专利名称：果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于单片机技术在机械传动控制领域中的应用，具体是一种基于单片 机和无级变速器的果园精量喷雾风扇转速控制装置。
背景技术：
现有技术中，农用车载式果园喷雾机采用手动换挡方式调节液压无级变速器阀 门，进而改变液压马达风扇的单位时间进油量，从而实现改变风扇转速。通过手动换挡这种 方法主要存在两种缺陷1.风扇转速调节只有强和弱两个方向进行调节，操作者完全根据 自己的操作经验来改变风扇转速，从而适应不同稠密度的果园植物喷雾或施药；2.通常农 用车载式果园喷雾机，液压泵是采用车发动机传动的，当发动机转速发生变化时，通过手动 换挡调节液压马达风扇转速是不准确的。传统农用车载式喷雾机，由于第二种缺陷的存在，使得以往的技术如专利 93206603. 8机械式无级调速装置和93207614. 9自动机械式无级调速装置，都是采用的纯 机械机构控制方法，不能够实现精确控制液压马达风扇转速。
发明内容为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明创造提供一种基于单片机和液压无 级变速器的果园喷雾风扇转速精确控制装置。本实用新型技术方案如下一种果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，包括控制单元、执行机构和转速 传感器，所述转速传感器用于采集液压马达风扇的转速信号，转速传感器的输出端经F/V 和A/D转换连接控制单元的输入端；所述控制单元的信号输出端连接执行机构的控制信号 输入端；所述控制单元上还连接有显控单元；其特征是所述执行机构包括无级变速器和电 机及其驱动电路；电机驱动电路的输入端即为执行机构的控制信号输入端，电机驱动电路 驱动电机，电机的转子连接驱动输出机构，该输出机构连接所述无级变速器的阀门控制端。所述输出机构是齿轮齿条结构，该结构包括主齿轮和与主齿轮同步动作的齿条， 以及滑槽和软轴；主齿轮与所述电机的转子连接，同步转动；齿条沿滑槽运动；所述软轴的 一端与齿条连接，并与齿条同步沿滑槽运动；所述无级变速器的阀门控制端是无级变速器 的阀门杆，所述软轴的另一端连接该阀门杆。所述齿轮齿条结构还包括限位装置，限制装置包括辅助齿轮、挡块和接触开关；所 述辅助齿轮与所述主齿轮以及齿条啮合；挡块设在辅助齿轮的轮盘上，与辅助齿轮同步运 动，角速度相同；所述接触开关设在挡块的运动路径上；所述接触开关的输出端通过A/D转 换连接所述控制单元的输入端。所述挡块包括开启挡块和关闭挡块，所述接触开关对应设有阀门关闭限位开关和 阀门完全开启限位开关；所述阀门关闭限位开关和阀门完全开启限位开关的按钮方向相反 设置；在开启挡块和关闭挡块的运动路径上，初始状态下关闭挡块先与阀门关闭限位开关 接触；所述阀门杆使得阀门完全开启时，开启挡块转动到与阀门完全开启限位开关接触位置；所述阀门杆使得阀门关闭时，关闭挡块转动到与阀门关闭限位开关接触位置。所述显控单元包括数码显示器和速度调节旋钮；数码显示器的视频信号输入端连 接所述控制单元的输出端；速度调节旋钮的输出端通过A/D转换连接控制单元的输入端。所述控制单元是以单片机为核心的电路。所述电机是步进电机。所述阀门杆上还连接弹簧；弹簧作用在阀门杆上的力与软轴作用在阀门杆上的力 方向相反；所述软轴的两端之间还设有软轴撑杆。本实用新型的原理是，转速传感器安装于液压马达风扇上，将转速传感器信号线 通过F/V和A/D电路连接到单片机I/O输入端，并且通过单片机输出端将实时转速在数码 管(即所述数码显示器)上显示出来，数码管阵列安装于转速调节器(即所述速度调节旋 钮)正上方；转速调节器安装于农用车载式果园喷雾机驾驶室控制面板上，通过外围电路 提供电源，经过A/D电路连接到单片机I/O输入端；极限位置检测包括液压无级变速器阀门 关闭位置检测和阀门完全开启位置检测，其采用限位开关通过A/D电路分别连接到单片机 I/O输入端；单片机通过I/O输出端输出具有时序的方波作为步进电机的控制信号，时序信 号连接到步进电机驱动电路，步进电机驱动电路输出口连接到步进电机脉冲输入端；步进 电机通过轴连接到齿轮齿条机构，齿轮齿条机构包括主齿轮、辅助齿轮、齿条、滑槽，其中主 齿轮与辅助齿轮相啮合，辅助齿轮依靠转轴支撑，转轴安装于固定在齿轮齿条执行机构外 壳上的轴承里，辅助齿轮上安装了用于极限位置检测的两个挡块，齿条末端通过软轴与液 压无级变速器阀门杆连接；在齿轮齿条执行机构内部安装了液压无级变速器阀门关闭位置 限位开关和阀门完全开启位置限位开关。