CN101976068A - 自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置 - Google Patents

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苗玉彬
许天资
马辰杰
赵爽
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Abstract

一种农业作业机械技术领域的自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置。包括：前端测量点超声波传感器、后端测量点超声波传感器、两个信号调理与变送模块、微处理器模块、转向驱动装置组成，在移动平台一侧前后两端各设有前端测量点超声波传感器和后端测量点超声波传感器，前端测量点超声波传感器和后端测量点超声波传感器分别各自连接到信号调理与变送模块，两个信号调理与变送模块通过第一根通信总线再连接到微处理器模块，微处理器模块再通过第二根通信总线串行方式与转向驱动装置连接。本发明适合农业设施温室大棚环境下自主式移动平台的准直导航功能，定位精度较高，成本低，结构实用可靠，搞干扰能力强。

Description

自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置
技术领域
本发明涉及一种农业作业机械技术领域的行走导航装置，特别是一种利用超声原理制作的自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置。
背景技术
随着农业生产的发展，温室技术有着独特的优势和广泛的应用前景。温室技术的引入，可以大大提高劳动生产效率，改善劳动条件。导航技术作为温室用移动平台的核心技术成为研究热点。目前，自主式移动平台的导航方式主要有：电磁导航、磁带导航、光导航等几种形式。其中，电磁导航要求施工安装设备，工作量大，而且难以改变路径；而光导航对地面和环境要求比较严格，需要地面特别干净且平整，以保证光通信好的正确与稳定，在有水雾或有透明墙的壁温室内无法正常工作。其他还存在着测量精度低，可靠性差，易受外界影响等问题。这些问题都给自主式移动平台的导航带来了不便。
经对现有技术文献的检索发现，专利申请公开号：CN201494328U，名称：自动导航小车，该技术自述：自动导航小车包含小车部分和引导部分，小车部分由车体、电控箱、中央控制器、电池组、驱动机构、悬挂机构、路面磁条信号传感器、路面RFI D射频识别标签卡读写器、防撞机构等构成。引导部分由敷设在路面上的磁条和RFID射频识别标签卡组成在车体上安装路面磁条信号传感器，在车体上安装路面RFID射频识别标签卡读写器，路面磁条信号传感器与中央控制器的AD模块进行直接连接，将路面磁条信号传感器输出的模拟信号进行处理。由于其导航方式采用就地磁条的导航方式，存在着对地面环境要求高，要求施工量大，地面装置易受损的不足。
又发现，专利申请公开号：101425705；名称：自动引导小车的无接触供电及导航装置，该技术自述：无接触供电电缆铺设于AGV行驶路面的坑道中，工频动力电经过无接触供电电力柜变换成高频正弦交流电加载到无接触供电电缆，无接触供电电缆和无接触供电取电器发生电磁感应产生的感应电动势再经过无接触供电取电器变换后给AGV的电机部分和磁导航装置供电，磁导航装置检测由无接触供电电缆产生的磁场并做出判断从而给AGV导航。其导航方式采用电磁导航方式，存在着要求施工量大，难以改变路径的不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供了一种自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置。本发明具备了农业设施温室大棚环境下自主式移动平台的准直导航功能，本发明的导航装置性价比高，适用于有水雾或有透明墙壁的温室行走导航。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括由前端测量点超声波传感器、后端测量点超声波传感器、两个信号调理与变送模块、微处理器模块、转向驱动装置组成，在移动平台一侧前后两端各设有前端测量点超声波传感器和后端测量点超声波传感器，前端测量点超声波传感器和后端测量点超声波传感器分别各自连接到信号调理与变送模块，两个信号调理与变送模块通过第一根通信总线再连接到微处理器模块，微处理器模块再通过第二根通信总线以串行方式与转向驱动装置连接。
所述的第一根通信总线采用RS232通信总线；第二根通信总线采用RS485通信总线。
所述的超声波传感器由超声波发射器、超声波接收器、超声波驱动电路和超声波接收电路组成，超声波发射器接收超声波驱动电路发来的经整形放大的方波信号，发出指定频率的超声波，超声波接收器接收该指定频率的超声波并将信号传给超声波接收电路，由超声波接收电路向信号调理与变送模块发送信号。
所述的前端测量点超声波传感器、后端测量点超声波传感器分别安装在移动平台侧面的在前端测量点和后端测量点两个测量点上，固定的间距d0。两组超声波传感器，分别测量前后两测量点与墙壁间的距离，将距离信息传送到微处理器模块，由微处理器模块对测得的两距离信息进行计算，算得相距为d0的两测量点与参照物墙体的距离差，利用三角函数方法得到小车的偏航角和偏航位移，再由RS485通信总线以串行方式控制转向驱动装置，对移动平台进行循墙导航。
所述的信号调理与变送模块，与超声波传感器直接相连，向超声波驱动电路发送方波信号，同时开启计时器，信号调理与变送模块接收到超声波接收电路的信号后开启中断，停止计时器并读取时间，计算距离，通过RS232通信总线将距离信息传送给微处理器模块。
所述的微处理器模块采用51处理器，由RS232接口接收信号调理与变送模块传送来的距离信息，因为两测量距离与移动平台侧面和墙壁组成直角梯形结构，所以根据两测量点的距离信息和测量点间距信息，利用控制算法计算出移动平台的偏航角和偏航位移，再根据偏航信息输出导航控制信号，通过RS485接口利用串行通信传送给转向驱动控装置。
本发明由两组超声波传感器分别测出移动平台前后两测量点与墙壁间的距离信息，再经信号调理与变送模块转换为数字量。RS232通信总线连接信号调理与变送模块和微处理器模块，将处理后的信息以串行方式传送到微处理器模块，之后由微处理器模块利用控制算法对两组传感器测量到的数据进行计算，得出小车的偏航角和偏航位移。继而微处理器模块再通过RS485通信总线控制转向驱动装置，实现对移动平台的循墙导航功能。
本发明的有益效果是，适合农业设施温室大棚环境下自主式移动平台的准直导航功能，定位精度较高，成本低，结构实用可靠，搞干扰能力强。
附图说明
图1为本发明的装置外观示意图；
图2为本发明的工作原理示意图；
图3为本发明的一个实施例示意图；
图中：1.前端测量点超声波传感器、2.信号调理与变送模块、3.RS232通信总线、4.后端测量点超声波传感器、5.微处理器模块、6.RS485通信总线、7.转向驱动装置、8.电机、9.移动平台外壳、10.移动平台、11.墙体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例由前端测量点超声波传感器，后端测量点超声波传感器，信号调理与变送模块，RS232通信总线，微处理器模块，RS485通信总线和转向驱动装置等组成。其中两组超声波收发装置1和4分别安装在移动平台侧面的前端测量点和后端测量点上，同时与各自的信号调理与变送模块2相连，而信号调理与变送模块2经由RS232通信总线3与微处理器模块5相连，将信息传给微处理器模块5，由微处理器模块5对所得数据进行计算，并通过RS485通信总线6控制移动平台的转向驱动装置7。
如图2所示，在行进过程中，前端测量点超声波传感器和后端测量点超声波传感器发收超声波信号，之后将信号传给信号调理与变送模块计算传感器测得的距离，再利用RS232通信总线将距离信息传到微处理器模块计算导航信息，由微处理器模块通过RS485通信总线控制转向驱动装置。
如图3所示，实施例中，前端测量点超声波传感器1和后端测量点超声波传感器4，安装在移动平台10的相聚为d0的前后两测量点上，通过发出和接收超声波信号，分别测得前端测量点与墙体11间的距离d1和后端测量点与墙体11间的距离d2的信息，并将该信息送到对应的信号调理与变送模块中，经由该信号调理与变送模块，计算距离并将信号转换为数字量信号，通过串口通信，经RS232通信总线将信息都传到微处理器模块中。微处理器模块利用送来的两组距离数据得到d1和d2的信息和移动平台侧面前后两测量点间距d0的信息，可以算得相距d0的两测量点与墙体的距离差，就可以利用三角函数算法进一步算出小车的偏航角和偏航位移，并利用计算得到的导航信息经RS485通信总线以串行方式控制移动平台的转向驱动装置，对移动平台进行循墙导航。

