一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)，由激光傳感器發(fā)射端、激光傳感器接收端、導(dǎo)航指示終端以及控制核心組成。激光傳感器發(fā)射端和接收端所使用的激光發(fā)射器和激光接收器安裝在同一水平面上，激光接收器指向激光發(fā)射器，發(fā)射端隨拖拉機(jī)前輪同步偏轉(zhuǎn)，同時激光發(fā)射器隨步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸勻速旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)航指示終端用于指示拖拉機(jī)偏航信息?？刂坪诵囊許TM32為主控芯片，通過獲取激光接收器兩次電平信號變化的時間間隔來判斷拖拉機(jī)偏航信息，并控制導(dǎo)航指示終端以指針偏轉(zhuǎn)的形式顯示偏航角度。本發(fā)明基于激光傳感器和單片機(jī)控制技術(shù)，實現(xiàn)拖拉機(jī)行駛過程中直線導(dǎo)航輔助控制，比GPS等導(dǎo)航控制系統(tǒng)成本低，能有效提高拖拉機(jī)作業(yè)精度和效率。
【專利說明】一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體為一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)如今，探索建立符合我國國情的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)運作模式已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的必由之路。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)涉及到耕地、播種、施肥、灌溉及收獲等各個環(huán)節(jié)，而農(nóng)機(jī)作業(yè)過中能否直線行駛對以上各環(huán)節(jié)實施的效果有直接的影響。拖拉機(jī)直線行駛可減少土地重耕、漏耕，保證播種時作物各行之間保持平行，并為作物中期機(jī)械追肥和除草提供先決條件。拖拉機(jī)田間作業(yè)過程中，作業(yè)機(jī)組的行駛路徑絕大部分由拖拉機(jī)駕駛員的駕駛技術(shù)決定，傳統(tǒng)采用劃印器或通過插標(biāo)桿劃地頭線等方式作為駕駛員作業(yè)導(dǎo)航的依據(jù)在復(fù)雜工作環(huán)境下指示效果較差，很難達(dá)到引導(dǎo)駕駛員駕駛拖拉機(jī)走直線的目的；而國內(nèi)近幾年開發(fā)的包括由GPS和計算機(jī)等組成的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航指示系統(tǒng)由于系統(tǒng)復(fù)雜，成本高等問題使得此類導(dǎo)航系統(tǒng)也因此遲遲未能大面積推廣應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)導(dǎo)航方式指示效果差，適應(yīng)性弱等問題，同時提供一種低成本高精度的拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)方案。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由激光傳感器發(fā)射端、激光傳感器接收端、導(dǎo)航指示終端以及控制核心組成；所述激光傳感器發(fā)射端安裝在拖拉機(jī)前輪的轉(zhuǎn)向主銷上，由對射式激光發(fā)射器、激光發(fā)射器支架、獨立電源、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器以及安裝支架組成，所述激光傳感器接收端安裝在拖拉機(jī)前軸上方的車身上，由對射式激光接收器以及接收器支架組成，接收器信號線接入控制核心，所述導(dǎo)航指示終端由吸盤固定在拖拉機(jī)駕駛室前擋風(fēng)玻璃上，由角度刻度盤、安裝有指針的小型步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、液晶顯示屏、獨立按鍵以及帶有吸盤的安裝架組成，導(dǎo)航指示終端通過導(dǎo)線接入控制核心，所述控制核心以STM32為主控芯片，通過采集接入控制核心的激光接收器信號，將拖拉機(jī)偏航信息輸出到導(dǎo)航指示終端上。
[0005]所述激光發(fā)射器由12V獨立電源供電，激光發(fā)射器和獨立電源由激光發(fā)射器支架固定在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，并由所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)以恒定速度旋轉(zhuǎn)。
[0006]所述激光發(fā)射器和激光接收器安裝在同一水平面上，激光接收器固定指向激光發(fā)射器，當(dāng)激光發(fā)射器旋轉(zhuǎn)到與激光接收器水平對置的位置時，激光接收器產(chǎn)生電平變化信號，主控核心通過記錄激光接收器接收到兩次電平變化信號的時間差，就可以計算出拖拉機(jī)偏航的角度信息。
[0007]所述控制核心將偏航角度信息轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)量的脈沖信號，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制小型步進(jìn)電機(jī)朝對應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。所述獨立按鍵和液晶顯示屏用于調(diào)節(jié)和顯示作業(yè)靈敏度信息。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點是:
