一种拖拉机阻力检测结构的制作方法

本发明涉及农用机械领域，特别是涉及一种拖拉机阻力检测结构。

背景技术：

为了适应各种农具及其不同的作业条件，目前大多数轮式拖拉机上一般都采用三种调节方式：力调节、位调节、高度调节，近几年国外拖拉机还采用了扭矩调节、压力调节、综合调节。力调节是以维持拖拉机发动机负荷平稳为目的，用于调节农具的牵引力，是通过阻力控制系统来实现的，阻力控制系统是电液悬挂系统的一个非常重要的子系统。传统的拖拉机采用简单的液压装置作为农具提升的动力，控制部分为机械式，由驾驶员通过操纵手柄和一套杆件机构以位移量的形式输入信号，输出量则是通过弹簧、凸轮和力、位调节杠杆机构转换成的位移量，从而实现操纵主控制阀对农具位置的调整。机械控制的液压悬挂系统采用杆件和弹性元件，结构比较复杂，弹性元件的迟滞、机械摩擦和杆件的胀缩会影响调节性能，且由于受土壤条件的变化、液压悬挂机构的非线性等不确定因素的影响，传统液压悬挂机构的工作质量不高，因此造成了系统的精确控制模型的建立比较困难，且不利于实现拖拉机机组作业的自动化和智能化。目前，电液悬挂系统已取代拖拉机传统的液压悬挂机构。

但是目前电液悬挂系统的设置最主要的问题在于如何建立机械位移、以及拖拉机阻力情况到电信号的转换，即缺少一种拖拉机阻力检测结构，能够精确感应拖拉机所受到的阻力，更加精确地在阻力控制系统中实现反馈，进而使电液悬挂系统更加灵敏和精确地实现控制。

因此本领域技术人员致力于开发一种拖拉机阻力检测结构，能够精确感应拖拉机所受到的阻力，更加精确地在阻力控制系统中实现反馈，进而使电液悬挂系统更加灵敏和精确地实现控制。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种拖拉机阻力检测结构，能够精确感应拖拉机所受到的阻力，更加精确地在阻力控制系统中实现反馈，进而使电液悬挂系统更加灵敏和精确地实现控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种拖拉机阻力检测结构，包括剪切力感应外壳，所述剪切力感应外壳设置为圆销形状；所述剪切力感应外壳的内部设置有内孔；所述内孔中设置有压力传感器。

较优的，所述压力传感器包括励磁磁芯，所述励磁磁芯设置在所述内孔内部正对所述剪力集中区的位置，所述励磁磁芯左右两侧设置有感应磁芯，所述感应磁芯磁极所在纵向剖面与感应磁芯的磁极所在纵向剖面成90°；所述感应磁芯的磁极位于剪力集中区；所述励磁磁芯和感应磁芯形成圆柱形整体，与所述内孔紧密配合。

较优的，所述剪切力外壳中部设置有凹槽；所述励磁磁芯外部与所述感应磁芯之间设置有固定装置，所述固定装置包括励磁磁芯包围部和固定部，所述固定部与所述剪切力外壳起始端的固定凹槽相配合；所述剪切力外壳末端设置有倒角。

本发明的有益效果是：本发明提供的拖拉机阻力检测结构，能够精确感应拖拉机所受到的阻力，更加精确地在阻力控制系统中实现反馈，进而使电液悬挂系统更加灵敏和精确地实现控制。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。

