农机自动驾驶监控终端关键技术研究与系统开发

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目前，国外对农机自动导航技术的研究无论是技术上还是产品上正逐步趋向成熟，而国内在农机自动导航系统产品上还未完全形成产业化。随着农机自动导航技术的发展，农业导航监控终端技术已经成为农业机械自动导航技术的重要组成部分，农机导航监控终端系统可以更好地管理控制农机自动导航系统，实现对农机自动导航系统的实时监控与用户决策信息的输入输出。
　　本文对农机导航监控终端系统关键技术进行了研究，包括农机田间路径规划、农机转向自动标定、导航监控终端界面设计和数据通讯等，开发了农机自动导航监控终端系统，实现了农机车辆的导航状态监控、农机具的操纵控制及开机自诊断等。
　　第一，针对农机田间全覆盖路径规划特点，分析了农机地头转弯路径与直线作业路径，确定了田间路径优化指标，设计了农田路径规划算法，包括地块搜索、导航作业初始航行确定、导航作业区域路径规划算法和地头转弯路径规划算法，其中，作业区域路径规划包括S型路径规划和回字型路径规划，地头转弯路径规划包括半圆形转弯模式、梨形转弯模式和鱼尾形转弯模式。
　　第二，提出了一种全新的农机转向自动标定方法，以拖拉机为例，利用GPS采集拖拉机运动轨迹坐标，通过曲线圆拟合算法，得到拖拉机的前轮转弯半径，根据农机转弯半径、农机转向角，推算农机转向角度与角度传感器输出值的一一对应关系，完成了农机轮角的左右极限自动标定，并利用逐步逼近方法，实现了轮角的零位标定和转向电磁阀标定。
　　第三，开发了导航监控终端系统软件，通过对农田工作特点与导航需求分析，硬件采用基于ARM核心处理器的硬件系统，软件采用VS2008开发环境，C++语言，MFC框架，开发了基于WinCE的农机自动导航监控终端软件。软件程序的总体功能模块包括人机交互界面显示、基于RS232的串口通讯模块、路径规划模块、文件读写模块、转向标定模块、油门标定模块和系统参数调节模块。并制定了导航监控终端与导航控制器之间的数据通讯协议。
　　第四，对导航监控终端系统软件各个功能模块进行了测试验证，将该导航监控终端软件系统装在拖拉机上测试运行，结果表明：导航监控终端软件系统实现了农机作业动画界面显示、串口通讯、数据存储、文件读写、路径规划、参数标定等功能，并可长时间连续稳定的工作，有效实现了对农机导航系统的监控。转向自动标定实验表明该方法可以快速、精确地实现农机的转向标定，轮角左右极限标定时间在2min以内，零位标定误差在0.2°范围内；电磁阀死区标定时间在20S以内。并进行了导航系统田间实验，结果表明，该自动导航系统可以准确地实现全局地块路径规划，直线导航跟踪误差保持在0.05m范围内。

著录项

作者
张亚娇;
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作者单位

华南农业大学;

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授予单位华南农业大学;
学科农业电气化与自动化
授予学位硕士
导师姓名罗锡文;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类拖拉机;
关键词
农机车辆; 拖拉机; 自动驾驶; 田间路径规划; 转向自动标定; 导航监控终端;

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