联合收割机堵塞故障预警及报警装置的制作方法

专利名称:联合收割机堵塞故障预警及报警装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种联合收割机堵塞故障预警及报警装置，属于农业机械电子设备技术领域：
，特别适用于联合收割机在田间进行收割作业时，脱粒滚筒和输粮绞龙堵塞故障的提前预警和报警。
背景技术：
联合收割机在田间进行收割作业时，堵塞故障是常见的故障之一。一旦堵塞故障发生，排除堵塞一般都很费时费力，严重时会导致机械故障发生，需要停机维修，直接影响收获季节抢农时，也直接影响机手的经济收入。
针对联合收割机堵塞故障，国内外的技术水平尚限于简单报警，缺乏相关故障诊断技术、方法和理论的系统研究和开发。根据资料(和卫星，张立功，张际先，联合收割机故障预警器(P)，实用新型专利，申请号97203354. 8，公开号CN2325968，颁证日 1999. 04. 15，主分类号A01D73/00)，目前堵塞报警采取的主要方法是转速监测，当转速超出额定范围时，发出报警信号，这种方法的特点是简单，但误报和漏报概率较大，报告结果不可靠，且对转速主动变化适应能力差，使其应用受到限制。另一类方法是采用测扭矩的方法，这种方法从原理上讲比仅测转速报警可靠性高，但扭矩传感器布置难度大，一般需要专门的预留空间，且成本较高，不适宜在联合收割机上推广。
国内外在联合收割机产品上已普遍采用传感器监测主要工作部件的故障并对故障报警，但从联合收割机使用的需求出发，仅有故障报警是不够的，更需要的是故障发生前的提前预警。特别是对于大谷草比与湿脱湿分离作业场合，堵塞故障更易发生，对堵塞故障预警与报警装置的需求也更为迫切。瞄准世界现代化收获机械未来发展趋势，立足收获机械发展现状，通过自主创新，研究和开发具有国际先进水平的堵塞预警和报警方法和装置， 可以缩小我国与发达国家的差距，提升我国收割机械自主创新能力、行业整体素质，促进农业结构调整与农民增收，为农业现代化提供技术和装备支撑。

发明内容
本发明的目的是提出一种堵塞故障预警与报警装置，采用以单片机为核心的硬件结构，以实现在田间收割作业时，对容易发生堵塞故障的部位进行监测与故障诊断，将诊断决策分为正常运行、故障预警和故障报警三级，以文字和不同颜色光形式，及时向驾驶员提供信息，方便驾驶员及时作出反映，避免故障发生及由此引发其它机械故障的发生。
本发明提出的联合收割机堵塞故障预警与报警装置，包括
(1)传感器模块，由三个型号相同的传感器组成，用于同步探测联合收割机动力输出轴、脱粒滚筒及输粮绞龙瞬时转速变化过程，作为故障诊断的监测信号源，所述的传感器模块采用三个型号均为HAL12的霍尔转速传感器，要求霍尔转速传感器有一定的宽电平适应能力，以保证输出信号的稳定性，霍尔转速传感器同步测量联合收割机动力输出轴、脱粒滚筒及输粮绞龙瞬时转速变化过程，根据三个部位转速快慢，分别布置2、8、4个磁钢；[0008](2)模拟信号处理模块，分别独立处理三路传感器信号，用于信号放大、滤波及整形，所述的模拟信号处理模块具有放大、整形和滤波功能，使三个传感器输出标准方波信号；
(3)信号转换模块，分别独立将三路传感器信号输出的CMOS电平转换成TTL电平， 用于单片机输入，所述的信号转换模块采用型号为8550的PNP三极管，将12V、0V脉冲方波信号转换成同步5V、0V脉冲方波信号；
(4)电源模块，将收割机装载12V直流电源进行转换，用于对传感器、模拟信号处理模块、单片机、液晶显示模块及信号转换模块供电，所述的电源模块将收割机上的12V直流电转换成9V、5V直流电，供液晶显示模块、单片机及模拟信号处理模块使用；
(5)单片机中央信息处理单元模块，用于接受传感器检测信号，对数据进行运算处理、故障诊断与决策，并通过液晶显示模块实时显示收割机运行状态信息，分正常运行、堵塞预警与堵塞报警三级进行故障提示，所述的单片机中央信息处理单元模块中采用 C8051F020单片机，将三路传感器信号经整形和电平转换后与单片机Tl、T2、T3 口连接，用于实时检测与记录每个瞬时脉冲周期中的采样点数，以此作为故障诊断的初始值序列，故障诊断标准模式库及诊断决策程序存放在其EEPROM中；
