CN104965100B - 农用测速与测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种农用测速与测距装置，能够对农业机械进行测速和测距。所述装置与农用机械相连接，其特征在于，包括：编码器、测速轮、脉冲采集电路和计算模块；其中，所述编码器安装在所述测速轮上，用于输出A脉冲信号和B脉冲信号，所述A脉冲信号与B脉冲信号相差90相位，所述脉冲采集电路连接所述编码器，用于对所述编码器输出的脉冲信号进行处理，得到与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，所述计算模块，与所述脉冲采集电路连接，用于获取所述与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，并根据所述与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，计算出所述农用机械运动的速度和/或距离。

Description

农用测速与测距装置

技术领域

本发明涉及现代智能农业装备和精准农业领域，具体涉及一种农用测速与测距装置。

背景技术

实施精准农业不但可以最大限度提高农业现实生产力，而且可以实现农业优质、高产、低耗和环保的可持续发展。很多智能或自动化农业机械都需要对机器进行测速或测距，通过速度信息和其他反馈信息完成精准作业。测速或测距的准确性成为自动农机工作性能的重要指标，但大部分农机测速或测距装置与机器一体，无法分离单独使用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种模块化的农用测速与测距装置，能够对农业机械进行精准测速和测距。

为此目的，一方面，本发明提出一种农用测速与测距装置，该装置与农用机械相连接，包括：

编码器、测速轮、脉冲采集电路和计算模块；其中，

所述编码器安装在所述测速轮上，用于输出A脉冲信号和B脉冲信号，所述A脉冲信号与B脉冲信号相差90相位，

所述脉冲采集电路连接所述编码器，用于对所述编码器输出的脉冲信号进行处理，得到与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，

所述计算模块，与所述脉冲采集电路连接，用于获取所述与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，并根据所述与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，计算出所述农用机械运动的速度和/或距离。

本发明实施例所述的农用测速与测距装置，该装置与农用机械相连接，编码器安装在测速轮上，利用编码器输出A脉冲信号和B脉冲信号，并通过脉冲采集电路对所述编码器输出的脉冲信号进行处理，得到与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，该与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号的数量与农机运动的距离呈线性对应关系，因而根据与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号的数量即可得知农机运动的距离，根据农机运动的距离可以计算出农机运动的速度，同时，该装置的模块化设计又能够方便安装和使用，从而适用于需要对农机进行测速和测距的场合。

附图说明

图1为本发明农用测速与测距装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明农用测速与测距装置另一实施例的运动简图；

图3为本发明农用测速与测距装置又一实施例的部分结构示意图；

图4为本发明农用测速与测距装置又一实施例的传感器连接盘的结构示意图；

图5为本发明农用测速与测距装置又一实施例的安装轴的结构示意图；

图6为本发明农用测速与测距装置又一实施例的脉冲采集电路的示意图；

图7为本发明农用测速与测距装置又一实施例的脉冲采集电路的脉冲输出示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明农用测速与测距装置一实施例的结构示意图，图1中：1、脉冲采集箱；2、连接板；3、上连架杆；4、限位块；5、拉簧；6、连杆；7、测速轮；8、传感器连接盘；9、定位螺母；10、下连架杆；11、接近开关；12、连接螺钉；13、安装轴；14、编码器；顶丝；16、计算模块。

如图1所示，本实施例公开一种农用测速与测距装置，该装置与农用机械相连接，包括：

编码器14、测速轮7、脉冲采集电路(置于脉冲采集箱1内)和计算模块16；其中，

所述编码器14安装在所述测速轮7上，用于输出A脉冲信号和B脉冲信号，所述A脉冲信号与B脉冲信号相差90相位，

所述脉冲采集电路连接所述编码器14，用于对所述编码器14输出的脉冲信号进行处理，得到与所述编码器14旋转方向相对应的脉冲信号(可以为单方向旋转脉冲信号，也可以为2倍频脉冲信号或者4倍频脉冲信号)，

所述计算模块16，与所述脉冲采集电路连接，用于获取所述与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，并根据所述与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，计算出所述农用机械运动的速度和/或距离。

本发明实施例所述的农用测速与测距装置，该装置与农用机械相连接，编码器安装在测速轮上，利用编码器输出A脉冲信号和B脉冲信号，并通过脉冲采集电路对所述编码器输出的脉冲信号进行处理，得到与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，该与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号的数量与农机运动的距离呈线性对应关系，因而根据与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号的数量即可得知农机运动的距离，根据农机运动的距离可以计算出农机运动的速度，同时，该装置的模块化设计又能够方便安装和使用，从而适用于需要对农机进行测速和测距的场合。