Claims (7)

1.一种自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置，其特征在于，包括由前端测量点超声波传感器、后端测量点超声波传感器、两个信号调理与变送模块、微处理器模块、转向驱动装置组成，在移动平台一侧前后两端各设有前端测量点超声波传感器和后端测量点超声波传感器，前端测量点超声波传感器和后端测量点超声波传感器分别各自连接到信号调理与变送模块，两个信号调理与变送模块通过第一根通信总线再连接到微处理器模块，微处理器模块再通过第二根通信总线以串行方式与转向驱动装置连接。
2.根据权利要求1所述的自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置，其特征是，所述的第一根通信总线采用RS232通信总线。
3.根据权利要求1所述的自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置，其特征是，第二根通信总线采用RS485通信总线。
4.根据权利要求1所述的自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置，其特征是，所述的超声波传感器由超声波发射器、超声波接收器、超声波驱动电路和超声波接收电路组成，超声波发射器接收超声波驱动电路发来的经整形放大的方波信号，发出指定频率的超声波，超声波接收器接收该指定频率的超声波并将信号传给超声波接收电路，由超声波接收电路向信号调理与变送模块发送信号。
5.根据权利要求1所述的自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置，其特征是，所述的前端测量点超声波传感器、后端测量点超声波传感器分别安装在移动平台侧面的在前端测量点和后端测量点两个测量点上，固定的间距d0。
6.根据权利要求1所述的自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置，其特征是，所述的信号调理与变送模块与超声波传感器直接相连，向超声波驱动电路发送方波信号，同时开启计时器，信号调理与变送模块接收到超声波接收电路的信号后开启中断，停止计时器并读取时间，计算距离，通过RS232通信总线将距离信息传送给微处理器模块。
7.根据权利要求1所述的自主式温室移动平台循墙行走超声导航装置，其特征是，所述的微处理器模块采用51处理器，由RS232接口接收信号调理与变送模块传送来的距离信息，再根据偏航信息输出导航控制信号，通过RS485接口利用串行通信传送给转向驱动控装置。
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