(6)液晶显示模块，用于接收单片机的显示信息，显示收割机状态参数和故障诊断结果，所述的液晶显示模块与单片机接口，实时以汉字和数字形式显示收割机运行状态参数，包括转速、滑差率、正常运行、堵塞预警及堵塞报警信息；
(7)三色LED故障分级显示，分别用绿、黄、红三种颜色的LED显示收割机收割作业时正常运行、堵塞预警与堵塞报警三种状态，用于根据中央信息处理单元的决策以光的形式提示操作手，以便及时采取正确的操作，采用LED的目的是其警示程度比LCD要高，便于操作手及时发现收割机的工作状态；
(8)上位机通讯模块，用于本装置与机载上位机之间的信息交互，所述的上位机通讯模块有RS232和USB接口，可用于本装置参数修改，以便用于不同型号的联合收割机及不同的收割作物，也可用于与机载上位机通讯，将决策信息传送给上位机。
本发明提出的联合收割机堵塞故障预警与报警装置，可以作为一个独立的车载电子设备安装在收割机上，从而实现对收割机在田间收割作业的运行状况进行实时监测，及时向驾驶员提供收割正常、堵塞预警和堵塞报警信息，方便驾驶员做出正常的驾驶操作，避免故障发生。由于装置配有RS232和USB接口，该装置可作为下位机使用，同时可供联合收割机生产厂家根据收割机各类，进行装置参数修改与配置。[0016]下面结合附图及一个实施例对本发明作进一步的说明。


图1为本发明中堵塞故障预警与报警装置结构框图
图2为本发明中堵塞预警与报警装置硬件组成框图
图3为本发明中实施例中传感器布设示意图
1.动力输出轮；2.脱粒滚筒；3.输粮绞龙；4.磁钢；5.传感器。
图4为本发明中实施例中电平转换电路图
图5为本发明实施例中电路原理图具体实施方式
本发明装置的结构如图1所示，包括
传感器模块，由三个型号相同的传感器组成，用于同步探测联合收割机动力输出轴、脱粒滚筒及输粮绞龙瞬时转速变化过程，作为故障诊断的监测信号源；
模拟信号处理模块，分别独立处理三路传感器信号，用于信号放大、滤波及整形；
信号转换模块，分别独立将三路传感信号输出的CMOS电平转换成TTL电平，用于单片机输入；
电源模块，将收割机载12V直流电源进行转换，用于对传感器、模拟信号处理电路、单片机、显示屏及信号转换模块供电；
单片机中央信息处理单元模块，用于接受传感器检测信号，对数据进行运算处理、 故障诊断与决策，并通过显示模块实时显示收割机运行状态信息，分正常运行、堵塞预警与堵塞报警三级进行故障提示；
液晶(LCD)显示模块，用于接收单片机的显示信息，显示收割机状态参数和故障诊断结果；
三色LED故障分级显示，分别用绿、黄、红三种颜色的LED显示收割机收割作业时正常运行、堵塞预警与堵塞报警三种状态；
上位机通讯模块，用于本装置与机载微机之间的信息交互。
本发明的装置，其硬件如图2所示，其中电源模块为常用的宽电压输入的直流电平转换模块。由于收割机使用12V的蓄电池电平供电，通过电源模块，可以得到稳定的12V、 9V和5V的电压，对传感器、单片机电路、LCD及其它电路进行供电。
本装置中的传感器模块布设示意图如图3所示，采用3个型号(HAL12)相同的霍尔转速传感器5，传感器可10V-MV供电，本实施例中使用12V供电，放大电路和滤波电路内置，传感器输出为12V、0V脉冲方波信号，三个传感器5分别用来测量动力输出轴1、脱粒滚筒2及输粮绞龙3的转速及其变化过程，分别在动力输出轴1、脱粒滚筒2及输粮绞龙皮带轮3上布设2、8及4个磁钢4，轮子每转动一周分别产生2、8及4个方波脉冲，由于本发明中诊断算法中的特征量以瞬时脉冲采样点数为基础参量，所以增加磁钢数目可以缩短做出故障诊断的时间，从而提高堵塞故障预警的时效性。传感器与单片机的接口如图5中J2所示，其中U2为74LS14。
本装置中电平转换模块如图4电路原理图所示，采用PNP三极管Q1,型号为8550， 利用三极管电子开关作用，将传感器输出作为基极导通控制信号，上拉+5V电源V。。，当输入信号/为+12V、0V时，输出信号Vtl为+5V、0V，输出信号与输入信号同步，频率响应满足要求，R1 取 10ΚΩ，& 取 4· 7ΚΩ。
本装置中液晶显示模块(IXD)型号为JMM0U8B，是图形点阵液晶显示器，由控制器T6963C，行驱动，列驱动器及M0180全点阵液晶显示器组成，可实现图形及汉字显示，供电电压为+5V。该模块与单片机接口电路如图5中J3所示。其主要功能是显示收割机运行状态信息及故障诊断结果。