可选地，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，还包括：

连接板、连杆、安装轴、传感器连接盘、顶丝和连接螺钉；其中，

所述连接板与待进行检测的农用机械相连接，所述连杆与所述连接板相连接，所述安装轴为中空轴状零件，安装在所述连杆上，所述安装轴的一端为较细的轴，该较细的轴内有较细的内孔，所述测速轮以所述安装轴的较细的轴为旋转轴，套在所述安装轴的较细的轴上并固定在所述安装轴的较细的轴上，所述安装轴的另一端为较粗的轴，该较粗的轴内有较粗的内孔，所述编码器置于该较粗的内孔内，所述传感器连接盘为一个盘状零件和轴类零件的垂直焊接件，所述轴类零件的末端有盲孔，所述传感器连接盘一端的轴类零件置于所述安装轴的较细的内孔内，所述编码器的伸出轴置于所述传感器连接盘的轴类零件末端盲孔内，并通过所述顶丝固定，所述传感器连接盘另一端的盘状零件上有通孔，所述连接螺钉从所述通孔中穿过并进入所述测速轮上的螺纹孔中。

可选地，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，还包括：

脉冲采集箱、上连架杆、下连架杆和拉簧；其中，

所述上连架杆和下连架杆安装在所述连接板上，所述上连架杆和下连架杆与所述连杆相连接，所述连接板、上连架杆、下连架杆和连杆构成平行四边形机构，所述上连架杆伸出部分与所述拉簧一端相连接，所述拉簧另一端与所述连杆相连接，在所述测速轮的运动过程中给所述测速轮一个指向地面的拉力，

所述脉冲采集箱安装在所述连接板上，所述脉冲采集电路置于所述脉冲采集箱内。

本发明实施例所述的农用测速与测距装置在工作的过程中拉簧(5)与平行四边形仿形机构可确保测速轮(7)可与地面贴合良好，能够保证农机行进速度与测速轮旋转精准对应。测速轮(7)滚动带动传感器连接盘(8)转动，从而带动编码器(14)转动，通过传感器连接盘(8)的连接将转速信息传递给编码器(14)，并避免将测速轮(7)与地面的冲击力传给编码器(14)。编码器(14)旋转并输出A，B脉冲信号，精准脉冲采集电路放置于脉冲采集箱(1)中，A，B脉冲通过导线连接到精准脉冲采集电路上。通过一系列逻辑运算输出2倍频脉冲，4倍频脉冲，正转脉冲，反转脉冲和转向信号。

可选地，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，还包括：

接近开关；其中，

所述接近开关安装在所述连接板上，用于控制所述脉冲采集电路对所述编码器输出的脉冲信号进行处理或者不进行处理。

本发明实施例所述的农用测速与测距装置安装于需要测速的农用机械上，通过抬起或放下农用机械，使本发明测速装置离开或接触地面，从而分为工作和非工作两个状态。通过接近开关(11)对装置工作或非工作的状态进行检测。当装置处于非工作状态，脉冲采集电路停止工作，不进行测速；当装置处于工作状态，进行测速。

可选地，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，还包括：

限位块；其中，

所述限位块安装在所述连杆上，用于限制所述测速轮的下降位移。

本发明实施例中，限位块焊接在连杆上，能够确保在运输过程中测速轮能离开地面，从而方便运输。

可选地，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，还包括：

定位螺母；其中，

所述安装轴的较细的轴有轴肩，所述安装轴的较细的轴的部分区域有外螺纹，所述测速轮的一端通过所述安装轴的轴肩固定在所述安装轴的较细的轴上，所述测速轮的另一端通过所述安装轴的外螺纹，并利用所述定位螺母固定在所述安装轴的较细的轴上。

可选地，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，所述传感器连接盘另一端的盘状零件上的通孔数量为2，所述顶丝的数量为2，所述顶丝互成180度。

可选地，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，所述连接板通过连接螺钉与待进行检测的农用机械相连接，所述上连架杆和下连架杆通过连接螺钉安装在所述连接板上，所述上连架杆和下连架杆通过连接螺钉与所述连杆相连接，所述上连架杆伸出部分通过连接螺钉与所述拉簧一端相连接，所述拉簧另一端通过连接螺钉与所述连杆相连接。

可选地，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，所述限位块通过焊接的方式安装在所述连杆上，所述安装轴通过焊接的方式安装在所述连杆上。