本发明创造的有益效果是本装置可以精确调节液压马达风扇转速，替换以前依 靠操作者感觉进行调节的手动换挡调节方式。单片机控制的液压马达风扇转速精确控制装 置，能够根据转速调节器给定的转速与实时传回的液压马达风扇转速进行比较，当风扇转 速低于设定值时，单片机控制外围齿轮齿条执行机构增加无级液压变速器阀门开启量，当 风扇转速高于设定值时，则减小无级液压变速器阀门开启量，并且不断的循环这一过程，直 到风扇转速稳定于设定转速值。由于整个控制装置为闭环控制方式，可以动态补偿发动机 转速变化引起风扇转速变化，使其稳定为设定值，达到风扇转速精确控制目的。这样操作者 可以非常直观的控制液压马达风扇转速，克服了以往机械机构控制方式的不确定性。本实用新型特别适用于农用车载式喷雾机针对种植中小型果树的果园、城市树木 绿化带等场合进行精量喷雾喷药。
图1为实施例的整体结构示意图。图2为实施例的执行机构的结构示意图。图3为实施例的显控单元的结构示意图。图4为实施例的电路原理示意图。图5为现有技术中的液压马达风扇液压控制油路示意图。
具体实施方式
一种果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，包括控制单元、执行机构和转速 传感器，所述转速传感器用于采集液压马达风扇的转速信号，转速传感器的输出端经F/V 和A/D转换连接控制单元的输入端；所述控制单元的信号输出端连接执行机构的控制信号 输入端；所述控制单元上还连接有显控单元；其特征是所述执行机构包括无级变速器和电 机及其驱动电路；电机驱动电路的输入端即为执行机构的控制信号输入端，电机驱动电路 驱动电机，电机的转子连接驱动输出机构，该输出机构连接所述无级变速器的阀门控制端。所述输出机构是齿轮齿条结构，该结构包括主齿轮和与主齿轮同步动作的齿条， 以及滑槽和软轴；主齿轮与所述电机的转子连接，同步转动；齿条沿滑槽运动；所述软轴的 一端与齿条连接，并与齿条同步沿滑槽运动；所述无级变速器的阀门控制端是无级变速器 的阀门杆，所述软轴的另一端连接该阀门杆。所述齿轮齿条结构还包括限位装置，限制装置包括辅助齿轮、挡块和接触开关；所 述辅助齿轮与所述主齿轮以及齿条啮合；挡块设在辅助齿轮的轮盘上，与辅助齿轮同步运 动，角速度相同；所述接触开关设在挡块的运动路径上；所述接触开关的输出端通过A/D转 换连接所述控制单元的输入端。所述挡块包括开启挡块和关闭挡块，所述接触开关对应设有阀门关闭限位开关和 阀门完全开启限位开关；所述阀门关闭限位开关和阀门完全开启限位开关的按钮方向相反 设置；在开启挡块和关闭挡块的运动路径上，在开启挡块和关闭挡块的运动路径上，初始状 态下，关闭挡块先与阀门关闭限位开关接触；所述阀门杆使得阀门完全开启时，开启挡块转 动到与阀门完全开启限位开关接触位置；所述阀门杆使得阀门关闭时，关闭挡块转动到与 阀门关闭限位开关接触位置。所述显控单元包括数码显示器和速度调节旋钮；数码显示器的视频信号输入端连 接所述控制单元的输出端；速度调节旋钮的输出端通过A/D转换连接控制单元的输入端。所述控制单元是以单片机为核心的电路。所述电机是步进电机。所述阀门杆上还连接弹簧；弹簧作用在阀门杆上的力与软轴作用在阀门杆上的力 方向相反；所述软轴的两端之间还设有支撑杆，用于支撑软轴。
