大功率拖拉机监控系统的设计

大功率拖拉机监控系统的设计
李爱传;李琳;王熙
【摘要】大功率拖拉机监控系统的研究是精准农业技术的重要组成部分.试验针对黑龙江垦区应用的大功率拖拉机监视系统性能不高的问题,设计以单片机为核心的电子监视系统.该设计样机安装在黑龙江省某农场农机队的大功率拖拉机上试验,取得了比较满意的试验效果.特别适用安装有液压全负载换挡变速箱的大功率拖拉机.%The research of high-power tractor monitoring system is an important component of precision agriculture technology. A electronic monitoring system was designed based on 89S52 MCU (Micro Controller Unit) to overcome the low performance on high-power tractor in Heilongjiang province. Satisfactory test results achieved when the design prototype was installed on the high-power tractor of an agricultural machinery team, Heilongjiang province.Particularly it was suitable for the high-horsepower tractor assembling hydraulic full load transmission.
【期刊名称】《湖北农业科学》
【年(卷),期】2011(050)015
【总页数】3页(P3178-3180)
【关键词】大功率拖拉机;电子监视系统;单片机;精准农业
【作者】李爱传;李琳;王熙
【作者单位】黑龙江八一农垦大学,信息技术学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一
农垦大学,信息技术学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一农垦大学,工程学院,黑龙江大庆163319
【正文语种】中文
【中图分类】S224.21
大功率拖拉机是精准农业技术实施的一个重要机械设备。

随着时代的变迁，大功率拖拉机越来越多地装备有先进的电子监视控制设备，智能监视系统是大功率拖拉机电子监视设备发展的必然趋势［1］。

本设计主要针对当前应用的国产大功率拖拉机监视系统性能不高，造成排肥量、排种量、收获量浪费的情况给予及时调整。

可以实现大功率拖拉机电子监视系统的国产化，进而节省进口这种设备的资金。

可实现对拖拉机的自动检测，避免发生事故，减少不必要的经济损失。

设计的监视系统包括冷却液温度表、燃油表、发动机机油压力表和电压表，共计4块数字仪表。

同时可以对变速器油压、发动机机油压力、发动机冷却液温度、离合器温度、液压油温度、空气滤清器堵塞、变速箱油滤清器堵塞、紧急故障、一般故障设计报警指示灯，共计9个指示灯。

为了提高监视系统的准确性和可靠性，系
统采用最先进的国产传感器，传感器完全国产，目的是不过分依赖国外的产品和技术。

1）电压监测。

当钥匙开关在ON（接通）或者ACC（辅助装置）位置时，电压监测仪表指示出蓄电池及发电机的电压。

当电压表显示电压低于11.8 V时，说明电
瓶电不足；当电压表显示蓄电池电压为11.8～12.6 V 时，说明电瓶存电比较充足。

发动机工作时电压表指示发电机的电压，其电压为 13.2～15.5 V，当电压表显示
发电机的电压高于15.5 V或低于13.2 V 时，应检查充电电路有无故障［2］。

2）液压油温度监测。

液压油温度传感器安装在拖拉机全负载换挡变速箱中，当液
压油温度达到102～105℃时，液压油温度报警指示灯及黄色维修指示灯亮，蜂鸣器发出警告音响。

3）发动机冷却液温度监测。

气缸盖温度传感器位于气缸盖左后部的顶端，气缸温度传感器内部是一个开关，冷却液损耗或液面降低使缸盖温度增加，温度达到120～132℃时，传感器开关闭合使电路搭铁，此时发动机处于极热状态，应立即关闭发动机［1］。