为适应地面起伏的情况，该装置采用平行四边形机构。连接板(2)可通过螺钉与需要速度采集的农用机械相连接，上连架杆(3)和下连架杆(10)分别通过螺钉安装在连接板(2)上，且可相对转动，上连架杆(3)与下连架杆(10)通过同样的方式与连杆(6)相连接并构成平行四边形机构。为使测速轮(7)紧贴地面运动且不会由于地面起伏颠簸使测速轮(7)离开地面，使得测速失准，上连架杆(3)伸出部分通过螺钉连接拉簧(5)，拉簧(5)另一端与连杆(6)通过螺钉相连，在运动过程中给测速轮(7)一个指向地面的拉力。

如图5所示，安装轴(13)为中空轴状零件，一端作为测速轮(7)的旋转轴，测速轮(7)套在其上并可相对转动，通过轴肩和限位螺母(9)对测速轮进行轴向定位(沿轴方向固定)，安装轴(13)的另一端为较粗的轴，并有个较大的内孔，用于将编码器(14)安装于内部。安装轴(13)整体焊接在连杆(6)上。如图4所示，传感器连接盘(8)为一个盘状零件(圆盘)和轴类零件(细轴)的垂直焊接件，图3为该装置的部分机械结构简图，如图3所示，传感器连接盘(8)一端的细轴穿过安装轴(13)的内孔中，编码器(14)伸出轴插入到传感器连接盘(8)的细轴末端盲孔中，通过两个互成180度的顶丝固定。传感器连接盘(8)另一端的圆盘上有两个通孔，两个连接螺钉(12)分别从圆盘的通孔中穿过并拧入测速轮(7)上的螺纹孔中。测速轮(7)转动带动连接螺钉(12)转动，从而带动传感器连接盘(8)转动，使编码器(14)获取旋转信息，通过这样的设计，使测速轮(7)在地面上运动受到冲击力无法传到编码器(14)的轴上，仅将速度信息传给编码器(14)，起到了保护编码器的作用。

可选地，参看图6，在本发明农用测速与测距装置的另一实施例中，所述脉冲采集电路，包括：

第一反向施密特触发器、第一RC延时电路、第一74LS86逻辑异或滤波器、第二74LS86逻辑异或滤波器、第三74LS86逻辑异或滤波器、第二反向施密特触发器、7474双上升沿D触发器、7403四与非门芯片、第三反向施密特触发器、第二RC延时电路、第四74LS86逻辑异或滤波器、第四反向施密特触发器、第一74LS08四与门芯片、74LS04非门芯片和第二74LS08四与门芯片；其中，

所述第一RC延时电路包括第一电阻和第一电容，

所述第二RC延时电路包括第二电阻和第二电容，

所述A脉冲信号输入所述第一反向施密特触发器的输入端，所述第一反向施密特触发器的输出端连接所述第一电阻的第一端、所述第一74LS86逻辑异或滤波器的第一输入端、所述第二74LS86逻辑异或滤波器的第一输入端和所述第三74LS86逻辑异或滤波器的第一输入端，所述第一电阻的第二端连接所述第一电容的第一端和所述第二反向施密特触发器的输入端，所述第一电容的第二端接地，所述第二反向施密特触发器的输出端连接所述第一74LS86逻辑异或滤波器的第二输入端，所述第一74LS86逻辑异或滤波器的输出端连接所述7474双上升沿D触发器的CLK管脚和所述7403四与非门芯片的第一输入端，

所述B脉冲信号输入所述第三反向施密特触发器的输入端，所述第三反向施密特触发器的输出端连接所述第二电阻的第一端、所述第四74LS86逻辑异或滤波器的第一输入端、所述第二74LS86逻辑异或滤波器的第二输入端和所述第三74LS86逻辑异或滤波器的第二输入端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端和所述第四反向施密特触发器的输入端，所述第二电容的第二端接地，所述第四反向施密特触发器的输出端连接所述第四74LS86逻辑异或滤波器的第二输入端，所述第四74LS86逻辑异或滤波器的输出端连接所述7403四与非门芯片的第二输入端，

所述第二74LS86逻辑异或滤波器的输出端连接所述7474双上升沿D触发器的D管脚，所述7474双上升沿D触发器的CLR管脚连接VCC电源和所述7474双上升沿D触发器的PR管脚，所述7474双上升沿D触发器的Q管脚连接所述第一74LS08四与门芯片的第一输入端和所述74LS04非门芯片的输入端，

所述第三74LS86逻辑异或滤波器的输出端连接所述第一74LS08四与门芯片的第二输入端和所述第二74LS08四与门芯片的第一输入端，所述74LS04非门芯片的输出端连接所述第二74LS08四与门芯片的第二输入端。

