CN107870624A - 一种日光温室自动导航多功能智能作业车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与日光温室物联网系统配套的自动导航多功能智能作业车，可实现作业车的远程监控。作业车由电动行走底盘和控制系统两部分组成。该作业车电动底盘采用蓄电池驱动，在温室内作业无污染且噪音小，且安装方便，只需在日光温室北墙下铺设一条轨道即可，降低成本，减少占地面积；作业车具有自主喷药、采摘跟随和自动运输功能，可在作业车上安装温室喷药设备，设定温室总喷药量后，作业车可自动均匀分配各个垄间喷药量，实现无人自主喷药，避免人与药液的接触，安全性更高；也可在收获中作为果实运输车，自动跟随作业人员行驶到下一行垄间后停止等待，能够降低劳动强度，提高作业效率。

Description

一种日光温室自动导航多功能智能作业车

技术领域

本发明属于设施温室智能装备领域，涉及一种用于与日光温室物联网系统配套的自动导航多功能智能作业车。

背景技术

目前，“日光温室”产业作为我国设施农业产业中的主体，解决我国北方地区冬季的蔬菜淡季供应问题，增加了农民收入，但我国日光温室空间狭小，设备出入困难，运输、喷药、灌溉等作业多依靠人力，劳动强度大，生产效率低；

同时劳动力成本不断攀升而且劳动力资源越来越短缺，提高日光温室管理的机械化、智能化作业水平日渐成为亟待解决的难题。物联网技术即通过射频识别、无线数据通信等技术把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。近年来，物联网温室大棚将物联网技术引入温室大棚的管理中，远程或自动调控温室内的环境条件，可实现温室管理的高效和精准，改善产品品质、提高经济效益、减轻劳动强度。物联网农业智能监控系统将在设施农业中得到更广泛应用。因此，研究一种与日光温室物联网系统配套的多功能智能作业车，对我国设施农业智能化发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于与日光温室物联网系统配套的自动导航多功能智能作业车，可远程控制作业车沿日光温室北墙自主导航行驶，与温室喷药设备配合可实现无人自主喷药，在采摘运输中自动跟随采摘人员移动、并可作为温室内生产资料和各种设备的运输平台。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种日光温室自动导航多功能智能作业车，包括电动行走底盘和控制系统；

所述电动行走底盘由轨道、一对轨道轮、一对万向轮、作业平台、扶手、驱动电机和爪式联轴器组成；所述的轨道沿温室的北墙安装；所述一对轨道轮和万向轮对称安装在作业平台底部，一对轨道轮均安装在靠近温室北墙一侧，一对万向轮安装在另一侧；所述的扶手安装在作业平台上；所述驱动电机安装在作业平台底部，通过爪式联轴器与上述一个轨道轮连接。

所述控制系统由自动导航模块、采摘跟随模块、喷药控制模块、物联网通讯模块、核心控制器以及人机接口电路组成；所述的自动导航模块用于控制作业车在日光温室内自主行走，识别作物垄行，识别作业车位置；所述采摘跟随模块在车辆行驶方向前后有人或其它障碍物时自动停止；所述的物联网通讯模块用于与日光温室物联网系统通讯实现作业车的远程监控；所述的喷药控制模块用于根据温室内作物垄数自主完成农药的喷洒；所述的核心控制器用于接收传感器信号并产生相应的决策控制信号；所述的人机接口电路用于日光温室内作业车的直接控制。

所述自动导航模块由两个槽型光电开关、一对轨道挡片、激光传感器组成；所述一对轨道挡片分别安装在轨道的起点和终点，槽型光电开关安装在作业平台下部和轨道的上方，当作业平台处于终点或者起点时，轨道挡片位于槽型光电开关U型槽内，光电开关的光路被遮挡后作业车停止运行；所述的激光传感器安装在作业平台靠近作物的一侧，作业车与作物垄对齐时，激光传感器检测到反射光自动记录垄行位置，识别车辆所在垄行；

所述的采摘跟随模块由两个超声波传感器实现；所述的两个超声波传感器分别安装在作业平台的前后，在运输作业和自主喷药作业中检测到有障碍物在其前进方向上时自动停止行驶并发出蜂鸣警报；所述采摘跟随模块在收获采摘作业中检测到有物体靠近作业车并停留一段时间后自动跟随，直至目标停止前进。

所述的喷药控制模块由轮辐式称重传感器；所述的轮辐式称重传感器安装在作业平台顶层盖板下的框架上，喷药作业时根据药箱中药液的重量，自动分配各个垄间的喷药量，并自动控制作业车行驶到各个垄间喷洒分配好的药液，实现无人自动喷药。所述的物联网通讯模块由全双工RF433无线数传电台构成，用于与日光温室物联网通讯。