本發(fā)明以低成本、高性能的STM32微控制器為控制核心，搭載工業(yè)級激光傳感器以及人性化的導(dǎo)航指示終端，實現(xiàn)拖拉機(jī)作業(yè)過程中的直線行駛輔助控制功能，給拖拉機(jī)駕駛員簡單直觀的直線行駛輔助引導(dǎo)，減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度，以此提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)效率、作業(yè)精度和安全可靠性，同時取代采用劃印器和插標(biāo)桿等精確度低、受作業(yè)環(huán)境限制較大的傳統(tǒng)導(dǎo)航指示方式，并可取代以GPS等為控制基礎(chǔ)的高成本導(dǎo)航方式。所設(shè)計的導(dǎo)航指示終端簡單易讀，易于駕駛員實時觀察拖拉機(jī)作業(yè)過程中的偏航角度信息并及時做出修正，具有成本低，精度高，易于推廣等優(yōu)勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖2為本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0011]圖3為本發(fā)明的控制原理示意圖。
[0012]圖4為本發(fā)明的控制流程圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]參見圖1和圖2，本發(fā)明所涉及的對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)，主要包括激光傳感器發(fā)射端1、激光傳感器接收端2、導(dǎo)航指示終端4以及控制核心3。
[0015]為更清晰地描述本發(fā)明的實施過程，這里以東方紅一 LX754型拖拉機(jī)為例。激光傳感器發(fā)射端I安裝在拖拉機(jī)前輪的轉(zhuǎn)向主銷上，由對射式激光發(fā)射器、激光發(fā)射器支架、獨立電源、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器以及安裝支架組成，激光發(fā)射器由12V獨立電源供電，獨立電源和激光發(fā)射器經(jīng)激光發(fā)射器支架固定在步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，步進(jìn)電機(jī)由安裝支架與拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向主銷連接。激光傳感器接收端2安裝在拖拉機(jī)前軸上方的車身上，由對射式激光接收器以及接收器支架組成，激光接收器與激光發(fā)射器安裝在同一水平面上，接收器信號線接入控制核心。導(dǎo)航指示終端4由吸盤固定在拖拉機(jī)駕駛室前擋風(fēng)玻璃上，由角度刻度盤、安裝有指針的小型步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、液晶顯示屏、獨立按鍵以及帶有吸盤的安裝架組成，導(dǎo)航指示終端4通過導(dǎo)線接入控制核心3，控制核心3以STM32為主控芯片，通過采集接入控制核心3的激光接收器信號，將拖拉機(jī)偏航信息輸出到導(dǎo)航指示終端4上。
[0016]為實現(xiàn)激光傳感器發(fā)射端能夠勻速精準(zhǔn)地旋轉(zhuǎn)，這里使用某款速度閉環(huán)帶細(xì)分功能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，帶動激光發(fā)射器以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接入控制核心，由控制核心控制其旋轉(zhuǎn)速度等級，并可使用導(dǎo)航指示終端上的獨立按鍵設(shè)置步進(jìn)電機(jī)為150rpm、300rpm、450rpm、600rpm等不同速度等級，并且由控制核心3將旋轉(zhuǎn)速度顯示在液晶顯示屏上。
[0017]為直觀顯示拖拉機(jī)行駛過程中的偏航信息，本發(fā)明將導(dǎo)航指示終端4設(shè)計成指針顯示的形式，指針安裝在某款高精度的小型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，步進(jìn)電機(jī)同樣由高精度帶細(xì)分功能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動，以某款步距角為0.9度的步進(jìn)電機(jī)為例，將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器細(xì)分等級設(shè)置為100時，則每個脈沖信號將使電機(jī)旋轉(zhuǎn)0.009度，細(xì)分等級可通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器上的撥碼開關(guān)控制。
[0018]下面結(jié)合圖3和圖4詳細(xì)說明本發(fā)明實現(xiàn)拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航的控制原理，NPN型對射式激光發(fā)射器和激光接收器安裝在同一水平面上，激光發(fā)射器隨步進(jìn)電機(jī)以恒定速度旋轉(zhuǎn)，當(dāng)激光發(fā)射器旋轉(zhuǎn)到與激光接收器水平相對位置時，激光接收器接收到激光信號，并產(chǎn)生高電平?？刂坪诵闹袛嗄K接收到電平變化信號立即產(chǎn)生中斷，并在中斷服務(wù)函數(shù)中讀取實時時鐘模塊中計數(shù)寄存器的計數(shù)值，通過計算兩次計數(shù)值的差值，就可推算出拖拉機(jī)前輪偏航角度的大小。