图2是图1中b向剖视图。

图3是图1的阻力检测装置在电液悬挂系统的安装位置图。

图4是阻力检测装置的等效电路图。

图5是电信号输出控制电路组成图。

图6是电信号输出控制电路中前级电路硬件原理图。

图7是电信号输出控制电路中末级电路硬件原理图。

图8是电信号输出控制电路中基准源电压电路硬件原理图。

图9是电信号输出控制电路中复位及存储电路硬件原理图。

图10是电信号输出控制电路中信号放大与有效值变换硬件电路原理图。

图11是can报文发送流程图。

图12是can报文接收流程图。

图13是can数据的接收过程图。

图14是can通信链路的初始化。

图15是串口通信的收发流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1至图2所示，一种拖拉机阻力检测结构，包括剪应力外壳1，剪切力感应外壳1设置为圆销形状；剪切力感应外壳1的内部设置有内孔4；内孔4中设置有压力传感器5；压力传感器5包括励磁磁芯6，励磁磁芯6设置在内孔内部正对剪力集中区3的位置，励磁磁芯6左右两侧设置有感应磁芯7，感应磁芯7磁极所在纵向剖面与感应磁芯的磁极所在纵向剖面成90°；感应磁芯7的磁极位于剪力集中区；励磁磁芯6和感应磁芯7形成圆柱形整体，与内孔4紧密配合；剪切力外壳1中部设置有凹槽8；励磁磁芯6外部与感应磁芯7之间设置有固定装置9，固定装置9包括励磁磁芯包围部91和固定部92，固定部92与剪切力外壳1起始端的固定凹槽10相配合；剪切力外壳1末端设置有倒角。

由于传感器的输出信号与磁路中磁通量的变化有关，所以磁路的合理设计直接影响传感器输出信号的大小。磁路设计就是要尽量减少磁泄漏，提高电-磁转换效率，尽量避免器件工作过程中产生寄生磁场如电涡流产生的涡流磁场等，改善磁性材料所处磁场的均匀性等方面。所以压磁式力传感器的机构应紧密，材料磁特性变化应明显。

磁化强度的选择将影响传感器的灵敏度，所以根据铁磁材料的典型磁化特性曲线和磁导率与磁场强度的关系，选择磁化特性越敏感的区域，越有利于传感器。由于在传感器工作过程中，传感器受剪切力作用，被测材料的磁导率在拉压状态下既有增加又有减小区域，并且根据铁磁材料的磁化特性，外加励磁磁化强度最好不要大于材料的饱和磁化强度，否则，材料体现出体积的伸缩形变。所以磁场强度的选择应在最小磁导率和最大磁导之间且位于图中磁导率曲线变化趋势大的上升阶段。增大线圈线径可容许更大励磁电流通过，增加线圈匝数则可以增大磁化强度。

但是由于导磁材料物理结构的限制，通过的磁通量不可能无限增大，通过一定体积导磁材料的磁通量大到一定数量后，不管再增加电流或者匝数，磁通量都不再增加，这时导磁材料已达到磁饱和。所以在选择传感器的磁芯材料时，应考虑具有导磁率高、损耗小、磁化曲线的线段较宽、电阻率大、磁性稳定等性能的材料。磁芯采用层叠式磁芯，两层之间的适当空隙可以减少线圈的电感值，避免直流电令磁芯饱和，同时层叠式高电阻率磁芯可以防止涡流的产生或减少涡流造成的能量损失。

磁芯材料可以影响磁场的磁感应强度，所以选择合适的磁芯材料对于输出信号的强弱有一定的影响。初步筛选后，磁芯材料选择国内性能稳定的常用磁芯高电阻率材料铁镍合金和硅钢片，通过两种材料的进一步比较，铁镍合金的优点是在低磁场下有极高的磁导率和很低的矫顽力。铁镍合金的加工性好，可以制成各种形状复杂、尺寸要求精确的元件。相比硅钢片b30p110，铁镍合金1j85具有很高的初始磁导率，高电阻率，极低的矫顽力和很高的最大磁导率，对微弱信号反应灵敏，饱和磁感应强度低。根据两种材料的对比，本实施例可以选择坡莫合金1j85作为磁芯材料。

由于传感器磁极上缠绕的线圈在工作过程中会产生磁通边缘效应，即越靠近线圈两端的区域，磁感线越发散。磁感线发散不利于感应线圈感应磁通量变化，为了减小磁通边缘效应的影响，应尽量增加磁极端面尺寸，减小磁极间距。所以压磁式力传感器的内部结构和外部结构之间应配合紧密，励磁磁极和感应磁极之间距离不宜太远。

根据以上分析，励磁磁芯的基本结构尺寸与实物图如图3-3所示。励磁磁芯上缠绕直径为0.21mm的漆包线，共240匝。当励磁电流通过励磁线圈时，将产生一个大小随励磁电流变化的磁场，这个磁场的磁动势为

e0＝n0i0(3-1)

式中n0为励磁线圈匝数；i0为励磁电流。

感应磁芯的基本结构尺寸与实物图如图3-4所示。感应磁芯的每个感应磁极上缠绕90匝线径为0.11mm的漆包线线圈。当磁场发生变化时，感应线圈感应磁通量变化产生感应电动势。

