD轉換輸入接口，輸入參考電壓可外引入，默認參考電壓 5V 通用接口 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 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、電源開關面板接口 其它 看門狗控制器 內置 實時時鐘 外擴精準 RTC，板載可充電鈕扣電池 11 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 處理器 CPU Atmel AT91SAM9263, ARM9,200MHz 存儲器 SDRAM 64MB NandFlash 128MB EEPROM 2Kb 其它 LED 1 個 LED 系統狀態(tài)指示 核心板尺寸： 52*52mm ，主連接器使用： tyco 51790304 驅動電路 測得二位三通電磁閥的內部線圈電阻為 歐姆，施加 24V 電壓，線圈通電電流為：。驅動電路輸入為 ARM 主控板輸入的 PWM 信號，分為兩種，一種是 的持續(xù)高電平信號，另一種為周期為 1S，占空比為 50%的 方波信號。電路分別需要 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： Q06IRFR9540R132KD05FR104LED03LEDR151K5GNDQ05NPNGNDR1410KR1210K2KR11D3V3controlBallvalve24Vin 圖 8 驅動電路原理圖 12 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，使得 硅片的導通阻值極低。它結合了高速轉換以及 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 TO220 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，基本參數如下表所示。 圖 9 IRFR9540 實物圖及電路符號 表 3 IRFR9540 參數說明表 最大額定參數 參數 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 W/℃ VGS 電壓源電壓 177。 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 13 4 ARM 主控板控制程序設計 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AT91F_LowLevelInit()中實現。 AT91SAM9263 有三個定時器，本軟件使用定時器 0， 定時間隔設置為 ，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)行的關鍵驅動力，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；其他的片上外設中斷初始化隨各自初始化函數一起進行。需要說明的是， 片上外設產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，指令跳轉到中斷向量地址0x0000001C 處執(zhí)行 ldr pc, [pc,0xF20]指令， 進而 程序跳轉到絕對地址 0xFFFFF100 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器，實現程序跳轉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 。 利用定時器實現 IO 引腳的 PWM 信號輸出 本設計中，通過定時器產生中斷的方式，實現從 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 秒。另外，還編寫了一直輸出 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 動 電 路 ARM主控電路持續(xù)輸出2秒、高平中斷控制信號驅動電路 圖 10 持續(xù)輸出 高電平流程圖 圖 11 2 秒、 1 秒和 秒輸出高電平流程圖 14 5 可靠性測試流程及結果 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，轉換成 24V 直流電源，提供給驅動電路。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，觀察電路運行結果。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 15 可靠性測試結果 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、 秒的方波以及持續(xù)輸 出 高電平。 2 秒、 1 秒和 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。 根據測試現象，當控制信號為 秒的方波時，電磁閥出現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向系統能夠在 ARM 主控板和驅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。 16 參 考 文 獻 陳文良，謝斌，宋正河等 .拖拉機電控液壓動力轉向系統的研究 .農業(yè)工程學報 ， 2022，22(10):122125 胡煉，羅錫文，趙祚喜等 . 插秧機電控操作機構和控制算法設計 [J]. 農業(yè)工程學報， 2022，25(4):118122. 呂安濤 ， 宋正河 ， 毛恩榮 . 拖拉機自動轉向最優(yōu)控制方法的研究 [J]. 農業(yè)工程學報 , 2022(8):116119. 徐英慧，馬忠梅，王磊，王琳 . ARM9 嵌入式系統設計 .北京航空航 天大學出版社 田海清，應義斌，張方明 .農業(yè)機械導航系統中自動控制技術的研究進展 .農業(yè)機械學報，2022， 36(7):148152 魏延富，高煥文，李洪文 .基于電液伺服及反饋系統的拖拉機轉向控制研究 .農機化研究，2022， (2):6769 張智剛 .插秧機的 DGPS 自主導航控制系統研究 [D] .廣州：華南農業(yè)大學， 2022， 4662，6472， 100105， 111113 張智剛，羅錫文，周志艷等 .久保田插秧機的 GPS 導航控制系統設計 .農業(yè)機械學報， 2022，37(7):9597 Q. Zhang, D. Wu, . Reid, . Benson. Model recognition and validation for an offroad vehicle electrohydraulic steering controller. Mechatronics, 2022, 12:845858 17 附 錄 部分測試程序代碼 define SWITCHVALVE_INDICATOR_MASK (17) define SWITCHVALVE_INDICATOR_ONOFF(x) (x?((*AT91C_PIOE_SODR)|=SWITCHVALVE_INDICATOR_MASK):((*AT91C_PIOE_CODR)|=SWITCHVALVE_INDICATOR_MASK)) void AT91F_LowLevelInit() { ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Test PMC Initialization. /////////////////////////////////////////////////////////////////