CN101078620A

CN101078620A - 一种装有激光接收器的平地系统

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Publication number: CN101078620A
Application number: CN 200710118494
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 吕庆飞; 杨政; 林建涵; 司永胜; 李鑫磊; 谢幸福
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2007-11-28

Abstract

本发明涉及平整土地的装置，特别是用激光测量后与控制系统连接，组成应用于平整土地的装置。一种装有激光接收器的平地系统，包括激光接收器和控制器，所述激光接收器，由滤光片、光电传感器、前置放大电路、信号整形电路串接而成，将串接而成的装置安装在支架上，将所述支架安装在外壳内，在所述外壳上装有有机玻璃罩。将硅光电池分成4列每列13分成层排放，将每个接收层中相邻的硅光电池两两垂直安装在电路板上方两个金属支架上，将所述两个金属支架设置成一个正六边形。发明独特的传感器结构设计，保证激光接收器在360°范围都能够有效地接收到激光信号，并在不增加成本的前提下使接收器垂直接收范围达到30cm，接收半径达到200m。

Description

一种装有激光接收器的平地系统

技术领域

本发明涉及平整土地的装置，特别是采用激光测量后与控制系统连接，组成系统应用于平整土地的装置。

背景技术

我国是农业大国，农业用水占全国总用水量的75.3％，地面灌溉是我国农业灌溉的主要方法，改善农田平整状况，可以有效提高农田灌溉水利用率。

土地平整方法包括常规平地方法和激光控制平地方法。常规土地平整方法又包括人工平地、半人工半机械平地和机械平地等多种手段，机械平地主要采用推土机、铲运机和刮平机等设备，其具有土方运移量大、平地费用相对较低等特点，适合在地面起伏较大、土地平整度较差的农田进行粗平作业，可以从总体上改善农田地形。常规的机械平整方法受机具自身缺陷和人工操平精度有限的制约，土地平整精度在达到一定程度后无法继续提高，无法达到精细灌溉的要求。激光测量、控制平地技术是利用激光测量平面和用电子控制系统作为非视觉的控制手段，利用控制系统控制液压调解系统实现平地铲的自动升降，避免了人工操作和目测判断所造成的失误和较大的误差，达到农田地面的精细平整的目的。激光控制平地系统能够大幅度提高土地平整精度，其激光接收系统的灵敏度至少比人工视觉判断和平地机上操作人员的手动液压调节系统准确10～50倍，具有常规平整方法无法比拟的优越性。

国内现有技术中，对激光控制平地系统的研究绝大部分集中在平地产和液压调节系统方面，激光接收器等控制装置仍旧采用进口设备。有少数科研单位对激光接收、控制系统进行研究，但其因为抗干比拟的优越性。

国内现有技术中，对激光控制平地系统的研究绝大部分集中在平地产和液压调节系统方面，激光接收器等控制装置仍旧采用进口设备。有少数科研单位对激光接收、控制系统进行研究，但其因为抗干扰性不强，或者因为工作半径太小、作业精度低或者因为工作效率低等诸多因素都没有得到应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有平地装置及测量方法的缺陷，提供一种激光测量接收器，用本发明的接收器连接控制电路，控制平地机的液压系统及平地铲，实现高效精准的平地作业。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用一种装有激光接收器的平地系统，包括激光接收器和控制器，其特征在于：所述激光接收器，由滤光片、光电传感器、前置放大电路、信号整形电路串接而成，将串接而成的装置安装在支架上，将所述支架安装在外壳内，在所述外科上装有有机玻璃罩。

本发明所述滤光片采用在聚乙烯材料中掺杂一定比例的色素而至制成的吸收型滤光片，所述滤光片的截止波长为600nm；所述有机玻璃罩为激光信号入射窗口，所述有机玻璃采用红色有机玻璃用于初步滤光。

本发明所述光电传感器采用硅光电池。

本发明所述硅光电池分成4列每列分成13层排放，将所述每列硅电池分别标记为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M，将其中A、B、C、D并联连接，用于表示发射来的激光信号处于太低的位置；将其中E、F并联连接，用于表示发射来的激光信号处于低的位置；将其中G层表示发射来的激光信号处于中的位置；将其中的H、I并联，表示发射来的激光信号处于高的位置；将其中J、K、L、M并联连接，表示发射来的激光信号处于太高的位置；将每个接三级采用了射极偏置电路进行温度补偿。

