一种基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电机驱动系统设计领域，更具体地，涉及一种基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的日新月异，作物移栽机技术在不断发展。移栽机的核心部件是栽植器，其主要作用是打穴和植苗，将分苗机或人工送来的秧苗栽入土壤。而栽植器驱动系统的设计是移栽机的关键技术之一，同时也是难点之一。吊杯式栽植器要求电机结构轻巧，同时在作业过程中性能稳定，要求驱动系统能在较恶劣的工作环境中稳定的工作，调速性能高，使用维修方便。
[0003]目前，很多现有的吊杯式栽植器的驱动系统都采用直流电机或者交流异步电机作为动力装置，直流电机通常是由可调节的直流系统对电机电枢供电，通过控制电源电压来实现平滑启动和调速，但是此方法对电源设备要求很高；此外，电机在长时间的运行过程中，电刷和转子的消耗很大，对栽植器而言有一定的制约性，使用直流电机的驱动系统也存在效率低和维修困难的缺点。交流异步电机通过变频器进行调速，但是变频器工作时电流偏大，电机发热严重，影响电机的长期工作，而且在运行过程中如果其中一相电源断电，电机的定子电流会增大，可能会出现堵转的现象，从而烧坏电机，需要在外围增加断相保护电路，导致结构复杂，这对于栽植器而言不是最佳选择。因此，为了满足对栽植器运动特性的要求，在相关领域亟需性能更为优良，便于操控的电机驱动系统。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，旨在满足栽植需求，使移栽机的通用性提高，解决现有技术中调速性能不强，操作及维修不方便的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供的基于直流无刷直流电机的驱动系统能够通过对电机速度和转矩的高精度闭环控制准确控制吊杯的运动，本发明公开的驱动系统可驱动吊杯遵循特定的运行特性稳定地完成栽植运动，提高投苗的频率和可靠性，而且操作及维修方便。
[0006]本发明提供的基于直流无刷直流电机的驱动系统，包括控制器模块、蓄电池电源模块、驱动器模块、直流无刷电机、反馈模块、减速器、传动机构、吊杯移栽机构；其中:
[0007]所述控制器模块作为逻辑控制与数据运算核心，是整个驱动系统的核心器件，接收反馈信号并输出控制信号，完成对直流无刷电机转速和转矩的控制。控制器模块有丰富的片上外设，适合电机调速驱动系统既需要实时快速控制，又要求浮点运算的情况；
[0008]所述驱动器模块包括信号转换电路和直流无刷电机驱动器，所述信号转换电路用于将控制器输出的PWM波形转换为直流无刷电机驱动器可接受的PWM波形，所述直流无刷电机驱动器直接驱动电机运转；
[0009]所述蓄电池电源模块包括蓄电池、电压检测电路和直流降压电路，所述蓄电池用于给整个驱动系统提供电源，直接给直流无刷电机驱动器供电，所述电压检测电路用于检测蓄电池的端电压，所述控制器模块接收电压检测电路输出的电压信号并进行模数转换，所述直流降压电路以直流降压芯片为核心，对蓄电池的输出电压进行降压和滤波处理后给系统中其他模块提供电源；
[0010]所述直流无刷电机自带位置传感器，可检测并输出转子的位置信息；
[0011 ] 所述反馈模块包括电流检测电路和光电隔离电路，电流检测电路用于采样电机母线电流，所述光电隔离电路用于将直流无刷电机的位置传感器输出信号与控制器模块隔离，所述控制器模块接收电流检测电路的输出电压信号并进行模数转换；
[0012]所述减速器主要用于降低转速和增大扭矩，是在直流无刷电机与传动机构之间进行速度和扭矩转换的设备；
[0013]所述传动机构由联轴器和连杆机构组成，将电机的轴向运动转化为吊杯移栽机构的上下往复加减速运动；
[0014]所述吊杯移栽机构用于运送和栽植钵苗，当吊杯运动到顶端时，钵苗被投入到吊杯中，当吊杯转动到预定位置时，钵苗落入穴内，接着覆土填压，完成栽植。
[0015]本发明的一个实施例中，所述直流无刷电机的位置传感器输出的转子位置信号经光电隔离之后由所述控制器模块捕获，所述控制器模块通过不断采集电机转子位置检测信号，计算出电机的实际转速。
[0016]所述直流无刷电机的额定功率、额定转速、额定扭矩能够满足栽植器栽植幼苗的需求。
[0017]本发明的一个实施例中，所述控制器模块输出PWM波到所述信号转换电路，所述直流无刷电机驱动器接收处理后的PWM波，经过驱动芯片隔离放大后输出带有驱动能力的PWM波控制功率开头器件的通断，使电机的各相绕组按一定的顺序工作，从而达到驱动电机的目的。
[0018]本发明的一个实施例中，所述信号转换电路将所述控制器模块输出的低压PWM信号转换为电压幅值满足所述直流无刷电机驱动器要求并能够被识别的PWM信号。
[0019]本发明的一个实施例中，所述电流检测电路将检测信号输入到所述控制器模块的模数转换接口，所述控制器获取电流采样值后据此计算电机的电磁转矩。
[0020]本发明的一个实施例中，所述蓄电池电源模块在给无刷直流电机供电过程中不断的消耗能量，所述电压检测电路将检测电池端电压，并将检测信号输入到所述控制器模块的模数转换接口，所述控制器模块根据电压反馈信号判断电池的工作状态，决定是否对电池进行欠压保护。
[0021 ] 本发明的一个实施例中，所述控制器模块在对电压检测电路和电流检测电路的输出电压信号进行模数转换的过程会进行滤波处理，所述滤波处理包括若干次均值滤波处理，以及对若干次均值滤波处理的中间结果进行中值滤波处理。
[0022]本发明的一个实施例中，所述光电隔离电路将位置传感器的输出信号进行隔离后输入到所述控制器模块的波形捕获接口。光电隔离提高了电路的抗干扰能力，可以防止电机运转时对位置传感器输出信号产生的干扰噪声被所述控制器模块捕获。
[0023]本发明的一个实施例中，所述直流降压电路以一些直流降压芯片为核心，直流降压芯片对蓄电池输出电压进行降压和电容滤波处理，降压芯片的输出电压满足系统中的低压模块对电源的要求。
[0024]本发明的一个实施例中，所述控制器模块对电机进行速度和电流双闭环控制，速度环为外环，电流环为内环。
[0025]本发明提供的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统性能可靠，调速稳定，操作方便。具有结构简单、安装与调试方便、系统可靠性高、维修方便等优点。通过精确调节驱动电机的转速和转矩，增大吊杯运动轨迹最低点位置的加速度，达到了提升吊杯入土能力的目的，使幼苗移栽达到所需深度，可以满足不同作物对株距和栽植深度要求，提高了移栽的效率和质量。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例提供的吊杯式栽植器整体结构示意图；
[0027]图2是本发明实施例提供的吊杯运动轨迹图；
[0028]图3是本发明实施例提供的吊杯栽植器机械运动传递流程图；
[0029]图4是本发明实施例提供的吊杯式栽植器驱动装置的整体结构框图；
[0030]图5是本发明实施例提供的吊杯式栽植器驱动系统中直流无刷电机驱动部分的硬件结构示意图；
[0031]图6是本发明实施例提供的直流无刷电机调速控制系统框图；
[0032]图7是本发明实施例提供的直流无刷电机驱动部分的控制器程序流程图。
【具体实施方式】
[0033]为了使本发明的目的、