以下结合附图和实施例，对本实用新型进一步的描述，但其不代表为本发明创造 的唯一实施方式。图1注释说明齿轮齿条机构1，软轴2，软轴撑杆3，阀门杆4，弹簧5，液压无级变 速器6 ；图2注释说明单片机控制电路盒7，步进电机8，安装壳体9，主齿轮10，主齿轮转 轴11，辅助齿轮12，辅助齿轮转轴13，轴承14，阀门完全开启位置限位挡点(即所述开启挡 块)15，阀门完全关闭位置限位挡点(即所述关闭挡块)16，阀门关闭限位开关17，阀门完全 开启限位开关18，齿条滑槽19，齿条20，软轴固定孔21，接线孔22 ；图3注释说明风扇转速显示数码管阵列(即所述数码显示器)23，风扇转速调节 器24，刻度盘25，速度调节旋钮(即所述速度调节旋钮)26 ；图4注释说明外围输入部分27，信号转换部分28，单片机控制器29，齿轮齿条执 行机构30，液压马达风扇无级变速油路部分31 ；图5注释说明油箱32，液压泵33，液压无级变速器34，滤油器35，液压马达风扇36，第一溢流阀37，第二溢流阀38，第三溢流阀39，第一止回阀40，第二止回阀41，流量控制 阀42，油箱43。参考图1，齿轮齿条执行机构1通过软轴2穿过软轴撑杆3，连接到液压无级变速 器6上的阀门杆4，阀门杆4在弹簧5的作用下处理复位状态(阀门完全关闭)。参考图2，步进电机8驱动主齿轮转轴11带动主齿轮10旋转，主齿轮10与辅助齿 轮12相啮合，辅助齿轮12的转轴13安装在轴承14里，轴承14安装在壳体9内，辅助齿轮 12与齿条20相啮合，阀门完全开启位置限位挡点15和阀门完全关闭位置限位挡点16安装 在辅助齿轮12上，软轴固定孔21用于固定软轴一端，接线孔22用于连接外围电路的接线 口。在单片机控制电路盒7中主要包括单片机、外围F/V电路、A/D电路、步进电机驱动电 路。当阀门完全关闭位置限位挡点16碰撞到阀门关闭限位开关17时，表示当前液压无级 变速器6阀门已经完全关闭。当阀门完全开启位置限位挡点15碰撞到阀门完全开启限位 开关18时，表示当前液压无级变速器6阀门已经开启。图2中，阀门完全开启位置限位挡 点(即所述开启挡块)15和阀门完全关闭位置限位挡点(即所述关闭挡块)16所在位置是 初始状态下，它们所在的位置。参考图3，风扇转速调节器24上有刻度盘25、速度调节旋钮26和风扇转速显示数 码管阵列23。通过调节速度调节旋钮26，可以实现风扇转速精确控制，并且实时转速在风 扇转速显示数码管阵列23显示出来。参考图4，单片机控制的液压马达风扇风速精确控制装置主要由外围输入电路部 分27、信号转换电路部分28、单片机控制器29、齿轮齿条执行机构30、液压马达风扇无级变 速油路部分31组成。外围输入电路部分27主要包括转速检测电路、转速调节电路、关闭限 位电路、完全开启限位电路；信号转换电路部分28主要包括F/V转换电路和A/D转换电路； 单片机控制器29选用51单片机；齿轮齿条执行机构30主要包括步进电机驱动电路、步进 电机、齿轮齿条机构；液压马达风扇无级变速油路部分31主要包括液压无级变速器、液压 马达风扇以及液压泵和油箱等组成。通过调节转速调节器设定当前风扇转速，与此时检测 到的转速，将两信号通过信号转换电路部分28，作为单片机29的输入，输出不同的脉冲序 列来实现控制步进电机的正反转，从而实现液压无级变速器阀门的开启程度，最终液压马 达转速得到精确控制。关闭限位电路和完全开启限位电路主要起到齿轮齿条执行机构保护 作用，防止齿轮齿条执行机构到达极限位置还继续运行，导致电机长时间处理阻塞状态，而 损坏步进电机。参考图5，现有技术中液压马达风扇液压控制油路部分，液压泵33通过车上发动 机驱动，采用单片机控制的液压马达风扇风速精确控制装置，实现在发动机转速变换时，动 态补偿液压马达风扇36的转速，实现风扇转速精确控制。第一溢流阀37、第二溢流阀38， 第三溢流阀39、第一止回阀40、第二止回阀41，流量控制阀42，主要起油路保护作用。