传感器内部机构用硬塑料封装成一个整体，如固定两者的相对位置，如图1至图2所示，励磁磁芯磁极所在纵向剖面与感应磁芯的磁极所在纵向剖面成90°，内部结构整体做成圆柱形，与中心销内孔紧密配合，其装配图如图；内部励磁磁芯的磁极位于剪力集中区，感应磁极分别位于剪力集中区两边。图中的固定装置，封装内部元件的硬塑料体头部伸出一个定位凸起嵌入中心销头部边缘定位凹槽内。

如图2，未受力时，初级线圈两极之间形成一个对称磁场，中心销表面各段磁阻相等，通过感应线圈的磁通相等，由于线圈e1、e2反向串接，e3、e4反向串接，两组再正向串接，形成差动连接，所以磁通相互抵消，传感器输出为零；当轴受剪切力作用时，固有各向同性磁性材料的磁性就会发生变化，于是磁场就变成不对称，在其表面45°和135°方向产生拉应力和压应力。根据铁磁学，当钢铁材料的饱和磁致伸缩系数λs＞0，则在拉应力方向的磁弹性能最低，是易磁化方向，即磁导率增加，磁阻降低；而在压应力方向，磁导率减小，磁阻增大。因此，e1、e2、e3、e4处的φ值变化，则传感器有感应电压输出，通过对传感器的标定，可得出感应电压和应力的关系，从而可以根据牵引阻力的大小及变化来提升或降低提升器，以保持发动机负荷的稳定。

受拉时磁导率增加，磁阻降低，磁通增大；受压时，磁导率减小，磁阻增大，磁通减小。

如图4，根据力传感器的工作原理分析，可将传感器的磁路等效为图4所示的等效磁路。r1、r2、r3、r4分别为磁通流经四个感应磁极的磁阻(包括感应磁芯磁阻、感应磁极与被测表面气隙磁阻及相应被测表面段磁阻)，r5为被测材料表面不经过感应磁极的那一部分磁通的磁阻，r0为磁通流经励磁磁极的电阻。计算过程中，因流经r5的磁通φ5相对很小，所以忽略不计。

未对中心销施加力或静止时，由磁路对称可知φ1＝φ2＝φ3＝φ4，根据磁通连续性原理有φ0＝φ1+φ2+φ3+φ4，取一条闭合磁路为例。根据安培环路定理和磁路欧姆定律，有

e0＝n0i0＝r0φ0+r1φ1＝(4r0+r1)φ1(3-19)

式中

e0—磁动势；

r0、r1—分别为励磁磁极和感应磁极e1的气隙磁阻；

r0—封闭回路中励磁磁极的磁阻；

re1—封闭回路中感应磁芯的等效磁阻；

rc1o—封闭回路中被测表面e1—o2段磁阻；

rco1—封闭回路中被测表面o1—e2段磁阻。

磁阻与材料的磁导率关系为

式中

l—为磁芯与被测材料的磁路长度；

μ—为磁芯或被测材料的磁导率；

s—为磁芯或被测材料的磁路截面积。

将式3-21代入式3-20中得

式中

δ0—励磁磁极下的气隙；

δ1—感应磁极e1下的气隙；

μ0、μm、μc—分别为空气、磁芯、被测材料的绝对磁导率；

s0—励磁磁极端面投影和磁通在励磁磁极各截面面积；

s1—感应磁极端面投影和磁通在感应磁极各截面面积；

sc1o—磁通从感应磁极到励磁磁极o2端在被测表面流经的截面面积；

sco1—磁通从励磁磁极o1端到感应磁极在被测表面流经的截面面积；

n0—励磁线圈匝数；

l0、l1—分别为封闭磁路中励磁磁芯、感应磁芯的磁路长度；

lc1o—磁通从感应磁极到励磁磁极o2端在被测表面流经的磁路长度；

lco1—磁通从励磁磁极o1端到感应磁极在被测表面流经的磁路长度；

根据磁路的对称性，lco1≈lc1o，sco1≈sc1o，δ0≈δ1，令则

则

φ1＝kme0＝kmn0i0(3-24)