所述的智能作业车与日光温室物联网系统配套，能够远程控制作业车沿日光温室北墙自主导航行驶，具有无人自主喷药、自动识别和记忆垄距和垄数、根据作业总垄数均匀分配各垄间喷药量、采摘跟随和运输功能。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明的自动导航多功能智能作业车能够与日光温室物联网配套，实现作业车的远程监控；只需在日光温室北墙下铺设一条轨道即可，降低成本，减少占地面积；可在作业车上安装温室喷药设备，设定温室总喷药量后，作业车可自动均匀分配各个垄间喷药量，实现无人自主喷药，避免人与药液的接触，安全性更高；也可在收获中作为果实运输车，自动跟随作业人员行驶到下一行垄间后停止等待，能够降低劳动强度，提高作业效率；也可用于各种生产资料和设备的运输平台，方便快捷，提高运输效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为日光温室自动导航多功能智能作业车整体结构示意图；

图2为日光温室自动导航多功能智能作业车具体结构示意图；

1、驱动电机2、扶手3、作业平台4、轨道轮5、轨道6、轨道挡片7、万向轮8、控制箱9、激光传感器10、蓄电池11、物联网通讯模块12、称重传感器13、超声波传感器14、槽式光电开关；

图3为日光温室自动导航多功能智能作业车控制系统结构框图；

图4为日光温室自动导航多功能智能作业车主控制任务流程图；

图5为自主喷药模式作业控制流程图；

图6为采摘跟随模式作业控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种日光温室自动导航多功能智能作业车由电动行走底盘、控制系统组成，用于与日光温室物联网系统配套，可远程控制作业车沿日光温室北墙自主导航行驶，与温室喷药设备配合可实现无人自主喷药，并可作为温室内生产资料和各种设备的运输平台，并在采摘运输中自动跟随采摘人员移动。

电动行走底盘由轨道5、一对轨道轮4、一对万向轮7、作业平台3、驱动电机1、扶手2和爪式联轴器组成；所述的轨道5沿温室的北墙安装；所述一对轨道轮4和万向轮7对称安装在作业平台3底部，一对轨道轮4均安装在靠近温室北墙一侧，一对万向轮7安装在另一侧；所述的扶手2安装在作业平台上；所述驱动电机1安装在作业平台3底部，通过爪式联轴器与上述一个轨道轮4连接。

如图1、2所示，具体应用中，控制系统由自动导航模块、采摘跟随模块、喷药控制模块、物联网通讯模块、核心控制器以及人机接口电路组成；自动导航模块由两个槽型光电开关14、一对轨道挡片6、激光传感器9组成；采摘跟随模块由两个超声波传感器13实现；喷药控制模块由称重传感器12组成；物联网通讯模块11由全双工RF433无线数传电台构成；控制系统由蓄电池10供电；核心控制器及人机接口电路安装在控制箱8中。

两个槽型光电开关14分别安装在作业平台3两端的底部轨道上方，当作业车处于终点或者起点时，轨道挡片6位于槽型光电开关13的U型槽内，传感器光线被遮挡；激光传感器8安装在作业平台2靠近作物的一侧；超声波传感器12安装在作业平台2的前后两侧；称重传感器11安装在作业平台2顶层盖板下的框架上；控制箱7安装在作业平台2侧面上；

如图3所示，日光温室多功能智能作业车控制系统由信号采集单元、PWM电机驱动模块、喷药控制单元、RS232驱动器、电源模块、AVR核心模块、控制按键、液晶屏及上述各种传感器组成。信号采集单元与槽型光电开关、激光传感器、超声波传感器、称重传感器相连，传感器的输出信号经光电隔离电路与AVR核心单元的I/O口相连；PWM电机驱动单元利用L298N双H桥电机驱动芯片驱动直流电机，并可通过PWM方式调整电机转速；喷药驱动单元与继电器相连，直接控制喷药泵的起停或主管路上电磁阀的开闭；电源模块利用DC-DC降压器将蓄电器输出的24V转换成控制电路所需的12V、5V电源，同时将模拟电源与数字电源之间采用磁珠隔离来降低两者之间的噪声干扰。AVR核心模块是基于Atmega128的设计开发的最简系统；控制箱上有四个控制按键，两个用于控制驱动电机的起动停止、一个用于控制选择作业车的前进速度，一个用于控制机具的前进方向：另外控制箱的液晶屏用于显示作业车的前进速度、物联网连接情况、温室内垄数、喷药作业信息等；RS485驱动器用于与RF433无线收发器交换数据实现与日光温室物联网的通讯。

