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  小型挖掘机功能模块的设计


  控制系统硬件功能模块的设计,是通过对最小系统的扩展来完成的。挖掘机的工作环境比较复杂,各种输入信号和输出驱动信号众多,为了控制任务的顺利完成和系统的可靠工作,必须对电路进行抗干扰设计,在进行电子电路设计时使用了Protel软件。

小型挖掘机功能模块的设计
  1  小型挖掘机电源电路


  小型挖掘机系统控制器设计由车载电瓶提供24V直流电源输入。根据使用场合的不同,系统控制器需要的电源分为三种:数字电路电源、模拟电路电源和功率驱动电源。由于不同器件所需的供电电压不尽相同,ECU需要从电源电路获得如下四种电压:


  ①三路+24V,供给功率驱动输出电路和压力传感器电路;


  ②两路+9V电压,供给机械触点开关和集成电路的电源端;


  ③两路+5V电压,分别供给模拟电路器件和数字电路器件;


  ④一路+3.3V电压,主要供给微控制器及与微控制器直接相关的输入处理单元。
小型挖掘机功能模块的设计

  根据小型挖掘机车载使用条件,系统控制器的输入电源并非理想的直流电源,可理解为通过发电机——电压调节器——铅蓄电池提供。虽然可将性能良好的蓄电池视为海量电容,但在大部分情况下随着其内阻的增大,蓄电池的供电情况会变得非常恶劣(挖掘机启动时,蓄电池电压可能降至14V甚至更低)。


  因此,在设计控制系统的电源时必须注意到电源电路在各种不同输入电压情况下的适应性;如果考虑野外的恶劣作业环境而采用了密封设计,则同时还须注意电源电路的转换效率。因此,本设计选用高效的DC-DC电源模块(DC-DC直流隔离电源,将单一直流电源隔离变成所需的直流电源输出;简化电路设计排除电源回路与地线之间的干扰,起隔离栅的作用),通过分立元件构成了控制系统的供电系统的电源电路。


  小型挖掘机的电源电路可适应极宽范围的输入电压,只要输入电压高于12V即可稳定工作,并具备很强的过电流和过电压保护能力,当输出电流超过调定值或输入电压超过设定电压时,电源将立即停止供电;然而一旦外部情况回到正常状态,电源可迅速恢复供电。为防止数字电路电源对模拟电路电源产生干扰,系统中数字地和模拟地应当分别布线、单点接地。


  电源模块的+24V电源是由蓄电池提供,驱动电路的+24V电压由也是从蓄电池直接提供。为了防止系统短路烧坏元器件,在输入端串接了自恢复保险装置;在供电电源模块中利用稳压管得到+9V的供电电压,使用了标准稳压芯片LM7805降压,得到+5V的供 电电压,+5V电压通过精准稳压芯片REG1117-3.3再次降压,得到稳定的+3.3V电压供给


  MSP430F149单片机。

小型挖掘机功能模块的设计
  2  模拟信号处理电路


  MSP430F149共有8个可选模拟输入通道,经多路切换进入转换器的输入电路,MSP430F149的ADC模块不需要CPU额外的处理开销,因此可在任意时刻对任意通道进行转换。


  模拟信号从模拟输入管脚引入多路转换器,由12位A/D转换器进行采样和量化,将结果存入转换结果(ADAT)寄存器,并可将结果保存至下一次转换的开始。采样信号的量化由MSP430F149内部+2.5V 电压基准作为参考电压,模拟输入信号的电压范围为0~2.5V直流。
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