当中心销承受剪切力时，其表面45°和135°方向产生拉压应力，对应表面的磁导率分别增加δμc或减少δμc，则四感应线圈输出感应电压分别为+δu和-δu。

根据感应磁芯的对称性，e1线圈处流过φ1和φ2，φ1、φ2方向相反，且作用力如图时，μc1＝μc-δμc，μc2＝μc+δμc，φ1减少、φ2增加，则

由于拉压应力绝对值相等，且磁芯与轴为过渡配合关系，磁隙变化影响相对很小，可以将δ0看作常数，则e1线圈产生的感应电动势为：

同理

因感应线圈为差动连接，所以传感器的输出电压为：

当加载静态力时

此时，与被测材料的磁导率变化及电流导数有关。当传感器励磁电流为正弦信号i0＝i0sinωt时，传感器输出电压为：

进一步的，电信号输出控制电路包括主控制器、电源系统电路、通信系统电路、时钟系统电路、复位系统电路信号放大和信号有效值变换系统电路。

进一步的，电源系统电路包括前级电源电路和末级电源电路；前级电路实现24v电压向5v电压的转换；末级电路实现5v电压向3.3v电压的转换。

前级电路还实现将24v电压转化为15v；末级电路还实现将+15v电压转换为-15v电压。

进一步的，前级电路包括三端正电压稳压芯片和输出电压芯片；三端正电压稳压芯片采用l7815；输出电压芯片采用dcdc_s5；末级电路包括电荷泵电压反转器和低压差模拟电源；电荷泵电压反转器设置为icl7662cpa；低压差模拟电源设置为spx1117；电源系统电路还包括ad转换基准源电压电路，包括基准源电压输出芯片，基准源电压输出芯片设置为ad530art。

进一步的，时钟系统电路包括晶振频率为11.0592mhz的外部晶振；复位系统电路包括复位芯片，复位芯片设置为cat1021；信号放大和有效值变换系统电路包括仪用放大器；仪用放大器设置为ina114；信号放大和有效值变换系统电路包括a/d转换器；a/d转换器设置为ad736。

进一步的，通信系统电路包括以下的一种或几种，串口通信电路、can通信电路。

串口通信电路包括电平转换器、信号收发芯片；电平转换器采用rs-232；信号收发芯片采用sp3232；can通信电路包括can控制器，can控制器集成遵循can规范v2.0b的can协议；can控制器采用lpc2378。串口通信电路和can通信电路可以利用常规的电路实现，这里不再赘述。

本系统设计采用了philips公司的arm7-lpc2378微控制器作为主控芯片，该芯片不但能满足采集系统的控制和人机交互需求，而且具有强大的网络功能，能够实现系统要求的各种通信协议，同时其良好的可靠性，极大地保证了工业现场的应用的要求。

智能压磁式阻力传感器的控制系统硬件电路设计主要包括电源系统、时钟系统、复位系统和调试接口的设计、信号放大和信号有效值变换系统的设计，通讯系统的设计，控制系统硬件系统组成如5所示。

电源系统电路：由于输入电源直接来自拖拉机上的24v车载蓄电池，电路上外加二极管以保护电池极性。通过芯片变压，提供电压5v、3.3v，其中3.3v为lpc2378芯片的cpu操作电压和i/o操作电压以及电平转换器sp3232的工作电压，隔离的5v为外围接口电路使用。信号放大电路和信号有效值变换电路都需要一个±15v的参考电压，所以系统中还要设计一个±15v的电源电路，另外a/d转换电路设定一个3v的基准电压。lpc2378芯片引脚接口部分的供电采取了共地的方案，而数字地、模拟地和信号地先分隔各自走线，再用0欧姆电阻串联供地，有效地降低数字地上的高频噪声对模拟地和信号地的干扰。

本系统主要采用两级供电方式，即前级电源电路和末级电源电路，前级电源电路的功能是把蓄电池提供的24vdc电源电压转换为5vdc的电压，为下一级电压转换做好准备，同时也为系统中需要5vdc的元器件提供电源，同时24vdc电源电压转换为+15vdc；末级电源电路的功能是把5vdc的电源电压转换为3.3vdc为系统供电和把+15vdc电压转换为-15vdc为信号放大电路提供±15vdc的参考电压。

前级电源电路中选择输出+15vdc的三端正电压稳压芯片l7815和输出5v的dcdc_s5。lm7805是一种三端集成稳压器，它提高了整个控制系统的可靠性。所谓集成稳压器一般是指把经过整流的不稳定电压转换成为稳定的输出电压的集成电路。这类器件具有较好的电压调整特性、负载调整特性、抑制输入电压交流成分特性、温度稳定性和过热、过电流及安全工作区自动保护功能。前级电源电路的原理图如图6所示。