权利要求一种果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，其特征是包括控制单元、执行机构和转速传感器，所述转速传感器用于采集液压马达风扇的转速信号，转速传感器的输出端经F/V和A/D转换连接控制单元的输入端；所述控制单元的信号输出端连接执行机构的控制信号输入端；所述控制单元上还连接有显控单元；所述执行机构包括无级变速器和电机及其驱动电路；电机驱动电路的输入端即为执行机构的控制信号输入端，电机驱动电路驱动电机，电机的转子连接驱动输出机构，该输出机构连接所述无级变速器的阀门控制端。
2.根据权利要求1所述的果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，其特征是所述输 出机构是齿轮齿条结构，该结构包括主齿轮和与主齿轮同步动作的齿条，以及滑槽和软轴； 主齿轮与所述电机的转子连接，同步转动；齿条沿滑槽运动；所述软轴的一端与齿条连接， 并与齿条同步沿滑槽运动；所述无级变速器的阀门控制端是无级变速器的阀门杆，所述软 轴的另一端连接该阀门杆。
3.根据权利要求2所述的果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，其特征是所述齿 轮齿条结构还包括限位装置，限制装置包括辅助齿轮、挡块和接触开关；所述辅助齿轮与所 述主齿轮以及齿条啮合；挡块设在辅助齿轮的轮盘上，与辅助齿轮同步运动，角速度相同； 所述接触开关设在挡块的运动路径上；所述接触开关的输出端通过A/D转换连接所述控制 单元的输入端。
4.根据权利要求3所述的果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，其特征是所述挡 块包括开启挡块和关闭挡块，所述接触开关对应设有阀门关闭限位开关和阀门完全开启限 位开关；所述阀门关闭限位开关和阀门完全开启限位开关的按钮方向相反设置；在开启挡 块和关闭挡块的运动路径上，初始状态下关闭挡块先与阀门关闭限位开关接触；所述阀门 杆使得阀门完全开启时，开启挡块转动到与阀门完全开启限位开关接触位置；所述阀门杆 使得阀门关闭时，关闭挡块转动到与阀门关闭限位开关接触位置。
5.根据权利要求1所述的果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，其特征是所述显 控单元包括数码显示器和速度调节旋钮；数码显示器的视频信号输入端连接所述控制单元 的输出端；速度调节旋钮的输出端通过A/D转换连接控制单元的输入端。
6.根据权利要求1所述的果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，其特征是所述控 制单元是以单片机为核心的电路。
7.根据权利要求1所述的果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，其特征是所述电 机是步进电机。
8.根据权利要求2或3或4所述的果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，其特征 是所述阀门杆上还连接弹簧；弹簧作用在阀门杆上的力与软轴作用在阀门杆上的力方向相 反；所述软轴的两端之间还设有软轴撑杆。
专利摘要一种果园精量喷雾液压马达风扇转速控制装置，包括控制单元、执行机构和转速传感器，所述转速传感器用于采集液压马达风扇的转速信号，转速传感器的输出端经F/V和A/D转换连接控制单元的输入端；所述控制单元的信号输出端连接执行机构的控制信号输入端；所述控制单元上还连接有显控单元；其特征是所述执行机构包括无级变速器和电机及其驱动电路；电机驱动电路的输入端即为执行机构的控制信号输入端，电机驱动电路驱动电机，电机的转子连接驱动输出机构，该输出机构连接所述无级变速器的阀门控制端。本实用新型特别适用于农用车载式喷雾机针对种植中小型果树的果园、城市树木绿化带等场合进行精量喷雾喷药。
文档编号G05B19/042GK201560972SQ20092028445
公开日2010年8月25日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者丁为民, 傅锡敏, 孙国祥, 汪小旵 申请人:南京农业大学