为了保证测速和测距的精度，需要对编码器脉冲进行处理，设计了精准脉冲采集电路，见图6所示。考虑到农用机械的运动速度，本发明对编码器脉冲进行2倍频和4倍频处理，可选择使用。由于土地起伏及其农用机械振动严重等原因，需要对单方向脉冲进行采集，因此该逻辑电路可分别提取编码器不同转向的脉冲信号。其逻辑电路对应的脉冲输出见图7所示。由于原始矩形脉冲信号波形不规则，有小幅跳动，故先采用施密特反相触发器对原始脉冲进行脉冲整形，得到较为理想的矩形脉冲波形。选用74LS14六反相施密特触发器作为信号整形芯片，A、B脉冲信号为编码器(14)输出的原始脉冲，通过反向施密特触发器得到信号A’和B’。通过RC延时电路分别对A’和B’进行延时，选用R＝120Ω，C＝10^4pF,延时时间t≈0.84us，将延时后脉冲信号再次通过反向施密特触发器得到延时后反向脉冲信号At和Bt。采用74LS86异或逻辑滤波器分别对A’和At、B’和Bt进行逻辑异或运算，得到脉冲At’和Bt’。将At’和Bt’脉冲通过7403四与非门芯片进行逻辑与非运算，获得4倍频脉冲信号F。将A’和B’通过74LS86逻辑异或滤波器得到2倍频脉冲信号T。将T和At’信号分别作为7474双上升沿D触发器的CLK和D输入(CLK，D为7474双上升沿D触发器的管脚名称)，得到方向指示信号D，图7左端为编码器(14)反转时，A脉冲比B脉冲提前90度相位，此时D信号为低电平输出，图7右端A脉冲比B脉冲滞后90度相位，D为高电平输出。通过D信号的电平属性判断编码器(14)的旋转方向。将方向信号D与两倍频T信号通过74LS08四与门芯片进行与运算，得到编码器正转脉冲2倍频输出FD，即为只有正转时有脉冲输出。将D通过74LS04非门芯片得到D’，再与T进行与逻辑运算，得到反转脉冲2倍频输出OD，即只有反转时才有脉冲输出。

本发明实施例中，脉冲采集电路可以输出2倍频脉冲信号和4倍频脉冲信号，能够降低机器震动对测速或测距精度的影响，从而能够提高测速或测距的精度。通过该设计的精准脉冲采集电路可输出4倍频脉冲信号F，2倍频脉冲信号T，方向信号D，正转脉冲信号FD，反转脉冲信号OD。可根据使用要求，选择使用。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种农用测速与测距装置，该装置与农用机械相连接，其特征在于，包括：

编码器、测速轮、脉冲采集电路和计算模块；其中，

所述编码器安装在所述测速轮上，用于输出A脉冲信号和B脉冲信号，所述A脉冲信号与B脉冲信号相差90相位，

所述脉冲采集电路连接所述编码器，用于对所述编码器输出的脉冲信号进行处理，得到与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，

所述计算模块，与所述脉冲采集电路连接，用于获取所述与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，并根据所述与所述编码器旋转方向相对应的脉冲信号，计算出所述农用机械运动的速度和/或距离；

所述装置还包括：

连接板、连杆、安装轴、传感器连接盘、顶丝和连接螺钉；其中，

所述连接板与待进行检测的农用机械相连接，所述连杆与所述连接板相连接，所述安装轴为中空轴状零件，安装在所述连杆上，所述安装轴的一端为较细的轴，该较细的轴内有较细的内孔，所述测速轮以所述安装轴的较细的轴为旋转轴，套在所述安装轴的较细的轴上并固定在所述安装轴的较细的轴上，所述安装轴的另一端为较粗的轴，该较粗的轴内有较粗的内孔，所述编码器置于该较粗的内孔内，所述传感器连接盘为一个盘状零件和轴类零件的垂直焊接件，所述轴类零件的末端有盲孔，所述传感器连接盘一端的轴类零件置于所述安装轴的较细的内孔内，所述编码器的伸出轴置于所述传感器连接盘的轴类零件末端盲孔内，并通过所述顶丝固定，所述传感器连接盘另一端的盘状零件上有通孔，所述连接螺钉从所述通孔中穿过并进入所述测速轮上的螺纹孔中；

所述装置，还包括：

脉冲采集箱、上连架杆、下连架杆和拉簧；其中，

所述上连架杆和下连架杆安装在所述连接板上，所述上连架杆和下连架杆与所述连杆相连接，所述连接板、上连架杆、下连架杆和连杆构成平行四边形机构，所述上连架杆伸出部分与所述拉簧一端相连接，所述拉簧另一端与所述连杆相连接，在所述测速轮的运动过程中给所述测速轮一个指向地面的拉力，

