CN104396701A - 一种用于平移式喷灌机的联合导航装置 - Google Patents

一种用于平移式喷灌机的联合导航装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于平移式喷灌机的联合导航装置，它是由GPS导航系统、触摸屏控制系统、垄沟导航系统、电机调速驱动系统组成；所述的GPS导航系统由GPS模块、GPS天线及GPS数据通信线组成；所述的触摸屏控制系统由触摸屏、通信线路及电源组成；所述电机调速驱动系统由中央控制器、电机驱动器及电机组成。系统采用GPS与电气联合定位导航方式，有效解决了喷灌过程中喷灌线路跑偏的问题，导航效果好，稳定性强，操作简单方便，大幅度的提高喷灌机工作效率，降低人力投入，提高喷洒均匀度，具有广泛的适用性。

Description

一种用于平移式喷灌机的联合导航装置
技术领域
 本发明涉及一种喷灌机的导航装置，特别涉及一种用于平移式喷灌机的GPS与电气及垄沟联合导航装置。
背景技术
目前喷灌机仍是世界上应用最广的灌溉技术，具有明显的优越性，喷灌与传统的地面灌溉相比，在我国的实践中可以减少用水30％-50％，增产20％-30％，因此喷灌技术对于推动农业集中经营和提高劳动生产力具有重要意义。目前常见的行喷式喷灌机组主要包括平移式喷灌机和时针式喷灌机。平移式喷灌机呈矩性喷洒，喷灌覆盖率比圆形喷灌提高，尤其是对于当前土地承包体质下的耕种方式，种植地块一般以中小型的矩形地块为主，且整块面积不大，而当前世界喷灌机械的发展主要是适用于大型农场的灌溉作业，以大型机械为主，忽略了中小型地块发展先进喷灌技术的推广应用市场。但平移式喷灌机的构造比较复杂，需要导向控制系统，对塔架同步性的精度要求比圆形喷灌机高，需要更完善的电器控制系统，操作维护较复杂。
发明内容
 针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目的在于提供一种用于平移式喷灌机的GPS与电气及垄沟联合导航装置，该装置有效的解决平移式喷灌机的行走导向控制问题。
实现上述发明目的的技术方案是：一种用于平移式喷灌机的GPS与电气及垄沟联合导航控制系统，它是由GPS导航系统、触摸屏控制系统、垄沟导航系统、电机调速驱动系统组成；所述的GPS导航系统由GPS模块、GPS天线及GPS数据通信线组成；所述的触摸屏控制系统由触摸屏、通信线路及电源组成；所述电机调速驱动系统由中央控制器、电机驱动器及电机组成；所述垄沟导航系统由导向杆、动放大连杆、调灵丝杆、凸轮、滚轮、微碰开关组成，所述导向杆一端置于地表垄沟内，另一端与第一传动放大连杆的一端接连，第一传动放大连杆的另一端与调灵丝杆的一端连接，调灵丝杆的另一端与第二传动放大连杆中间连接，第二传动放大连杆两端分别通过连杆与固定在喷灌机主梁上的凸轮连接，凸轮通过滚轮与微碰开关的触碰手柄连接；所述的触摸屏通过通信电缆与中央控制器连接；所述的GPS天线通过GPS数据通讯线与内部的GPS模块相连；所述的电机驱动器的一端通过与垄沟导航系统的微碰开关接触控制安装在喷灌机行走轮上的驱动电机，其控制端通过485通讯线连接于GPS模块之上，用于接收GPS导航控制信号；上述所有部件的电源端均并联与24V电源母线之上。
所述的触摸屏控制系统的触摸屏采用R485通信。
所述的电机调速驱动系统包括个四个电机驱动器，其分别对应控制安装在喷灌机四个行走轮上的电机。
采用上述技术方案，本发明的技术优点是：
1）垄沟导航采用一种改进的双纠偏控制模式，导向杆可实现收缩折叠，方便机组的转移，连杆3采用丝杆代替，可实现导航系统灵敏度的灵活调节。
2）系统的采用GPS与电气联合定位导航方式，有效解决了喷灌过程中喷灌线路跑偏的问题，GPS可记录航行线路，运行前后自行修正，保持稳定方向。
3）系统采用触摸屏显示控制，不仅能直观显示运行状态、运行角度、当前位置、内部储存GPS定位信息，而且可通过触摸屏进行运行参数的自行设定，尤其是运行时间的定时设置，简单方便，易于操作，将会大幅度的提高喷灌机工作效率，降低人力投入，提高喷洒均匀度，具有广泛的适用性。
       4）系统可提供地形选择直线运行或角度运行两种模式，其启停、前进、后退操作可方便手动实现，亦可扩展为无线遥控模式。
附图说明
    图1为本发明联合导航装置的原理图。
       图2为本发明联合导航装置的垄沟导航系统的结构图。
    图3为本发明联合导航装置的触摸屏界面图。
图4是本发明联合导航装置的垄沟导航系统的电气控制电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本发明联合导航控制系统的原理图，它是由GPS导航系统、触摸屏控制系统、垄沟导航系统、电机调速驱动系统组成；所述的GPS导航系统由GPS模块、GPS天线及GPS数据通信线组成；所述的触摸屏控制系统由触摸屏、通信线路及电源组成；所述电机调速驱动系统由中央控制器、电机驱动器及电机组成。
图2为本发明联合导航装置的垄沟导航系统的结构图，由导向杆1、动放大连杆2、调灵丝杆3、凸轮4、滚轮5、微碰开关6组成，所述导向杆1一端置于地表垄沟内，另一端与第一传动放大连杆2的一端接连，第一传动放大连杆2的另一端与调灵丝杆3的一端连接，调灵丝杆3的另一端与第二传动放大连杆2中间连接，第二传动放大连杆2两端分别通过连杆与固定在喷灌机主梁上的凸轮4连接，凸轮4通过滚轮5与微碰开关6的触碰手柄连接。
所述的触摸屏通过通信电缆与中央控制器连接；所述的GPS天线通过GPS数据通讯线与内部的GPS模块相连；所述的电机驱动器的一端通过与垄沟导航系统的微碰开关6接触控制安装在喷灌机行走轮上的驱动电机，其控制端通过485通讯线连接于GPS模块之上，用于接收GPS导航控制信号；上述所有部件的电源端均并联与24V电源母线之上。
所述的触摸屏控制系统的触摸屏采用R485通信。
所述的GPS导航系统的GPS通信采用ASCII码，其串行通信默认参数为：波特率=4800bps，数据位=8bit，开始位=1bit，停止位=1bit，无奇偶校验，数据帧格式为帧命令起始位+地址位+数据位+校验位+<CR><LF>。
所述的GPS导航系统的GPS模块为HONEYWELL芯片。
    所述的中央控制器是杭州古特6050。
图3为本发明联合导航装置的触摸屏界面图，本发明联合导航控制系统首次使用时，需要根据配套驱动电机的特性通过触摸屏对系统的P、I调节器各调节参数进行设置，其调节方法及原理根据P、I控制器的微积分分析所述，使电机调节最终达到电机的调节速度快及动静态响应平稳的效果。启动运行前，应根据地形确定机组采用直线运行模式还是角度运行模式，其运行路径参考当前地面航向角度设定运行角度及设定运行速度，当选择直线行走时，系统可参考当前航向角度自动设定运行角度。为减小机组的操作投入，也可通过设定运行时长，实现机组的定时操作。运行时，打开运行开关，上位机获取传感器数据经过转换芯片转化成数据流，得到机车的状态，然后从预存的路径或是输入设备设定的路线读取路径数据，依据设定算法控制喷灌机直流电机动作。    
当喷灌机行进时若遇到坡路坑洼时机身发生偏移或前后翻转、左右扭转时，导致GPS天线的投影偏离中心线时，由于此时出现GPS天线值垂直投影与真正能够代表机车状态的点产生一定误差，系统软件会自动的进行校正，尽量地减小因地面不平而产生的误差，使它在恶劣的路况下可以走出理想路径，其实时运行状态可通过配套的触摸控制屏进行显示。当机组当前喷洒条带灌溉完成后，可通过切换开关切换将机组转为后退状态，在机组切换为后退状态时，系统会自动的对当前角度进行纠正，为方便系统的远程控制，可通过加装无线控制开关装置实现机组的远程控制。系统拥有的实时运行状态显示也方便用户对于机组运行状态的监测。
图4是本发明联合导航装置的垄沟导航系统的电气控制电路图，当喷灌机没有发生偏航时，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4均处于闭合状态，左右两侧行走电机分别以相同的速度驱动机组前行。当机组GPS导航不能满足导航精度，机组发生较大偏差，其偏差角度超过垄沟导航启动设定值时，此时会自动的启动图4所示的方案二电气导航装置。当某一端行走超前，那么滞后侧的电机由于GPS的导航，转速增加，并且按照设定的高速进行追航，而超前侧按照原设定行走速度继续前行，可能一次就能把偏斜纠正过来。当航向角出现较大偏差时，超前侧的电机可能由于电路启停导航的缘故，控制其工作的电源因微碰开关触点的断开，暂时断电停止工作，以最短的时间实现机组的平行运行。同时，这种纠偏方式在两端的驱动装置平行后，会启动纠偏前超前的电机，并且以较大加速度进行启动，且启动后额定速度维持在高速运行状态，实现电机的平稳快速纠偏导航。所述的垄沟导航系统导航的实现，电路中，ST11与ST12和ST21与ST22分别为同一电机驱动器的两个调节速度值，导航调速时每侧驱动电机复用一个驱动器，两组四个微碰开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4一端与左右侧两组驱动电机连接，另一端与上述的电机驱动器连接，且均将微碰开关辅助常闭触点串入电路。
    最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (2)

