智能農機儀表指針轉動的平滑處理方法與流程
2023-09-11 19:47:00 1
本發明涉及農業機械技術領域，特別是涉及一種智能農機儀表指針轉動的平滑處理方法。
背景技術：
我國是農業大國，但是多數農業生產基本靠人力勞動完成，如多數鄉村中播種，施肥，灌溉及收割等操作，主要依靠純人力勞動，這樣不但效率低，而且影響農作物的生長和收成。即使有些地方實現了機械化播種和收割，通常也需要人力配合，而播種和收割等機械化操作彼此獨立，沒有合理的聯繫在一起，也影響了農業機械作業的效率和生產周期。另外農業灌溉的時機與澆水量基本靠人的經驗進行判斷，並不能準確的判斷出農作物的灌溉時間與灌溉量，灌溉不當將導致農作物減產、浪費水資源等嚴重後果。
現有的智能農機儀表會採集農機在作業過程中的發動機轉速、柴油油位、柴油油壓、發動機冷卻水箱溫度的實時數值，並將這些數值用儀表的錶盤顯示出來。儀表的錶盤會由於操作者的提速或降速控制儀表的錶盤顯示實時讀數。操作者操作農機提速或者降速指令發出後，ECU系統發給儀表的發動機轉速信號是跳變的信號，儀表上的指針自提速/降速前的轉速數值旋轉到提速/降速後的轉速數值時，由於採用步進電機驅動儀表指針旋轉，經常在旋轉終點處由於慣性超過旋轉終點位置之後再由步進電機帶迴旋轉終點。這樣會給予駕駛員以瞬間超速的心理暗示，但是實際的行駛速度並沒有超速。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種智能農機儀表指針轉動的平滑處理方法，第一，利用智能農機儀表的PWM脈寬調製模塊對模擬信號電平進行數字編碼，根據相應載荷的變化來調製電晶體基極或MOS管柵極的偏置來實現電晶體或MOS管導通時間的改變，從而增大PWM脈衝的佔空比，改變步進電機的旋轉速度變化量直至步進電機控制指針停止，本申請相比專利號：201310036906.4的「顯示儀錶盤指針轉動的平滑處理方法」採用硬體電路改進的達到平滑處理的目的，但是硬體電路實現結構複雜、成本極大，不支持更新和升級，本申請採用軟體驅動PWM脈寬調製模塊對模擬信號電平進行數字編碼控制PWM脈衝的佔空比改變步進電機的平均電流來改變旋轉速度變化量。第二，本申請可以自行設置指針旋轉減速點，減速點的範圍為距離指針旋轉終止點之前100～500個步進電機步數單位為該點的減速點，自減速點至旋轉終止點成拋物線曲率a衰減至指針停止。第三，該減速點還可以定義為選取自步進電機的旋轉起始點至步進電機的旋轉終止點為基數值，取基數值10％～20％的距離值轉換為步進電機步數單位作為指針減速區；自指針旋轉終止點向前減去指針減速區個步進電機步數作為減速點，自減速點至旋轉終止點成拋物線曲率a衰減至指針停止。第四，本申請可以通過改變減速點使指針的移動速度平滑地從上個位置移動到當前數據指向的位置，越趨近移動越緩慢，減小指針由於慣性擺動的問題。第五，本申請軟體改變轉速從單片機到步進電機驅動晶片都是數字形式的，無需進行A/D轉換，噪聲影響小，充分利用了現有的集成晶片的強大功能，省去了原有的許多硬體電路，使PWM脈衝的產生過程得到了大大的簡化。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
智能農機儀表指針轉動的平滑處理方法，包括以下步驟：
S01：農機智能儀表PWM脈寬調製模快的第一定時器、第二定時器、佔空比設定單元、比較器和使能控制位完成初始化，完成PCA時鐘源選擇和中斷工作方式確定，設定PWM使能和佔空比；
S02：操作者操作農機提速或者降速指令發出後，儀表上的單片機識別指針當前位置為步進電機的旋轉起始點；ECU系統將機動控制模擬實時信號發給儀表的單片機，儀表單片機將機動控制模擬實時信號轉換為步進電機的旋轉終止點數位訊號；旋轉終止點減去旋轉起始點得出指針旋轉弧度的基數值，將旋轉起始點乘以減速路程比例K得出指針減速區，以及減速點A的位置；
減速區的公式為：
H＝(旋轉終止點位置-旋轉起始點位置)*K
減速點的公式為：
A＝旋轉起始點位置+H；
S03：儀表的單片機自指針自旋轉起始點至減速點A此段時間單片機識別信號輸入為勻速旋轉，單片機將旋轉起始點的值設置為自變量x，由步進電機實時速度公式得出步進電機的實時速度值設定為減速子程序，單片機將該減速子程序函數輸入周期中斷輸出寄存器，周期中斷輸出寄存器根據周期中斷定時器的定時為輸出周期根據減速子程序函數控制速度檔位A遞減，循環輸出高電平信號/低電平信號形成PWM脈衝信號並輸入步進電機驅動晶片；
S04：當指針沒有旋轉至減速區時，周期中斷寄存器輸出的時間延遲恆定，信號的佔空比恆定，PWM脈衝信號承載勻速旋轉的信息輸出給步進電機驅動晶片，當指針旋轉至減速區時，周期中斷寄存器輸出的時間延遲成拋物線型衰減，信號的佔空比增大，變化的PWM脈衝信號承載步進電機實時速度輸出給步進電機驅動晶片；自減速點開始，步進電機的指針速度成拋物線曲率a衰減直至指針停止；
拋物線曲率a的公式為：