本发明所述信号整形电路采用四电压比较器，将脉冲信号转换成高低电平信号，再用所述信号整形电路中的单稳态触发器将脉冲进行展宽。

本发明所述激光接收器与控制器之间通过8芯数据线连接。

本发明所述激光接收器和控制器与激光发射器、液压调节系统、平地铲组成激光控制平地系统。

本发明将所述激光发射器固定在平地铲的桅杆上。

本发明所产生的技术效果是：

1、独特的光电传感器结构布局，实现了在360°范围内都能够接收到激光信号。在垂直方向上接收范围达到30cm，很好地满足农田平整的要求。

2、采用了吸收型滤光片对自然光噪声进行滤除，提高了激光信号的信噪比和入射率，使接收激光信号的距离达到200m。避免了光电传感器在太阳光直接照射下容易饱和而使灵敏度降低的问题，并大大降低了产品的成本。

3、合理地采用三级放大电路对微弱信号进行放大，并使其具有较好的噪声系数，在后续电路能够较容易进行处理。

4、设计出参数良好信号整形电路，将脉冲信号转换成高低电平信号，并使电平信号的宽度很好地满足后续电路处理的要求，提高信号的可靠性。

5、合理地设计了激光接收器外壳，解决了激光接收器组装不方便、防尘功能差、安置不稳固的问题。使其达到使用方便，工作稳定的要求。

附图说明

图1是本发明激光接收器原理框图；

图2是本发明滤波电路原框理图；

图3是本发明放大电路框图；

图4是本发明信号整形电路框图；

图5是本发明激光接收器光电传感器空间分布示意图。

图中：1、太低；2、低；3、中；4、高；5、太高；6、壳体；7、有机玻璃罩；8、电池；9、电路板；10、播座；11、支架。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如附图1所示滤光处理：本发明装有激光接收器的平地系统，包括激光接收器和控制器，所述激光接收器，由滤光片、光电传感器、前置放大电路、信号整形电路串接而成，将串接而成的装置安装在支架11上，将所述支架安装在外壳6内，在所述外科上装有有机玻璃罩7。虚线框表示接收器外壳上的红色有机玻璃，它作为光信号的入射窗口，能够起到初步的滤光作用，还能够起到防尘的作用。

滤光片采用的是吸收型的滤光片，滤光片采用普通的聚乙烯材料掺杂一定比例的色素而制成的，滤光片的截止波长为600nm，它是一种低通滤光片，可以滤除波长小于截止频率的光信号，能够减小太阳光等自然光线的干扰。

光电传感器：本发明采用国产硅光电池作为光电传感器，将光信号转换成电信号，有较高的转换效率和较好特性参数，大幅地降低了研究成本。

如附图2、3所示信号的放大：本发明设计出性能优越的滤波电路和信号放大电路，使得利用价格较低的硅光电池作为接收激光信号的传感器成为可能。本发明的信号放大采用前置放大器的噪声系数对整个检测系统的噪声特征具有决定性的作用，而放大器的源电阻在等于信号源输出电阻的情况下，才能使噪声系数最小，因此需要选择合适的放大器件对信号进行放大。本发明的信号放大电路设计采用三极管分立元件，第一级采用频率特性较好和输入阻抗较低的共基极电路，第二级采用共集电极电路，第三级采用了射极偏置电路进行温度补偿。

如附图4所示的信号整形电路：本发明整形电路中采用LM339四电压比较器芯片将脉冲信号转换成高低电平信号，再利用MC14538单稳态触发器芯片将脉冲进行展宽，使其在后续电路中容易处理。

如附图5所示光电传感器的分布结构：在本发明中将52个5×20mm的硅光电池8分成4列，每列13层，分别标记A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M。其中A、B、C、D并联，表示发射来的激光信号处于“太低”1的位置；E、F并联，表示发射来的激光信号处于“低”2的位置；G层表示发射来的激光信号处于“中”3的位置；H、I并联，表示发射来的激光信号处于“高”4的位置；J、K、L、M并联，表示激光信号处于“太高”5的位置。每个接收层中相邻的硅光电池两两垂直安装在电路板9上两个金属支架11上，两个金属支架11合拢成一个“正六边形”，该金属支架安装在电路板9的两边，通过螺丝和电路板连接在一起，这样即可满足360°接收激光信号的要求。