[0019]如圖3中(I)所示，在理想情況下，假定拖拉機(jī)行駛時前輪不偏轉(zhuǎn)，則接收端將以固定時間間隔接收到發(fā)射端發(fā)出的激光信號，該時間間隔即為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周的時間。當(dāng)拖拉機(jī)前輪在行駛過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，如圖3中(2)所示，激光傳感器發(fā)射端會跟隨拖拉機(jī)前輪偏轉(zhuǎn)同樣的角度，此時激光傳感器發(fā)射端在固定時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)一周時到達(dá)圖示位置1，當(dāng)發(fā)射端再經(jīng)過一小段時間后到達(dá)位置2時，激光發(fā)射器接收端接收到激光信號，產(chǎn)生電平變化。此時繞過的Θ角即為拖拉機(jī)偏航的角度。當(dāng)拖拉機(jī)前輪偏向左側(cè)時，激光發(fā)射端旋轉(zhuǎn)到與激光接收端對齊位置的時間將比固定時間短，通過計算縮短的時間差就可知拖拉機(jī)前輪向左偏轉(zhuǎn)的角度。同樣，當(dāng)拖拉機(jī)前輪偏向右側(cè)時，激光發(fā)射端旋轉(zhuǎn)到與激光接收端對齊位置的時間將比固定時間長，此時拖拉機(jī)前輪向右偏轉(zhuǎn)的角度也可計算出。
[0020]對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)正常工作時，導(dǎo)航指示終端4實時接收控制核心3發(fā)來的偏航角度信息，并通過指針偏轉(zhuǎn)的形式表現(xiàn)出來，拖拉機(jī)駕駛員可根據(jù)指針向左或向右偏轉(zhuǎn)的情況來判斷拖拉機(jī)行駛過程中的偏航信息，以此調(diào)整方向盤以達(dá)到拖拉機(jī)直線行走的目的，駕駛員還可以根據(jù)不同作業(yè)環(huán)境設(shè)置控制系統(tǒng)的靈敏度，并將靈敏度信息顯示在導(dǎo)航控制終端的液晶顯示屏上。
【權(quán)利要求】
1.一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于，該系統(tǒng)由激光傳感器發(fā)射端、激光傳感器接收端、導(dǎo)航指示終端以及控制核心組成；所述激光傳感器發(fā)射端安裝在拖拉機(jī)前輪的轉(zhuǎn)向主銷上，由對射式激光發(fā)射器、激光發(fā)射器支架、獨立電源、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器以及安裝支架組成，所述激光傳感器接收端安裝在拖拉機(jī)前軸上方的車身上，由對射式激光接收器以及接收器支架組成，接收器信號線接入控制核心，所述導(dǎo)航指示終端由吸盤固定在拖拉機(jī)駕駛室前擋風(fēng)玻璃上，由角度刻度盤、安裝有指針的小型步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、液晶顯示屏、獨立按鍵以及帶有吸盤的安裝架組成，導(dǎo)航指示終端通過導(dǎo)線接入控制核心，所述控制核心以STM32為主控芯片，通過采集接入控制核心的激光接收器信號，將拖拉機(jī)偏航信息輸出到導(dǎo)航指示終端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)，其特征在于:所述激光發(fā)射器由12V獨立電源供電，激光發(fā)射器和獨立電源由激光發(fā)射器支架固定在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，并由所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)以恒定速度旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)，其特征在于:所述激光發(fā)射器和激光接收器安裝在同一水平面上，激光接收器固定指向激光發(fā)射器，當(dāng)激光發(fā)射器旋轉(zhuǎn)到與激光接收器水平對置的位置時，激光接收器產(chǎn)生電平變化信號，主控核心通過記錄激光接收器接收到兩次電平變化信號的時間差，就可以計算出拖拉機(jī)偏航的角度?目息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對射式激光拖拉機(jī)輔助導(dǎo)航控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制核心將偏航角度信息轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)量的脈沖信號，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制小型步進(jìn)電機(jī)朝對應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度；所述獨立按鍵和液晶顯示屏用于調(diào)節(jié)和顯示作業(yè)靈敏度信息。
【文檔編號】G05D1/02GK103955219SQ201410175144
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月26日
【發(fā)明者】陳黎卿, 劉立超, 張健美, 鄭泉, 錢梵梵, 王韋韋 申請人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)