田间作业机组激光导引系统设计与试验

《田间作业机组激光导引系统设计与试验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据山东农业大学硕士学位论文摘要驾驶员操控拖拉机进行田间作业时，行走轨迹很难保持直线，机组田间作业行驶的直线度误差将会影响整地、播种、喷药、收获等农田作业，所以通常使用划行器辅助机组直线行驶。但是使用划行器存在一些不足，一是划出的沟痕宽，产生误差比较大；二是由于沟痕模糊，方向偏移时，驾驶员不能快速做出反应；三是容易产生累积误差。划行器已经不能满足农业机械化作业和农艺的要求。基于激光技术和光电探测技术，设计了激光导引系统。系统主要由激光发射装置和激光接收装置组成。系统工作时，由激光发射器发出的红光激光，被安装在拖拉机上的激光接收装置接收，通过解调转换为电信号，由LED灯指示出机组的方向偏

2、移，从而辅助驾驶员调整拖拉机方向，进行直线行驶。为此，主要完成了以下工作：对激光发射器和激光接收器进行了研究与设计。激光发射器主要由半导体激光器和光束准直压缩系统组成。分析研究了激光产生的基本原理、激光器的构成，在比较不同种类激光器的基础上，选择了半导体激光器；通过对激光高斯光束特性的研究，利用光束准直压缩系统减小半导体激光器的发散角；和西安凌越科技有限公司合作，专门设计了一款满足系统要求的激光平行光管作为激光发射器。在研究光电探测技术的基础上，分析比较不同的光电传感器，选择用集成PIN光电二极管的一体化激光接收头取代光电转换和信号调理电路；通过对3种不同激光接收头的接收性能比较，选择FT

3、-099LD型作为激光接收器的光电传感器；对激光接收头外围电路进行设计和优化，并用AltiumDesigner完成了激光接收器电路板的设计。完成了激光导引系统的构建。系统包括激光发射装置和激光接收装置。通过对激光发射器进行调制和调平，完成激光发射装置的设计。调制后的激光发射器提高了发射和接收的抗干扰能力，同时功耗降低、使用寿命更长；进行了激光束水平倾角的试验，调平后的激光束最大水平倾角为0．5l7，即200m范围内，激光束垂直方向最大偏差为3cm，在激光接收器的接收范围内。通过Keil软件进行C语言编程，使用单片机对激光接收器的电信号进行控制，实现位置偏差信号的识别，并用LED模块进行指示

4、，完成对激光接收装置的设计。研究和分析了激光传播的影响因素，进行了激光束在空气中传播影响因素试验。分别在清晨、正午、傍晚3种太阳光照条件下，对激光发射器发射的激光束进行测试，结万方数据田间作业机组激光导引系统设计与试验果表明，200m范围内，光束无闪烁现象，不会影响激光的调制频率；光束有抖动，但是抖动振幅非常小；激光束指向的长时间稳定性误差不超过0．02mrad，即在200m内，激光束在竖直方向的偏移量不超过4rni／1。光束的抖动和弯曲幅值均在激光接收器的有效接收范围内，因此，不会对激光导引系统正常工作造成影响。研究和分析了激光束的远场能量分布情况，进行了光斑大小适应性试验。结果表明，激

5、光接收器可以在200m稳定接收信号并且不会出现使两个信号灯同时亮的情况，说明选择的激光接收头型号合适、外围电路设计合理、激光接收器上激光接收头的排布合适，光斑大小的变化不会影响激光导引系统工作稳定性。激光导引系统路面试验。地点选在山东农业大学校园，试验过程中，太阳光照对激光导引系统导向精度影响不大。当机组行驶速度为3．6km／h，使用激光导引系统时，最大偏移量6cm，最小偏移量0cm，平均偏移量O．48cm，均方根误差2．42cm，绝对值S3em的测点占85％，绝对值≤6em的测点占100％；使用划行器时，最大偏移量13cm，最小偏移量0．7cm，平均偏移量2．28cm，均方根误差6．85

6、cm，绝对值S3cm的测点占15％，绝对值s6cm的测点占61％。结果表明，使用激光导引系统时，平均偏移量、均方根误差和偏移量极差均小于划行器，说明激光导引系统与划行器相比，提高了机组行驶的直线性。采用单片机进行智能控制，与激光发射器和激光接收器组成的激光导引系统，进行田间作业，精度高、工作稳定，机组在田间行驶没有累积误差，机组行驶的直线性得到了提高，为实施全程机械化创造了良好的条件。关键词：田问作业；激光导引；农业机械；直线行驶II万方数据山东农业大学硕士学位论文DesignandTestofLaserGuidanceSystemforFieldMachineryAbstractWhen

7、driverscontroltractorsconductingfieldwork，walkingtracksarehardtokeepstraight，whichaffectsfieldoperations，suchassoilpreparation，seeding，spraying，harvesting．Sodriversusetherowmarker-assistedunittypically．However，th