所述脉冲采集箱安装在所述连接板上，所述脉冲采集电路置于所述脉冲采集箱内。

2.根据权利要求1所述的农用测速与测距装置，其特征在于，还包括：

接近开关；其中，

所述接近开关安装在所述连接板上，用于控制所述脉冲采集电路对所述编码器输出的脉冲信号进行处理或者不进行处理。

3.根据权利要求2所述的农用测速与测距装置，其特征在于，还包括：

限位块；其中，

所述限位块安装在所述连杆上，用于限制所述测速轮的下降位移。

4.根据权利要求3所述的农用测速与测距装置，其特征在于，还包括：

定位螺母；其中，

所述安装轴的较细的轴有轴肩，所述安装轴的较细的轴的部分区域有外螺纹，所述测速轮的一端通过所述安装轴的轴肩固定在所述安装轴的较细的轴上，所述测速轮的另一端通过所述安装轴的外螺纹，并利用所述定位螺母固定在所述安装轴的较细的轴上。

5.根据权利要求4所述的农用测速与测距装置，其特征在于，所述传感器连接盘另一端的盘状零件上的通孔数量为2，所述顶丝的数量为2，所述顶丝互成180度。

6.根据权利要求5所述的农用测速与测距装置，其特征在于，所述连接板通过连接螺钉与待进行检测的农用机械相连接，所述上连架杆和下连架杆通过连接螺钉安装在所述连接板上，所述上连架杆和下连架杆通过连接螺钉与所述连杆相连接，所述上连架杆伸出部分通过连接螺钉与所述拉簧一端相连接，所述拉簧另一端通过连接螺钉与所述连杆相连接。

7.根据权利要求6所述的农用测速与测距装置，其特征在于，所述限位块通过焊接的方式安装在所述连杆上，所述安装轴通过焊接的方式安装在所述连杆上。

8.根据权利要求1所述的农用测速与测距装置，其特征在于，所述脉冲采集电路，包括：

第一反向施密特触发器、第一RC延时电路、第一74LS86逻辑异或滤波器、第二74LS86逻辑异或滤波器、第三74LS86逻辑异或滤波器、第二反向施密特触发器、7474双上升沿D触发器、7403四与非门芯片、第三反向施密特触发器、第二RC延时电路、第四74LS86逻辑异或滤波器、第四反向施密特触发器、第一74LS08四与门芯片、74LS04非门芯片和第二74LS08四与门芯片；其中，

所述第一RC延时电路包括第一电阻和第一电容，

所述第二RC延时电路包括第二电阻和第二电容，

所述A脉冲信号输入所述第一反向施密特触发器的输入端，所述第一反向施密特触发器的输出端连接所述第一电阻的第一端、所述第一74LS86逻辑异或滤波器的第一输入端、所述第二74LS86逻辑异或滤波器的第一输入端和所述第三74LS86逻辑异或滤波器的第一输入端，所述第一电阻的第二端连接所述第一电容的第一端和所述第二反向施密特触发器的输入端，所述第一电容的第二端接地，所述第二反向施密特触发器的输出端连接所述第一74LS86逻辑异或滤波器的第二输入端，所述第一74LS86逻辑异或滤波器的输出端连接所述7474双上升沿D触发器的CLK管脚和所述7403四与非门芯片的第一输入端，

所述B脉冲信号输入所述第三反向施密特触发器的输入端，所述第三反向施密特触发器的输出端连接所述第二电阻的第一端、所述第四74LS86逻辑异或滤波器的第一输入端、所述第二74LS86逻辑异或滤波器的第二输入端和所述第三74LS86逻辑异或滤波器的第二输入端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端和所述第四反向施密特触发器的输入端，所述第二电容的第二端接地，所述第四反向施密特触发器的输出端连接所述第四74LS86逻辑异或滤波器的第二输入端，所述第四74LS86逻辑异或滤波器的输出端连接所述7403四与非门芯片的第二输入端，

所述第二74LS86逻辑异或滤波器的输出端连接所述7474双上升沿D触发器的D管脚，所述7474双上升沿D触发器的CLR管脚连接VCC电源和所述7474双上升沿D触发器的PR管脚，所述7474双上升沿D触发器的Q管脚连接所述第一74LS08四与门芯片的第一输入端和所述74LS04非门芯片的输入端，

所述第三74LS86逻辑异或滤波器的输出端连接所述第一74LS08四与门芯片的第二输入端和所述第二74LS08四与门芯片的第一输入端，所述74LS04非门芯片的输出端连接所述第二74LS08四与门芯片的第二输入端。