末级电路中选用电荷泵电压反转器icl7662cpa将+15vdc转换成-15vdc，低压差模拟电源spx1117将5vdc转换成3.3vdc，如图7所示。因为系统对电源电压的要求比较高，而且功耗不是很大，本系统电源选用低压差模拟电源spx1117，其特点为：输出电流大，输出电压精度高，稳定性高，且有一些替代产品可以与它直接替换，可减少采购风险。尽管spx1117允许的输入电压可达20v，但过高的电压使芯片的发热量上升，散热系统不好设计，同时影响芯片的性能。这样，就需要前级电路调整一下，前级的输出选择为5v。选择5v作为前级电压输出有两个原因，一是这个电压满足spx1117的要求，二是目前很多器件需要5v供电，这个5v就可以兼做前级和末级了。

时钟电路：系统的时钟电路，选择外部晶振的频率为11.0592mhz。使用11.0592mhz晶振可以使串口波特率更精确，同时能够支持arm7微控制器芯片内部的pll功能和isp功能。

复位系统电路：由于arm芯片的高速、低功耗和低工作电压导致其噪声容限较低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。为了保证任何情况产生稳定可靠的复位信号，本系统选择cat1021复位芯片，如图9所示，它具有手动复位的功能，其中wp为低/空时允许读写。cat1021包含1个精确的vcc监控测电路和2个开漏输出：reset和当vcc低于复位门槛电压时，reset引脚将变为高电平，将变为低电平。cat1021含有写保护管脚(wp)，如果wp连接高电平，则写操作被禁止。

jtag调试接口：在系统开发阶段可能会遇到很多问题，需要对程序、硬件进行调试测试。为了方便开发，设计了系统调试电路。通过该接口电路和ulink相连就可以进行仿真调试了。rtck引脚上接一个10k的下拉电阻，使系统复位后lpc2378的内部ulink接口使能，可以直接ulink仿真调试了。

信号放大和有效值变换系统电路：由于力传感器差动信号调节电路输出的模拟电压信号是电压差值，十分微小，lpc2378a/d模块的测量范围为0～3.3v，所以要对传感器输出的模拟电压信号进行信号放大处理并且将输出信号范围放大到控制器测量范围之内。如果采用标准的运算放大器不仅能放大信号两端的电压，而且也能放大任何直流信号、噪声和其它共模电压，因此有用的测量信号会被淹没在dc失调电压和噪声中。而采用仪用放大器可以很好地解决这个问题。仪用放大器的主要作用就是抑制放大共模dc电压或者抑制对两输入端共模的任何其他电压，同时放大差分信号电压，即两输入端之间的电压差。本设计采用美国burr-brown公司推出的精密仪用放大器ina114，ina114尺寸小，精度高，价格低廉，失调电压低(50μv)，漂移小(0.25μv/℃)，共模抑制比高(g＝1000时为50db)，只需一个外部电阻rg就可以设置1至10000之间的任意增益值g，其增益值与外部电阻的关系式为公式4-1。通过调节电阻rg把传感器的输出信号范围按照比例放大到0～3v。

本设计中放大后的信号经有效值变换电路后送入lpc2378内进行处理。测量交流信号有效值的一种常用方法是利用平均值响应的ac/dc转化电路，这种电路采用集成运放和二极管组成精密线性整流电路实现ac/dc的转换，电路简单，成本低。在科学实验和工程实际中，会遇到大量的非正弦波。为了实现对任意交流信号电压有效值的精密测量，而不必考虑被测波形的参数。可以采用真有效值转换技术，这种方法是根据真有效值的定义式，通过电路对输入交流电压进行“平方—求平均值—开平方”的运算而得到的，即不通过平均折算而是直接将交流信号的有效值按比例转换为直流信号。美国at公司的低价格真有效值—直流变换器ad736是非常典型的一种，ad736采用信号平方后积分的平均技术可以直接测得波形的真实有效值吗，并且测量灵敏度、精确度也大大改善。ad736转换精度为0.3％(ad736k经外部电路调整可达0.1％)，满量程电压为200mv，电源电压为+2.8v(-3.2v)～±16.5v，静态电源电流200μa。

