播种作业导航控制系统运用

期刊目录网农业工程论文发表2018-02-20 08:19关注(1)

　　文章是一篇农业类论文，主要讲述了播种作业导航控制系统优化和终端设计建设改革应用要点等，本文选自：《现代农业》,《现代农业》始终宣传党的方针政策,传播农业科学知识,为农业、农民服务是其一贯的办刊宗旨。本刊主要报道国内外的农业新技术、新成果,介绍实用技术,刊载专家学者对疑难问题的解答,传递市场信息,为广大农牧民脱贫致富达小康服务。

　　摘要：在农机导航控制系统中,导航定位系统与多传感器相互融合技术和机器视觉技术应用最为广泛,由于导航定位系统与多传感器融合技术为核心的导航技术中的导航路径是以地面为研究对象,所以更适合于农业中的播种、施肥过程,而机器视觉技术更加适合于收获、茎叶喷药等过程。

　　关键词：播种作业,农业工程,农业技术,农业论文

　　1.1 论文研究的背景和意义

　　随着科技的不断进步,科学技术在各个领域都给人们带来了技术成果。科技的发展与创新在农业生产中不但带动了农业自身发展,而且逐步替代了传统的生产方式,使其朝着自动化和智能信息化方向发展。无论从中国的自身国情出发,还是着眼于国际视野,大力发展与提高我国农业机械化以及自动化水平是我国农业发展的必然之路,也是对我国农业走可持续发展策略的有力保障[1]。

　　中国是农业大国,也是人口大国,农业的发展直接关系到民生等问题,我国很早就开始对农业生产进行科学研究,但是土地利用率较低、资源浪费、环境污染等问题依然没有得到很好的解决。近年来随着电子、信息科学技术的发展“精细农业”的概念得到了广泛的认可与推广。“精细农业”在国外已经得到很好的应用,其主要内容是以信息技术为基础,利用定位系统、遥感系统、地理信息系统、决策系统、信息采集与处理系统、智能农业装备等关键技术,实现农业的低投入高产出,对节约资源,保护环境具有重要意义[2]。在农业生产中拖拉机是不可缺少的农业机械,其通过挂载、牵引农具实现耕地、播种、收获等大多数的农田工作,所以能否充分利用拖拉机在精准农业中起着非常重要的作用。

　　由于拖拉机的工作环境较差,工作的多样性以及复杂性,以及操作者的技能水平不一,这些都影响着农田耕种、收获的效率与经济效益[2-4]。将自动驾驶技术应用于拖拉机可以有效提高耕地、播种、收获等过程中的行间精度,有效降低生产过程中的重复作业、漏作业等现象的产生,从而提高了农耕效率,降低成本。最重要的是拖拉机自动驾驶可以将拖拉机的操作者从繁重、单一、重复的生产过程中解放出来。

　　目前国外公司研制的拖拉机导航系统已经在国内农业生产中进行了推广使用,但其成本较高,而且由于技术问题大部分产品在国内无法进行维修,不利于拖拉机导航系统在国内进行长期的使用。另一方面,由于目前针对我国农业生产中的导航控制科研成果较少,科研成果与产品的转化率较低,目前在国内导航控制系统仍处于理论与科研探索阶段。加强拖拉机导航系统的研究有利于减少我国对国外产品和技术的依赖,降低产品成本、开发出针对我国自身的地块情况的导航系统。

　　1.2 拖拉机导航控制系统发展现状

　　1.2.1 国外发展趋现状

　　国外的导航控制技术研究起步较早,其先进的电子、计算机技术使得农机的导航控制技术得以在很多农业生产过程中得到应用。从 20 世纪 90 年代开始美国、日本等国家就针对精细农业理念开始研发适用于农机使用的自动驾驶系统。

　　导航定位系统与多传感器融合技术为核心的导航控制技术研究较早,目前已经有很多公司推出了各自特点的导航控制系统产品,如由美国约翰迪尔(John Deere)公司推出的 AutoTrac 自动驾驶系统、由美国天宝(Trimble)公司推出的 Trimble Autopilot 自主导航系统、由日本拓普康(Topcon)公司推出的 System150 高精度自动控制系统以及美国凯斯公司推出的 AFS Accu Guide 导航控制系统。

　　第二章 拖拉机导航控制系统电液提升模块设计

　　2.1 电液提升模块总体设计

　　目前在本设计中导航控制系统如图 2-1 所示,包括导航终端、转向控制器、电液提升机构三个部分。在播种作业中通过拖拉机悬挂提升系统对播种器进行提升与下降操作是必不可少的,所以电液提升机构是导航控制系统重要模块之一,该模块由导航终端实现控制功能。

　　传统的农机提升机构, 通常采用变化手柄档位来控制农机的提升机构, 操控者通过控制手柄使多路阀连接的油道发生改变,从而实现上升与下降的功能,但是这种液压控制方式在控制过当或长期处于上升或下降状态的情况下,容易造成提升机构系统的压力升高,油温升高,损坏液压件、挂杆件或农具。机械部件的摩擦,手柄的涨缩,以及弹性元件的迟滞都会影响到操作反应时间,而且一般需要在与他人的配合下才能准确的实现提升与下降,这也提高了劳动成本。

　　电液提升机构是导航控制系统中的重要组成部分,在实现导航控制过程中出现悬挂设备故障、地头转弯等情况需要操作拖拉机的提升机构。随着技术的发展, 电气与液压控制相结合的电液控制将会逐步取代单纯的液压控制,实现控制更为精准、系统更加稳定安全的同时也可以减少农机操作时的人力投入,提高农机作业的效率。本文的研究是在铁牛 654 拖拉机手动提升机构的基础上进行的。铁牛654 的液压提升机构主要是由提升手柄、多路阀、提升油缸、齿轮油泵组成。为了实现电液控制需要在原有提升机构的基础上改造液压控制部分,并增加电路控制模块对提升动作实现电气控制。

　　2.2 提升控制器设计

　　控制部分采用基于 ARMv7-M 架构的 Cortex-M3 内核的主控芯片 LM3S5749,控制信号采用 PWM 脉冲输出信号,该控制器可以提供 3 个 PWM 发生器,每个发生器有 2个可以独立控制的 PWM 输出信号,2 个比较器,1 个 16 位的递增/递减计数器。软件使用 IAR 开发工具对 ARM Cortex-M3 控制器进行开发,ARM 控制器可以实现GPIO 推挽输出、PWM 输出功能。差动放大电路的稳定性受共模干扰信号和零点漂移现象的影响很大,并且本身设计较为复杂,本设计采用较为成熟、简单、较为稳定的共射极三极管放大电路。三极管放大电路对于交流电放大效果较为理想,所以采用 ARM控制器 PWM 输出信号。软件的开发平台采用的是 IAR 开发工具,在 C 语言开发环境下对 GPIO 口实现 PWM 输出控制[15][16]。开发流程如图 2-3 所示。

播种作业导航控制系统运用相关论文：

耕地质量农业技术推广模式分析
农业技术推广如何创新
农业技术推广如何评价
农业技术新科技应用策略实施
农业技术新科技发展实施条例

上一篇：现代化农业机械制造新科技建设运用
下一篇：有机农业新改革发展趋势