1.一种用于平移式喷灌机的联合导航控制系统，其特征在于：它是由GPS导航系统、触摸屏控制系统、垄沟导航系统、电机调速驱动系统组成；所述的GPS导航系统由GPS模块、GPS天线及GPS数据通信线组成；所述的触摸屏控制系统由触摸屏、通信线路及电源组成；所述电机调速驱动系统由中央控制器、电机驱动器及电机组成；所述垄沟导航系统由导向杆（1）、动放大连杆（2）、调灵丝杆（3）、凸轮（4）、滚轮（5）、微碰开关（6）组成，所述导向杆（1）一端置于地表垄沟内，另一端与第一传动放大连杆（2）的一端接连，第一传动放大连杆（2）的另一端与调灵丝杆（3）的一端连接，调灵丝杆（3）的另一端与第二传动放大连杆（2）中间连接，第二传动放大连杆（2）两端分别通过连杆与固定在喷灌机主梁上的凸轮（4）连接，凸轮（4）通过滚轮（5）与微碰开关（6）的触碰手柄连接；所述的触摸屏通过通信电缆与中央控制器连接；所述的GPS天线通过GPS数据通讯线与内部的GPS模块相连；所述的电机驱动器的一端通过与垄沟导航系统的微碰开关（6）接触控制安装在喷灌机行走轮上的驱动电机，其控制端通过485通讯线连接于GPS模块之上，用于接收GPS导航控制信号；上述所有部件的电源端均并联与24V电源母线之上。
2.根据权利要求1所述的用于平移式喷灌机的联合导航控制系统，其特征在于：所述的触摸屏控制系统的触摸屏采用R485通信。
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