一種遙控多功能草方格鋪設履帶車的設計*

徐國良 ， 徐興煒 ， 黎 航 ， 李恒征 ， 孟炎炎

（1.宿州學院機械與電子工程學院，安徽 宿州 234000；2.宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000）

鋪設草方格治沙是目前沙漠治理中較為成熟的措施，其原理是通過草方格對風沙的固、阻、輸、導等作用達到防止風沙侵害的效果[1-4]。為了進一步提高草方格鋪設設備的靈活性并突破其應用局限性[5-10]，本文設計了一種遙控多功能草方格鋪設履帶車。該鋪設設備以履帶作為行走裝置，采用遠程遙控行進的方式鋪設草方格，一次行進可以完成鋪草、播種和撒種等工作，能夠較好地降低工人工作強度，有效規避工人在陡峭位置鋪設草方格時的風險[11-16]。

1 設計方案

1.1 整體結構設計

多功能草方格鋪設履帶車整體結構圖如圖1所示。多功能草方格鋪設履帶車車身結構采用SolidWorks三維軟件設計，其整體結構由五個活動單元組成：履帶行走單元1、蒲草壓刀執行單元2、預制草簾下料單元3、播種單元4 及灑水單元5。履帶行走單元1 以減速直流電機作為動力源，將動力直接傳遞給履帶驅動輪，實現履帶車的前進、后退和轉彎。當履帶車駛入鋪設地點后，液壓升降桿6 將播種單元4放下，灑水單元5 控制開關打開，履帶驅動輪轉動驅動履帶車行進。與此同時，安裝在預制草簾下料單元3 的電機轉動向蒲草壓刀執行單元2 輸送草料。蒲草壓刀執行單元2 隨著履帶車的行進周期性地往復下壓完成草方格的鋪設工作。當鋪設完成后在非鋪設地面行走時，液壓升降桿6 將播種單元4 抬起，灑水單元5 控制開關關閉，預制草簾下料單元3 和蒲草壓刀執行單元2 停止工作。履帶車控制裝置及相關元器件安裝于履帶車內部。

圖1 多功能草方格鋪設履帶車整體結構示意圖

1.2 硬件電路設計

1.2.1 主控系統電路設計

在履帶車的控制系統設計中，采用INFINEON/英飛凌SAK-TC264D-40F200W 為主控芯片。為實現履帶車的遠程遙控功能，控制系統采用串口通信的形式實現無線連接。由于PWM 控制可以較好地實現線性控制，履帶車的行進控制和蒲草壓刀執行單元的運動控制中均采用了PWM 的控制方法。履帶車的主控系統電路圖如圖2所示。

圖2 主控電路設計圖

1.2.2 驅動電路設計

履帶車行走機構和液壓系統采用DRV8701 電機驅動板進行驅動控制。通過主控芯片管理電機驅動控制芯片，實現對外部控制信號的響應。電機驅動原理圖如圖3所示。

圖3 電機驅動原理圖

1.3 控制程序設計

1.3.1 無線控制程序

由于通過串口通信，因此程序設計時應先設置串口的相關信息，如串口號、波特率以及RX、TX 通信引腳等，然后再進行信息的接收處理。將接收的數據暫存在DAT 里，然后根據輸入來判斷所需控制的模塊。根據需要控制的模塊設置每個模塊對應的狀態標志位，用來檢測控制狀態。根據所接收的信息進行判斷，改變當前標志位狀態，從而進行下一步控制。

1.3.2 電機控制程序

檢測到相關標志位的改變后，需要進行相關PWM 通道的控制。履帶車在設計過程中用到了5 個電機，因此需要5 路PWM 通道和5 路方向通路。為便于履帶車后續的升級和拓展，本設計采用通路枚舉的方式進行控制，只需一個函數就能控制所有電機甚至更多。提前控制設置好每個電機的通路后，將其帶入函數直接控制。部分函數的定義如下：

電機控制與信號獲取都處理完后，需要進行配合操作完成最終實際功能。本文將電機控制與狀態處理放在中斷里進行，這樣可以設置中斷處理頻率，從而改變響應速度。

2 結語

本文針對當前防風固沙草方格鋪設設備在使用中的不足，設計了一種遙控多功能草方格鋪設履帶車，并完成了履帶車的結構設計和控制系統設計?？刂葡到y以INFINEON/英飛凌SAK-TC264D-40F200W 為主控芯片，并采用PWM 作為電機的控制算法，設計了履帶車的行走、鋪草、播種等單元的控制程序。該遙控多功能草方格鋪設履帶車對于沙丘坡面、腹地綠洲等地帶的草方格鋪設工作具有較好的應用前景。