一种遥控多功能草方格铺设履带车的设计*

徐国良 ， 徐兴炜 ， 黎 航 ， 李恒征 ， 孟炎炎

（1.宿州学院机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000；2.宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000）

铺设草方格治沙是目前沙漠治理中较为成熟的措施，其原理是通过草方格对风沙的固、阻、输、导等作用达到防止风沙侵害的效果[1-4]。为了进一步提高草方格铺设设备的灵活性并突破其应用局限性[5-10]，本文设计了一种遥控多功能草方格铺设履带车。该铺设设备以履带作为行走装置，采用远程遥控行进的方式铺设草方格，一次行进可以完成铺草、播种和撒种等工作，能够较好地降低工人工作强度，有效规避工人在陡峭位置铺设草方格时的风险[11-16]。

1 设计方案

1.1 整体结构设计

多功能草方格铺设履带车整体结构图如图1所示。多功能草方格铺设履带车车身结构采用SolidWorks三维软件设计，其整体结构由五个活动单元组成：履带行走单元1、蒲草压刀执行单元2、预制草帘下料单元3、播种单元4 及洒水单元5。履带行走单元1 以减速直流电机作为动力源，将动力直接传递给履带驱动轮，实现履带车的前进、后退和转弯。当履带车驶入铺设地点后，液压升降杆6 将播种单元4放下，洒水单元5 控制开关打开，履带驱动轮转动驱动履带车行进。与此同时，安装在预制草帘下料单元3 的电机转动向蒲草压刀执行单元2 输送草料。蒲草压刀执行单元2 随着履带车的行进周期性地往复下压完成草方格的铺设工作。当铺设完成后在非铺设地面行走时，液压升降杆6 将播种单元4 抬起，洒水单元5 控制开关关闭，预制草帘下料单元3 和蒲草压刀执行单元2 停止工作。履带车控制装置及相关元器件安装于履带车内部。

图1 多功能草方格铺设履带车整体结构示意图

1.2 硬件电路设计

1.2.1 主控系统电路设计

在履带车的控制系统设计中，采用INFINEON/英飞凌SAK-TC264D-40F200W 为主控芯片。为实现履带车的远程遥控功能，控制系统采用串口通信的形式实现无线连接。由于PWM 控制可以较好地实现线性控制，履带车的行进控制和蒲草压刀执行单元的运动控制中均采用了PWM 的控制方法。履带车的主控系统电路图如图2所示。

图2 主控电路设计图

1.2.2 驱动电路设计

履带车行走机构和液压系统采用DRV8701 电机驱动板进行驱动控制。通过主控芯片管理电机驱动控制芯片，实现对外部控制信号的响应。电机驱动原理图如图3所示。

图3 电机驱动原理图

1.3 控制程序设计

1.3.1 无线控制程序

由于通过串口通信，因此程序设计时应先设置串口的相关信息，如串口号、波特率以及RX、TX 通信引脚等，然后再进行信息的接收处理。将接收的数据暂存在DAT 里，然后根据输入来判断所需控制的模块。根据需要控制的模块设置每个模块对应的状态标志位，用来检测控制状态。根据所接收的信息进行判断，改变当前标志位状态，从而进行下一步控制。

1.3.2 电机控制程序

检测到相关标志位的改变后，需要进行相关PWM 通道的控制。履带车在设计过程中用到了5 个电机，因此需要5 路PWM 通道和5 路方向通路。为便于履带车后续的升级和拓展，本设计采用通路枚举的方式进行控制，只需一个函数就能控制所有电机甚至更多。提前控制设置好每个电机的通路后，将其带入函数直接控制。部分函数的定义如下：

电机控制与信号获取都处理完后，需要进行配合操作完成最终实际功能。本文将电机控制与状态处理放在中断里进行，这样可以设置中断处理频率，从而改变响应速度。

2 结语

本文针对当前防风固沙草方格铺设设备在使用中的不足，设计了一种遥控多功能草方格铺设履带车，并完成了履带车的结构设计和控制系统设计。控制系统以INFINEON/英飞凌SAK-TC264D-40F200W 为主控芯片，并采用PWM 作为电机的控制算法，设计了履带车的行走、铺草、播种等单元的控制程序。该遥控多功能草方格铺设履带车对于沙丘坡面、腹地绿洲等地带的草方格铺设工作具有较好的应用前景。