ad736的连接电路如图10所示，传感器工作时，调节滑动变阻r9的阻值可以设置芯片ina114从1至10000之间的任意增益值，差动信号经过ina114放大后，经电容c23隔直，进入ad736芯片中进行交流有效值转换，最后以直流输出供入lpc2378芯片内。r20、vd1、vd2组成保护电路。r20取值越大，保护性能越好，但将使频率特性变坏，取r20为33kω。c24为ad736用于交流测量时必须外接的电容。平均电容c25的值直接影响ad736的低频特性，这里选择c25＝33μf。

arm-lpc2378内部集成有10bit的逐次逼近式a/d转换器，需要外部提供参考电压vref。a/d转换选用通道7，将模拟信号从lpc2378引脚ad0.7接入。压磁式智能力传感器输出的模拟信号经放大、整流、滤波后直接接入微处理器进行数模转换，不需要增加新的a/d转换芯片。

通信系统电路：通信系统共有两种方案，分别是串口通信方式和can通信方式。用户根据上位机信号通信类型选择对应的通信方式。方案一是智能压磁式阻力传感器通过串口通信方式与其他上位机通信。当智能传感器与其他控制器进行通信时，也可用uart直接数据交换。当智能传感器需要与pc机通信时，由于pc机串口是rs-232电平，则需要rs-232电平转换器sp3232满足通信要求，它有一个高效的电荷泵，工作电压为3.3v时只需0.1μf电容就可进行操作，电荷泵允许sp3232在+3.3v到+5v内的某个电压下发送符合rs-232的信号。sp3232芯片有2个驱动器和2个接收器，本设计中只需用1个驱动器和1个接收器。sp3232芯片的esd保护使得驱动器和接收器的管脚可承受±15kv人体放电模式和iec1000-4-2气隙放电模式。同时，它包含一种低功耗关断模式，该模式下器件的驱动输出和电荷泵被禁止，关断状态下，电源电流低于1μa。方案二是智能传感器与其他控制器的通信通过can接口实现。总线是cpu连接外部设备的通道，通常包括数据总线(databus)、地址总线(addressbus)和控制总线(controlbus)。地址总线负责向外部设备发送地址信息；控制总线负责发送信号控制外部设备读取或者写入信息；控制总线负责发送信号控制外部设备。总线的出现规范了cpu和外设之间的通信标准，简化了外部器件的设计。使用通用的总线可以有效降低开发成本。lpc2378的can控制器集成了一个完整的can协议(遵循can规范v2.0b)，可以完成物理层和数据链路层的所有功能。由lpc2378内置can控制器1的引脚can1rxd和can1txd，通过隔离总线收发器ctm1050t与can物理总线相连，它在内部集成了所有必须的电气元件，包括隔离电路、can收发器、电源电路以及esd总线保护器件，可以较多地避免由于浪涌、干扰引起的总线错误或元件故障。ctm1050t将can控制器的逻辑电平转换为can总线的差分电平，并且具有(dc2500v)隔离功能、esd保护功能及tvs管防总线过压。

本控制系统采用两套通讯方式供用户选择：串口直接通信与can通信，应用范围更广。can通讯程序包括：can控制器的初始化(如图14所示)、can的接收、can的发送。lpc2378can控制器是一个带有发送和接收缓冲器的串行接口，但它并不含有验收过滤器。验收过滤器是一个独立的模块，能够对所有can通道进行can标识符过滤。can控制器初始化主要是设置can的通信参数。需要初始化的can控制寄存器有：模式寄存器、时分寄存器、接收代码寄存器、屏蔽寄存器、总线定时寄存器、输出控制寄存器等。值得注意的是：此寄存器只能在can控制器处于复位状态下才可写访问。初始化子程序主要进行对lpc2378内置can控制器的设置和接收缓冲区的初始化。按照规定的通信协议，程序首先设置总线波特率，配置扩展帧方式。

can数据接收过程如图13所示，当can收发器检测到can总线上有数据时，can收发器把can总线上的差分电平信号转换成位流数据，经过错误管理器及位时序逻辑单元对位数据流和时序进行检查，再经过位流管理器把位流数据转换成字节数据并存放到接收缓冲器中，当一帧数据接收满了之后则由接收缓冲器产生数据接收中断(通知cpu已经接收到一帧新数据)，并将产生的各种状态通过改变状态寄存器的值来表示。

can报文接收流程图12如所示。报文的接收采用中断方式，在can初始化程序中完成can接收中断初始化之后，就可以通过中断服务程序来接收报文了。当接收一个帧，缓冲区被填满时，发生中断；或者发送完一个帧时，发生中断。在退出中断时必须消除中断地址，清除接收中断标志位，并且软件复位接收中断标志位。当读出数据时，要清空接收缓冲区，否则会连续产生中断。中断服务程序流程图请参考下文任务设计部分。