本装置中除IXD可以显示诊断结果外，为了及时警示驾驶员，还专门增加了声、光报警装置。声音报警电路如图5中Bl所示，光报警采用三色LED，其电路如图5中Jl-Port所示，增加一个LED用于显示单片机工作状况。
本装置中单片机中央信息处理单元电路如图5所示，单片机型号为C8051F020，该单片机与C51系列单片机具有兼容的控制器内核，采用流水线结构，指令执行速度大大提高，本例中其晶振为22MHz，三路信号通过定时/计数器输入单片机，方波使用下降沿触发， 记录两个下降沿之间的瞬时脉冲周期，以数据点数表示。本实施例中，单片机系统采用了新华龙公司的C8051F020单片机开发系统，开发板上有RS232、USB接口。
权利要求
1. 一种联合收割机堵塞故障预警与报警装置，其特征在于该装置包括(1)传感器模块，由三个型号相同的传感器组成，用于同步探测联合收割机动力输出轴、脱粒滚筒及输粮绞龙瞬时转速变化过程，作为故障诊断的监测信号源，所述的传感器模块采用三个型号均为HAL12的霍尔转速传感器，要求霍尔转速传感器有一定的宽电平适应能力，以保证输出信号的稳定性，霍尔转速传感器同步测量联合收割机动力输出轴、脱粒滚筒及输粮绞龙瞬时转速变化过程，根据三个部位转速快慢，分别布置2、8、4个磁钢；(2)模拟信号处理模块，分别独立处理三路传感器信号，用于信号放大、滤波及整形，所述的模拟信号处理模块具有放大、整形和滤波功能，使三个传感器输出标准方波信号；(3)信号转换模块，分别独立将三路传感器信号输出的CMOS电平转换成TTL电平，用于单片机输入，所述的信号转换模块采用型号为8550的PNP三极管，将12V、0V脉冲方波信号转换成同步5V、0V脉冲方波信号；(4)电源模块，将收割机装载12V直流电源进行转换，用于对传感器、模拟信号处理模块、单片机、液晶显示模块及信号转换模块供电，所述的电源模块将收割机上的12V直流电转换成9V、5V直流电，供液晶显示模块、单片机及模拟信号处理模块使用；(5)单片机中央信息处理单元模块，用于接受传感器检测信号，对数据进行运算处理、 故障诊断与决策，并通过液晶显示模块实时显示收割机运行状态信息，分正常运行、堵塞预警与堵塞报警三级进行故障提示，所述的单片机中央信息处理单元模块中采用C8051F020 单片机，将三路传感器信号经整形和电平转换后与单片机Tl、T2、T3 口连接，用于实时检测与记录每个瞬时脉冲周期中的采样点数，以此作为故障诊断的初始值序列，故障诊断标准模式库及诊断决策程序存放在其EEPROM中；(6)液晶显示模块，用于接收单片机的显示信息，显示收割机状态参数和故障诊断结果，所述的液晶显示模块与单片机接口，实时以汉字和数字形式显示收割机运行状态参数， 包括转速、滑差率、正常运行、堵塞预警及堵塞报警信息；(7)三色LED故障分级显示，分别用绿、黄、红三种颜色的LED显示收割机收割作业时正常运行、堵塞预警与堵塞报警三种状态，用于根据中央信息处理单元的决策以光的形式提示操作手，以便及时采取正确的操作，采用LED的目的是其警示程度比LCD要高，便于操作手及时发现收割机的工作状态；(8)上位机通讯模块，用于本装置与机载上位机之间的信息交互，所述的上位机通讯模块有RS232和USB接口，可用于本装置参数修改，以便用于不同型号的联合收割机及不同的收割作物，也可用于与机载上位机通讯，将决策信息传送给上位机。
专利摘要
本发明涉及一种联合收割机收割作业时堵塞故障预警与报警硬件装置，属于农业机械电子设备技术领域：
。该装置包括传感器模块，模拟信号处理模块，信号转换模块，电源模块，单片机中央信息处理单元模块，液晶(LCD)显示模块，三色LED故障分级显示，上位机通讯模块。本发明的装置，可安装在联合收割机驾驶室，使收割机在收割作业时，对脱粒滚筒和输粮绞龙部件进行实时堵塞预警和报警，向操作手及时提供收割机运行状态信息，防止堵塞故障发生。
文档编号A01D41/127GKCN101595785 B发布类型授权 专利申请号CN 200910032561
公开日2012年5月23日 申请日期2009年6月23日
发明者刘金鸽, 宋寿鹏, 易立单, 李萍萍, 马晓昆 申请人:江苏大学专利引用 (4), 非专利引用 (1),