園藝拖拉機非接觸式手、腳一體化防水電子油門的研究

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 羅文華

園藝拖拉機非接觸式手、腳一體化防水電子油門的研究

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 羅文華

近年來，農(nóng)機排放由國Ⅱ向國Ⅲ標準升級，既有利于國家的環(huán)保大局，也有利于國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)升級和行業(yè)進步，是一件利國利民利農(nóng)的大好事。因此，對國Ⅲ拖拉機電控發(fā)動機應(yīng)用電子油門的研究有著極其重要意義。

國Ⅲ電控發(fā)動機電子油門安裝在發(fā)動機控制系統(tǒng)中，取消了節(jié)氣門與加速踏板之間的機械連接，用電子油門的位置傳感器檢測加速踏板位置，并將位置信號轉(zhuǎn)換為電信號傳給發(fā)動機電控單元，再由發(fā)動機電控單元控制節(jié)氣門，實現(xiàn)對發(fā)動機動力輸出控制。

電子油門主要有接觸式和非接觸式2種，目前這2種形式都不帶手油門功能。接觸式電子油門采用可調(diào)電阻式原理，通過踩踏加速踏板帶動可調(diào)電阻滑片滑動，由踏板對應(yīng)的滑片位置在可調(diào)電阻上分壓大小，向外輸出油門踏板位置信號。接觸式電子油門存在機械磨損，使用壽命短。非接觸式電子油門主要采用光電、電磁或霍爾原理，通過踩踏加速踏板帶動傳感器信號源移動，由對應(yīng)的傳感器感應(yīng)體產(chǎn)生相應(yīng)的踏板位置信號，經(jīng)傳感器控制電路處理向外輸出油門踏板位置信號。目前常見的非接觸式電子油門均采用油門踏板通過轉(zhuǎn)軸帶動傳感器信號源移動，長期使用轉(zhuǎn)軸副易磨損，并且傳感器信號源與傳感器感應(yīng)體之間無隔離密封，在惡劣環(huán)境下，特別是拖拉機田間作業(yè)時，極易進水、進塵導(dǎo)致油門性能變差、故障率增高。

1 電子油門總體框圖

非接觸式手、腳一體化防水電子油門，主要包括位置檢測輸入電路、手油門控制電路、中央處理器、信號解碼轉(zhuǎn)換輸出電路。（圖1）

圖1

位置檢測輸入電路包括磁鋼、16位置霍爾模塊，磁鋼過盈壓裝在油門踏板活動搖臂上，與16位置霍爾模塊感應(yīng)面正對，16位置霍爾模塊安裝在控制電路板上，整個控制電路板完全密封在密封控制電路盒中達到防水、防塵功能，密封控制盒在16位置霍爾模塊傳感器感應(yīng)體處材料厚度小于3 mm，保證磁鋼磁場順利穿到感應(yīng)面。（圖2）

圖2

2 非接觸式手、腳一體化防水電子油門電氣原理圖

當踩踏油門踏板時，16位置霍爾模塊輸出相應(yīng)的位置信號經(jīng)鎖存器傳送給微處理器，微處理器將鎖存器傳來的數(shù)據(jù)進行編碼，形成串行數(shù)據(jù)傳送給信號解碼轉(zhuǎn)換輸出電路，當解碼轉(zhuǎn)換模塊U4選片有效時，串行數(shù)據(jù)由解碼轉(zhuǎn)換模塊U4解碼轉(zhuǎn)換成主信號OUT1；當解碼轉(zhuǎn)換模塊U5選片有效時，串行數(shù)據(jù)由解碼轉(zhuǎn)換模塊U5解碼轉(zhuǎn)換成從信號OUT2。當腳油門踩踏到一定位置，閉合手油門開關(guān)K1，此時油門踏板位置信號數(shù)據(jù)被鎖存，從而保持微處理器編碼、解碼轉(zhuǎn)換模塊解碼數(shù)據(jù)不變，因此轉(zhuǎn)換的主信號和從信號電壓不變，兼?zhèn)淞耸钟烷T功能。（圖3）

圖3

3 控制流程

手油門開關(guān)K1打開時，當踩踏油門踏板時，過盈壓裝在油門踏板活動搖臂上的磁鋼隨之與安裝在控制電路板上的16位置霍爾模塊相應(yīng)位置感應(yīng)面正對，16位置霍爾模塊輸出相應(yīng)的位置信號。由于手油門開關(guān)K1打開，手油門控制電路中鎖存器U2和鎖存器U3鎖存允許端G為高電平，輸出數(shù)據(jù)隨輸入數(shù)據(jù)而變，踏板位置信號通過16位置霍爾模塊經(jīng)鎖存器U2和鎖存器U3傳送給微處理器U1。微處理器U1將鎖存器U2和鎖存器U3傳來的數(shù)據(jù)，根據(jù)油門踏板位置與主信號OUT1、從信號OUT2對應(yīng)關(guān)系進行編碼形成串行數(shù)據(jù)與微處理器U1的P1.2腳產(chǎn)生的同步時鐘配合，經(jīng)P1.3傳送給信號解碼轉(zhuǎn)換輸出電路。一種非接觸式手、腳一體化防水電子油門采用雙解碼轉(zhuǎn)換模塊的冗余設(shè)置，雙解碼轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)共線，微處理器U1用片選信號確定主信號OUT1、從信號OUT2輸出。微處理器U1的P1.1腳為低電平時，解碼轉(zhuǎn)換模塊U4選片有效，串行數(shù)據(jù)由解碼轉(zhuǎn)換模塊U4解碼轉(zhuǎn)換成主信號OUT1；微處理器U1的P1.0腳為低電平時，解碼轉(zhuǎn)換模塊U5選片有效，串行數(shù)據(jù)由解碼轉(zhuǎn)換模塊U5解碼轉(zhuǎn)換成從信號OUT2。

當腳油門踩踏到一定位置，閉合手油門開關(guān)K1，手油門控制電路中鎖存器U2和鎖存器U3鎖存允許端G為低電平，輸出數(shù)據(jù)被鎖存不隨輸入數(shù)據(jù)而變，此時微處理器U1從鎖存器U2和鎖存器U3輸入的數(shù)據(jù)不變，所以進行編碼形成串行數(shù)據(jù)也不變、解碼轉(zhuǎn)換模塊U4解碼轉(zhuǎn)換的主信號OUT1不變、解碼轉(zhuǎn)換模塊U5解碼轉(zhuǎn)換的從信號OUT2也不變，因此，一種非接觸式手、腳一體化防水電子油門兼?zhèn)淞耸钟烷T功能。

4 結(jié)論

非接觸式手、腳一體化防水電子油門，位置檢測輸入電路中踏板位置檢測部分的磁信號與感應(yīng)體非接觸，感應(yīng)體與整個控制電路板完全密封在密封控制電路盒中達到傳感器無機械磨損，具有防水、防塵功能，用一鍵開關(guān)替代手油門方便操作、信號可靠、節(jié)約成本，滿足園藝拖拉機動力輸出控制需要，特別適應(yīng)拖拉機水田野外惡劣的作業(yè)環(huán)境。

江蘇省蘇北科技專項（富民強縣）BN2016154

2017-09-10）

參加全省農(nóng)機深松整地作業(yè)現(xiàn)場推進活動感懷

整地深松利墑情；

還田秸稈益收成；

農(nóng)機自有回天力；

綠色家園笑語盈。

（吳遠道）