基于超声波传感器的割台高度自动控制系统研究

摘要

联合收割机作为农业机械的重要组成，在现代农业生产中有不可替代的作用。性能良好、安全舒适、自动化程度高的联合收割机的开发和研制将成为今后农业机械领域中的一个研究重点。联合收割机工作时往往因为割台高度调整不当，可能导致机器堵塞，引发机器故障，直接影响到收割机的收获效率。以往的割台利用机械仿形机构或人工调整工作高度，实时性和准确性均较差，而且不能进行割台高度数据的获取和分析，所以割台的自动化控制系统的研究显得尤为必要，并为联合收割机智能化的发展奠定基础。 本文对以往的割台高度自动控制系统做了分析，在此基础上设计了一套实时监测控制系统，能使割台高度控制在一定误差之内，减少收割损失，稳定脱粒滚筒的负荷，提高机器工作性能。 本文介绍了超声波技术的发展及应用，超声波传感器及测距原理，在此基础上对系统进行了总体设计，对超声波传感器进行了布置。根据收割机的要求，确定了割台高度的最小值。系统设计包括硬件设计和软件设计两大部分，硬件部分包括超声波接收和发射电路、显示电路、温度测量电路、串口通信电路、电源电路、单片机复位电路、时钟电路和液压执行机构等。软件部分以PID控制算法作为策略，在uVision3开发环境中用C51语言开发了系统的主程序、测距子程序、显示子程序、温度测量子程序、串口通信子程序等。 设计完成的测距电路，能达到驱动超声波传感器测距的要求。经调试测距系统，测距模块的精度能满足收割机割台高度的最小要求100mm，分析了小范围内测距的稳定性，总结了测距系统的误差来源，并优化了测量数据，为提高超声波测距的精度提供了有力理论依据。 对系统的整体设计进行了模拟调试，结果显示该自动控制系统运行稳定，操作简便，便于进一步开发，基本达到预期设计要求。

目录

文摘

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声明

第一章文献综述

1.1选题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3超声波技术概述

1.3.1超声波的发展

1.3.2超声在测量中的应用

1.4课题研究的内容

1.5课题研究的技术路线

第二章超声波测距原理

2.1测距技术概述

2.1.1无源测距

2.1.2有源测距

2.2超声测距原理

2.2.1超声波传感器的原理及结构

2.2.2超声测距原理

2.3超声波测距误差来源分析

2.4本章小结

第三章系统总体设计

3.1系统主控制器的选择

3.2系统的组成

3.2.1系统组成

3.2.2系统各部分功能介绍

3.3系统的功能特点

3.3.1系统的功能

3.3.2系统的特点

3.4实现多超声波传感器测高

3.4.1传感器的布置

3.4.2工作过程

3.5本章小结

第四章超声波测距的硬件设计

4.1单片机的选择

4.1.1 AT89C52单片机简介

4.2超声波发射驱动电路

4.3超声波接收电路

4.3.1信号放大电路

4.3.2信号整形电路

4.4 LCM1602显示电路

4.4.1 LCM1602的引脚功能

4.4.2 LCM1602的内部结构

4.4.3 LCM1602的控制指令

4.4.4显示接口电路

4.5基于DS18B20的温度测量电路

4.6串行通信接口电路

4.6.1串行通信接口标准RS-232C

4.6.2 RS-232C电平的转换及MAX232转换芯片

4.6.3 PC机与单片机的串行通信接口电路

4.7辅助电路

4.7.1稳压电源电路

4.7.2振荡电路及复位电路

4.7.3蜂鸣器电路

4.8本章小结

第五章控制系统的软件开发

5.1割台高度的液压系统控制原理

5.2系统控制算法的确定

5.2.1数字PID控制算法

5.2.2系统的PID控制

5.3温度修正算式

5.4开发语言的选择及uVision3开发平台

5.4.1开发语言的选择

5.4.2 uVision3开发平台

5.5程序模块设计

5.5.1主程序模块

5.5.2超声波测距程序模块

5.5.3显示模块

5.5.4温度测量模块

5.5.5外部中断模块

5.5.6串口通信模块

5.5.7其它函数模块

5.6本章小结

第六章测试与实验

6.1硬件性能测试

6.1.1超声波传感器的性能测试

6.1.2测距的发射电路测试

6.1.3测距的接收电路测试

6.2测距实验结果及误差分析

6.2.1实验结果

6.2.2采用最小二乘法优化测量数据

6.2.3误差分析

6.3本章小结

第七章结论与展望

7.1主要工作及结果

7.2改进建议

参考文献

附录