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拖拉机自动换档模式及控制系统研究

作　者: 李强
导　师: 师帅兵
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 拖拉机自动换档换档模式单片机控制系统
分类号: U463.212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在实际农业生产中，自动变速技术在农业拖拉机上的应用并不广泛。为了提高拖拉机作业质量和效率、减轻劳动强度，需要研究适合于拖拉机的自动换档策略和规律。影响拖拉机换档的因素较多，有人的因素、环境因素和工况因素。拖拉机在田间作业时，土壤状况复杂，明显不同于汽车行驶环境；不同作业种类对拖拉机行驶速度有特定要求，这也决定了拖拉机发动机工况不同于汽车。基于上述原因，依据发动机特性，结合发动机能量方程，提出一种新的自动换档策略，即利用发动机转速、供油拉杆位移和油门开度三个参数来控制拖拉机自动换档，其实质是根据油门开度和发动机有效功率的变化来控制换档。针对拖拉机作业种类繁多，设置了若干换档模式。在每个换档模式下，拖拉机在设定的两个档位之间互换，省去了驾驶员反复手动换档的麻烦。按照换档策略和换档模式的思想方法，设计了基于单片机的自动换档控制系统，包括硬件系统和软件系统。硬件设计主要有传感器的选择、A/D转换电路设计、显示电路设计、按钮电路设计、电磁阀驱动和隔离电路设计、串行通讯电路设计等。软件设计采用单片机C语言编程，设计了主程序、A/D转换子程序、显示子程序、按钮子程序、电磁阀控制子程序等。在设计过程中，分别利用Altium Designer10.0和KeilμVision3绘制电路原理图和编译单片机C语言程序。利用Keil μVision3和Proteus对单片机系统进行联合仿真，初步验证了电路原理图和程序的正确性。制作了单片机系统实验电路板，在计算机上利用程序下载软件STC_ISP_V480，把C语言程序文件导入单片机运行、调试，进一步检验程序是否正确，同时检测单片机硬件系统是否能够正常运行。经过反复修改、调试和运行，最终实验结果表明，该单片机系统能够按照预期的换档模式和策略正常运行，同时验证了单片机系统硬件电路和程序的正确性，所设计的自动换档控制系统能够按照驾驶员意图和外界负荷的变化进行自动换档，整个系统运行可靠，整体设计方案可行。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-19
  1.1 研究背景、目的及意义  12-13
  1.2 变速器概述  13-14
  1.3 国内外研究进展和现状  14-16
    1.3.1 国外研究进展和现状  14-15
    1.3.2 国内研究进展和现状  15-16
  1.4 研究目标和内容  16-18
    1.4.1 研究目标  16-17
    1.4.2 研究内容  17-18
  1.5 技术路线  18-19
第二章拖拉机换档模式及策略研究  19-28
  2.1 换档规律概述  19
  2.2 发动机调速特性  19-21
  2.3 发动机的负荷特性  21-23
  2.4 发动机万有特性  23-24
  2.5 换档模式的设置  24-25
    2.5.1 接近满负荷工况  24-25
    2.5.2 部分负荷工况  25
  2.6 换档策略的确定  25-27
    2.6.1 换档控制策略  25-26
    2.6.2 换档时机  26-27
  2.7 本章小结  27-28
第三章自动换档控制系统总体方案设计  28-32
  3.1 自动换档控制系统的工作原理  28
  3.2 自动换档控制系统的基本组成  28-30
    3.2.1 信号采集单元  29
    3.2.2 电子控制单元  29-30
    3.2.3 执行元件  30
  3.3 换档原理  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章拖拉机自动换档控制系统硬件设计  32-47
  4.1 自动换档控制系统的功能  32
  4.2 设计思路及步骤  32-33
  4.3 设计方案  33-34
  4.4 信号的测量  34-35
    4.4.1 发动机转速的测量  34-35
    4.4.2 供油拉杆位移的测量  35
    4.4.3 油门开度的测量  35
  4.5 主要元器件的选择  35-41
    4.5.1 单片机型号的选择  35-38
    4.5.2 I/O 扩展芯片的选择  38
    4.5.3 A/D 转换芯片的选择  38-40
    4.5.4 电磁阀驱动芯片的选择  40-41
  4.6 硬件电路设计  41-46
    4.6.1 信号转换及显示电路设计  41-43
    4.6.2 功能按钮电路设计  43-44
    4.6.3 电磁阀控制及档位显示电路设计  44-45
    4.6.4 串口通讯电路设计  45
    4.6.5 复位、时钟和供电电路  45-46
  4.7 本章小结  46-47
第五章拖拉机自动换档控制系统软件设计及仿真  47-59
  5.1 单片机 C 语言编程  47-54
    5.1.1 定义变量和初始化  47-48
    5.1.2 主程序  48-51
    5.1.3 模数转换子程序  51-52
    5.1.4 数码管显示程序  52-53
    5.1.5 电磁阀状态子程序  53
    5.1.6 换档模式子程序  53-54
    5.1.7 保持档子程序  54
  5.2 单片机系统仿真  54-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章单片机控制系统调试  59-63
  6.1 单片机系统实验电路板制作  59
    6.1.1 准备工作  59
    6.1.2 实验电路板的焊接  59
  6.2 系统调试  59-62
    6.2.1 单片机最小系统和串口通讯功能调试  60
    6.2.2 模拟信号转换和显示功能调试  60-61
    6.2.3 按钮功能调试  61
    6.2.4 电磁阀驱动及指示功能调试  61
    6.2.5 整合调试  61-62
  6.3 本章小结  62-63
第七章结论与建议  63-64
  7.1 结论  63
  7.2 建议  63-64
参考文献  64-67
附录电路原理图  67-68
致谢  68-69
作者简介  69

拖拉机自动换档模式及控制系统研究

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