4）离合器温度监测。

离合器有两个液压油温传感器，一个装在液压油滤清器安全阀体内（四区段变速器），另一个安装在离合器壳体的右部，以测试离合器油的温度。

为了防止误报警，在发动机启动大约几十秒后才能检查离合器的温度。

5）发动机机油压力监测。

机油压力传感器安装于气缸盖的右侧，机油压力传感器在发动机不同转速时，都有不同的机油压力与其对应。

当发动机机油压力过低时，机油压力指示灯和红色发动机停车灯亮，蜂鸣器发声警告。

此时，应立即关闭发动机。

6）燃油量监测。

监测传感器采用浮子型液位传感器。

浮子漂浮在燃料油表面上且随着油的高低而改变位置，进而改变可变电阻器的电阻。

7）变速箱液压油滤清器阻塞监测。

应用两个开关型传感器来检测变速箱液压油滤清器的阻塞情况，当液压油压力差达到275～380 kPa时，滤清器阻塞指示灯及黄色维修指示灯亮。

当压力差达到500～650 kPa时，滤清器阻塞指示灯及红色发动机停车指示灯亮。

8）变速器油压监测。

当发动机油压低于一定数值时，传感器内部开关闭合，变速器油压报警指示灯和红色停车指示灯亮，蜂鸣器发出音响。

9）空气滤清器堵塞监测。

该传感器位于发动机进气管处，为真空开关型［3］，由于空气中有很多的灰尘和杂质，经过空气滤清器过滤后，才能供给发动机使用，当滤清器堵塞时，传感器开关闭合。

经过3 s的延时，空气滤清器阻塞指示灯及黄
色维修指示灯亮，以提示驾驶员要对空气滤清器进行保养。

设计有报警指示灯及蜂鸣器驱动电路、模拟量放大电路、传感器信号A／D转换电路、开关量传感器信号处理电路、转速信号放大处理电路、看门狗电路、抗干扰电路等［4］。

系统有6路模拟量需要A／D转换，即冷却液温度、机油压力、燃油量、工作电压、离合器温度、液压油温度。

设计采用8路8位A／D转换芯片ADC0809［5］。

ADC0809 的工作地址为＃6800H。

系统显示采用四组三位
发光LED数码管显示，采用新型的CMOS集成电路MC14499，一片MC14499可以直接驱动和控制四块LED八段显示器，由于其显示方式为动态扫描，有消耗
功率低、输入线少等优点，很适合监视系统使用。

报警信号灯驱动电路采用可编程并行接口电路8155，通过达林顿阵列ULN2003驱动超亮LED发光二极管。

大功率拖拉机单片机监视系统电路原理图如图1所示。

监视系统程序设计采用结构化程序设计方法，主要包括如下程序模块：主程序模块、系统初始化及自检程序模块、模拟通道A／D转换程序模块、开关量检测程序模块、LED数码管驱动程序模块、LED指示灯驱动程序模块、数据转换处理及报警判断
程序模块、发动机转速测量程序模块、定时器中断服务程序模块、数字滤波程序模块等。

A／D转换程序采用查询方式。

数字滤波程序采用消除脉冲干扰的去极值平均滤波法。

单片机89S52内部RAM资源划分如表1所示。

单片机系统在现场使用时，会受到各种干扰的影响，如果不相应地采取抗干扰措施，单片机就不能正常工作。

系统的抗干扰不可能完全依靠硬件电路解决，因此在软件中必须加入数字滤波程序。

数字滤波处理的具体思路是：将连续进行N次采样的
结果中的最大值和最小值去掉。

对剩余的N－2个采样结果求算术平均值，用这种方法即可滤去脉冲干扰，又可滤去小的随机干扰，是一种效果较好的滤波方法，这里我们取N＝10。

发动机机油压力警告与拖拉机转速有关，采用查表方法，将特
定转速下的参考压力值用MOVC这条指令从外部ROM中送入到内部RAM中。

转速与压力对应关系如表2所示。

根据黑龙江垦区大功率拖拉机项目设计要求，提出监视系统研究方案并付诸实施，该设计样机安装在黑龙江省某农场农机队的大功率拖拉机上试验，取得了比较满意的试验效果。

试验表明该系统技术先进，工作可靠。

设计的监视系统的主要特点：①监视位置多；②可靠性高，成本低，体积小；③抗干扰性能好；④报警灵敏，显示清楚。

特别适用安装有液压全负载换挡变速箱的大功率拖拉机。

现研制的监视系统数据处理能力较弱，下一步准备将ARM系统用做监视系统的处理核心单元，数据处理能力肯定会极大地改善。

运行可靠性和运行速度也会有较大的改观。

【相关文献】
［1］王熙.农业机械电子监控技术研究［M］.哈尔滨：东北林业大学出版社，2005.
［2］王熙.汽车·拖拉机·收获机电器电子设备原理与维修［M］.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2000.
［3］单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用［M］.北京：国防工业出版社，1999.
［4］李爱传，王熙，汪志强，等.电液驱动式变量施肥闭环控制系统研究［J］.中国农学通报，2009，25（7）：272－275.
［5］李爱传，汪志强，李琳，等.电容式粮食水份检测系统研究［J］.农业网络信息，2009（2）：114－116.。