can发送流程如图11所示，发送数据程序把数据存储区中待发送的数据取出，组成信息帧，并将主机的id地址，填入帧头，再将信息帧发送到can控制器的发送缓冲区。然后启动can控制器的发送使能，发送的数据分别经过位流管理器(变成在总线上发送的二进制码)、错误管理逻辑(负责检测总线状态及发送是否出现错误)及位时序逻辑(管理数据在总线上的发送时序)、can收发器(负责把位流数据转换成can总线能够传输的差分电平)，这样就完成了一帧can数据的发送。信息从can控制器发送到总线是由can控制器自动完成的。

串行通信是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，从而大大降低了成本。lpc2378系列arm具有4个符合16c550工业标准的异步串行口uart0～3。通用异步收发器(uart)正是设备间进行异步串行通信的关键模块。它的重要作用如下：

①处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换；

②通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线(rx和tx)就可以完成通信过程。

串口直接通讯的程序包括：串口初始化，串口信号接收和发送。串口收发流程如图15所示，在本设计中，设置波特率功能令下位机和上位机同步，然后，判断串口是否接收到上位机发送的数据，如何串口接收到新数据，则产生接收中断，接收数据并进行相应处理，如果没有收到上位机发送的数据，则使用发送fifo，以查询的方式将已信号处理的a/d转换数据以字符串的形式发送。

智能传感器系统采用微控制器控制，使性能有大幅提高，尤其还具备了灵活适应各种不同应用场合的能力。当应用环境或使用要求改变时，例如根据现场特点设定不同的基准点或变更输出信号形式、选择不同的信号处理算法等等，由于微机控制的灵活性，通常无需改动硬件设计及控制程序，而只对传感器的系统组态设定及某些工作参数作相应的修改，就能使传感器很好地满足要求]。这样的特性使传感器的适用范围及通用性大为提高，微机控制的柔性特征进一步得到体现。

本课题采用外挂式人机对话方式实现智能位移传感器系统的重组态。采用ecu作为智能传感器的外挂式人—机对话装置，可以通过两者之间的can通讯或串口通信交换数据，实现传感器以人机对话方式进行系统组态。此外，它还可扩展带有对传感器进行ecu辅助数字化标定功能，更使系统组态能力大为提高。

当需要对传感器的系统配置(如串行通信的波特率、量程范围等)进行修改时，它通过选择的通信方式与ecu建立通讯，然后把传感器的原系统组态设置传送至ecu显示，操作者可在ecu上对这些设置反复修改。组态修改完毕，再把新的组态设置传回传感器并保存在非挥发存储器内的系统组态设置区。如还需标定，则ecu配合操作者命令传感器逐步完成标定，并把标定数据保存于非挥发存储器内。于是传感器将按该新的系统组态模式以及当前的标定设置工作直到下次修改系统组态或标定为止。

本课题最小系统的复位电路，选用的芯片是cat1021，cat1021内嵌有一个2k位的串行eeprom，传感器各种系统配置定义就存放在这里面，标定试验得到的关系曲线以网格的形式存放在里面，用于以后测量过程中的数据融合扩展计算。

如图3所示，当拖拉机工作时，下拉杆13对中心销施力，中心销在下拉杆与支承座11的分离面区域内承受最大剪切力作用，凹槽8用来放大剪应力承受外壳1的形变。同时，已输入励磁电流的励磁线圈产生磁场，根据磁性材料的相对磁导率变化和机械应力之间的关系，中心销受力时磁导率发生变化，磁通量也发生改变，感应线圈感应磁通量变化产生感应电动势。

工作时，销状传感器组装在农具下拉杆和拖拉机牵引壳体之间，当拖拉机运行时，土壤对农具的阻力通过拖拉机下拉杆对传感器集中区形成剪切力，使其产生剪切力和弯矩，这里的剪切力和弯矩使其磁导率发生变化，磁通量也发生改变，感应线圈与感应磁通量变化产生感应电动势，从而产生电信号，产生的电信号通过控制信号电路进行传输和处理，进而实现拖拉机阻力检测，使其能够精确感应拖拉机所受到的阻力，并且更加精确地在阻力控制系统中实现反馈。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。