a＝步進電機的平均速度v*24/H2
步進電機實時速度公式：
Y＝a(x-H)2+v。
進一步地，所述減速區H的函數表達式由距離定值200～400代替函數(旋轉終止點位置-旋轉起始點位置)*K。
進一步地，所述減速區H距離定值300。
進一步地，還包括步驟S05：所述周期中斷寄存器還包括第一定時器和第二定時器，第一定時器控制單片機一個I/O出口的高電平中斷，第一定時器的中斷過程中起動第二定時器，第二定時器控制I/O出口輸出低電平，第一定時器的初值就可以改變步進電機驅動頻率，改變第二定時器的初值可以控制步進電機驅動信號改變佔空比。
有益效果
由於採用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：
第一，利用智能農機儀表的PWM脈寬調製模塊對模擬信號電平進行數字編碼，根據相應載荷的變化來調製電晶體基極或MOS管柵極的偏置來實現電晶體或MOS管導通時間的改變，從而增大PWM脈衝的佔空比，改變步進電機的旋轉速度變化量直至步進電機控制指針停止，本申請相比專利號：201310036906.4的「顯示儀錶盤指針轉動的平滑處理方法」採用硬體電路改進的達到平滑處理的目的，但是硬體電路實現結構複雜、成本極大，不支持更新和升級，本申請採用軟體驅動PWM脈寬調製模塊對模擬信號電平進行數字編碼控制PWM脈衝的佔空比改變步進電機的平均電流來改變旋轉速度變化量，成本低、容易升級兼容性強。第二，本申請可以自行設置指針旋轉減速點，減速點的範圍為距離指針旋轉終止點之前100～500個步進電機步數單位為該點的減速點，自減速點至旋轉終止點成拋物線曲率a衰減至指針停止。第三，該減速點還可以定義為選取自步進電機的旋轉起始點至步進電機的旋轉終止點為基數值，取基數值10％～20％的距離值轉換為步進電機步數單位作為指針減速區；自指針旋轉終止點向前減去指針減速區個步進電機步數作為減速點，自減速點至旋轉終止點成拋物線曲率a衰減至指針停止。第四，本申請可以通過改變減速點使指針的移動速度平滑地從上個位置移動到當前數據指向的位置，越趨近移動越緩慢，減小指針由於慣性擺動的問題。第五，本申請軟體改變轉速從單片機到步進電機驅動晶片都是數字形式的，無需進行A/D轉換，噪聲影響小，充分利用了現有的集成晶片的強大功能，省去了原有的許多硬體電路，使PWM脈衝的產生過程得到了大大的簡化。
附圖說明
圖1是本發明的流程框圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
本發明的實施方式
參見圖1，智能農機儀表指針轉動的平滑處理方法，包括以下步驟：
S01：農機智能儀表PWM脈寬調製模快的第一定時器、第二定時器、佔空比設定單元、比較器和使能控制位完成初始化，完成PCA時鐘源選擇和中斷工作方式確定，設定PWM使能和佔空比；
S02：操作者操作農機提速或者降速指令發出後，儀表上的單片機識別指針當前位置為步進電機的旋轉起始點；ECU系統將機動控制模擬實時信號發給儀表的單片機，儀表單片機將機動控制模擬實時信號轉換為步進電機的旋轉終止點數位訊號；旋轉終止點減去旋轉起始點得出指針旋轉弧度的基數值，將旋轉起始點乘以減速路程比例K得出指針減速區，以及減速點A的位置；
減速區的公式為：
H＝(旋轉終止點位置-旋轉起始點位置)*K
減速點的公式為：
A＝旋轉起始點位置+H；
S03：儀表的單片機自指針自旋轉起始點至減速點A此段時間單片機識別信號輸入為勻速旋轉，單片機將減速區內任一點的位置值設置為自變量x，由步進電機實時速度公式得出步進電機的實時速度值設定為減速子程序，單片機將該減速子程序函數輸入周期中斷輸出寄存器，周期中斷輸出寄存器根據周期中斷定時器的定時為輸出周期根據減速子程序函數控制速度檔位A遞減，循環輸出高電平信號/低電平信號形成PWM脈衝信號並輸入步進電機驅動晶片；
S04：當指針沒有旋轉至減速區時，周期中斷寄存器輸出的時間延遲恆定，信號的佔空比恆定，PWM脈衝信號承載勻速旋轉的信息輸出給步進電機驅動晶片，當指針旋轉至減速區時，周期中斷寄存器輸出的時間延遲成拋物線型衰減，信號的佔空比增大，變化的PWM脈衝信號承載步進電機實時速度輸出給步進電機驅動晶片；自減速點開始，步進電機的指針速度成拋物線曲率a衰減直至指針停止；
拋物線曲率a的公式為：
a＝步進電機的平均速度v*24/H2
步進電機實時速度公式：
Y＝a(x-H)2+v。
進一步地，所述減速區H的函數表達式由距離定值200～400代替函數(旋轉終止點位置-旋轉起始點位置)*K。
進一步地，所述減速區H距離定值300。
進一步地，還包括步驟S05：所述周期中斷寄存器還包括第一定時器和第二定時器，第一定時器控制單片機一個I/O出口的高電平中斷，第一定時器的中斷過程中起動第二定時器，第二定時器控制I/O出口輸出低電平，第一定時器的初值就可以改變步進電機驅動頻率，改變第二定時器的初值可以控制步進電機驅動信號改變佔空比。