本发明的激光接收器和激光发射器、控制器、液压调节系统、平地铲组成激光控制平地系统。

激光接收器通过一根8芯导线与控制器插座10相连，从控制器获得电源，并向控制器传送地面位置的偏差信号。平地时，将平地铲放置在与地面平均高度相近的地方，把激光接收器固定在平地铲的桅杆上，激光发射器安装在农田地块边的三脚架上，使激光接收器中间位置的硅光电池接收到激光信号。发射器所发射的激光平面的高度是确定的，所以经过调整接收器在桅杆上安装位置，就可以使激光接收器中间位置的光电池接收到激光信号，控制器上的指示灯会给出信号指示，然后驾驶拖拉机开始进行平地，随着地面高程的变化，激光接收器接收到激光信号的硅光电池的位置也相应地变化，激光接收器把这种位置变化信号传送给控制器，以便控制器根据所接收到的信号对液压系统进行控制。

发射器安装在三脚架上，三脚架可以放置在农田地块的边上也可以放在地块的中间。激光发射器所发射的是一个激光平面，它的高度位置是确定的，而激光接收器到铲车的距离也是一定的，所以在平地过程中地面高度的变化会直接反映到铲车的高度位置上，这样就相当于地面高度信息也反映到激光接收器上，这样就能够通过激光接收器测量地面高程信息。在接收器的设计中，在每一列中安装了13块硅光电池对激光进行接收，每块光电池的长度约为2.0cm，而每相邻两块光电池之间的间距为2.5mm，这样能够接收到激光信号的垂直长度就相当于30cm了，水平测量距离主要是和激光发射器的功率、激光接收器信号检测的灵敏度有关系。由于激光发射器的功率一般都像差不多，所以主要是通过增强激光接收器的探测灵敏度来实现接收距离的增加；本发明采用透射率更高的吸收性滤光片对光信号进行滤光，硅光电池进行光电转换，以及晶体管放大电路对信号进行放大，实现信号的接收，经过测试激光接收器的接收距离能够达到200m。

本发明独特的传感器结构设计，保证激光接收器在360°范围都能够有效地接收到激光信号，并在不增加成本的前提下使接收器垂直接收范围达到30cm，接收半径达到200m。

本发明采用独特的滤光片设计，使接收器具有很强的抗干扰能力和较强的接收激光信号的能力。

本发明设计出性能优越的滤波电路和信号放大电路，使得利用价格较低的硅光电池作为接收激光信号的传感器成为可能。

本发明还设计出合理的信号整形电路，将模拟电信号很好地转换成数字信号，使后续电路容易进行处理，系统可靠、工作稳定。

Claims

1、一种装有激光接收器的平地系统，包括激光发射器、激光接收器和控制器，其特征在于：所述激光接收器，由滤光片、光电传感器、前置放大电路、信号整形电路串接而成，将串接而成的装置安装在支架上，将所述支架安装在外壳内，在所述外壳上装有有机玻璃罩。

2、如权利要求1所述的用于平地系统的激光接收器，其特征在于：所述滤光片采用在聚乙烯材料中掺杂一定比例的色素而制成的吸收型滤光片，所述滤光片的截止波长为600nm；所述有机玻璃罩为激光信号入射窗口，所述有机玻璃采用红色有机玻璃用于初步滤光。

3、如权利要求1所述的用于平地系统的激光接收器，其特征在于：所述光电传感器采用硅光电池。

4、如权利要求3所述的用于平地系统的激光接收器，其特征在于：所述硅光电池分成4列每列分成13层排放，所述每列硅电池分别标记为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M，其中A、B、C、D并联连接，用于表示发射来的激光信号处于太低的位置；其中E、F并联连接，用于表示发射来的激光信号处于低的位置；其中G层表示发射来的激光信号处于中的位置；其中的H、I并联连接，表示发射来的激光信号处于高的位置；其中J、K、L、M并联连接，表示发射来的激光信号处于太高的位置；将每个接收层中相邻的硅光电池两两垂直安装在电路板上方两个金属支架上，将所述两个金属支架设置成一个正六边形。

5、如权利要求1所述的用于平地系统的激光接收器，其特征在于：所述前置放大电路采用三极管分立元件，第一级采用频率特性稳定和输入阻抗低的共基极电路，第二级采用共集电极电路，第三级采用了射极偏置电路进行温度补偿。

6、如权利要求1所述的用于平地系统的激光接收器，其特征在于：所述信号整形电路采用四电压比较器，将脉冲信号转换成高低电平信号，再用所述信号整形电路中的单稳态触发器将脉冲进行展宽。

7、如权利要求1所述的用于平地系统的激光接收器，其特征在于：所述激光接收器与控制器之间通过8芯数据线连接。

8、如权利要求1所述的用于平地系统的激光接收器，其特征在于：所述激光接收器和控制器与激光发射器、液压调节系统、平地铲组成激光控制平地系统。