日光温室多功能智能作业车的常规工作步骤为：

S1、智能作业车控制系统初始化，智能作业车沿日光温室北墙行驶一趟，b并自动识别和记忆垄距和垄数，到达终点后自动返回。如果日光温室内作物未变则略过此步骤。

S2、输入作业任务要求，可通过物联网通讯模块接收并解析作业模式及相关作业参数信息，并可远程控制作业车开始工作；也可通过控制箱按键设置作业参数信息；未设置则默认为运输模式。

S3、根据作业模式和任务要求完成作业；

S3.1、运输模式，控制作业车将生产资料或设备运输到适当位置后停止，接收到完成指令或按下起动按钮后电机反向行驶，遇到障碍物则自动停止前进。

S3.2、自主喷药模式，利用称重传感器测量加药前后喷药机的重量，得到本次喷药任务的喷药量，对各个垄间均匀分配药量，然后检测喷药机行驶到各个垄间喷洒设定药量，结束后回到初始位置。

S3.3、采摘跟随模式，采摘人员按下开始键后，只需在作业车前停1s以上，作业车自动检测判断作业车与采摘人员距离，跟随采摘人员前进后退停止，采摘作业结束后，按下停止键，测量采摘重量并上传到日光温室物联网系统进行记录。

S4、智能作业车任务完成后，保存相应的作业参数，智能作业车回到初始位置等待下一次任务。

如图4所示，日光温室智能作业车的主控制任务流程如下：任务开始后先查询作业车是否初始化，如未初始化则控制智能作业车沿日光温室北墙行驶一个来回，并自动识别和记忆垄行和垄数，下一步查询是否有来自物联网的作业任务，如果有则解析作业模式及相关作业参数信息，等待远程开始命令或按下控制箱开始按钮，然后根据作业任务选择为运输模式、自主喷药模式、采摘跟随模式三者之一，根据作业要求完成作业任务后，保存并上传相关作业参数，智能作业车回到初始位置等待下一次任务。

如图5所示，日光温室智能作业车自主喷药控制流程图如下：喷药作业开始后，首先利用称重传感器根据药箱中加入药液前后平台称重的重量差计算药箱中加入药液的质量，根据作业总垄数均匀分配各垄间喷药量，然后作业车开始行驶，当激光传感器检测到作物垄时停止前进，并开始喷药，利用称重传感器实时检测本次喷药量的多少，达到设定垄间喷药量后停止喷药，并继续行驶，直至完成本次喷药任务，智能作业车回到初始位置并上传相关作业信息。

如图6所示，日光温室智能作业车采摘跟随控制流程图如下：按下开始键后，超声波传感器开始测量，当有人走到作业车前，并与作业车距离20cm以内且保持1s后，作业车开始跟随采摘人员，使人与作业车的距离始终保持在20-30cm之间，当采摘人员到达作业垄停止后，车辆继续前进直至与采摘人员距离小于15cm，作业车停止前进，并测量作业车上果实的重量并上传到物联网。采摘结束后，按下停止键，车辆自动回到初始位置。

Claims (6)

1.一种日光温室自动导航多功能智能作业车，其特征在于，由电动行走底盘和控制系统两部分组成；

所述电动行走底盘由轨道、一对轨道轮、一对万向轮、作业平台、扶手、驱动电机和爪式联轴器组成；所述的轨道沿温室的北墙安装；所述一对轨道轮和万向轮对称安装在作业平台底部，一对轨道轮均安装在靠近温室北墙一侧，一对万向轮安装在另一侧；所述的扶手安装在作业平台上；所述驱动电机安装在作业平台底部，通过爪式联轴器与上述一个轨道轮连接；

所述控制系统由自动导航模块、采摘跟随模块、喷药控制模块、物联网通讯模块、核心控制器以及人机接口电路组成；

所述核心控制器与自动导航模块、采摘跟随模块、喷药控制模块、物联网通讯模块以及人机接口电路相连。

2.根据权利要求1所述的一种日光温室自动导航多功能智能作业车，其特征在于，所述的自动导航模块由两个槽型光电开关、一对轨道挡片、激光传感器组成；所述的两个槽型光电开关分别安装在作业平台下部和轨道的上方；所述的一对轨道挡片分别安装在轨道的起点和终点；所述的激光传感器安装在作业平台靠近作物的一侧。

3.根据权利要求1所述的一种日光温室自动导航多功能智能作业车，其特征在于，所述的采摘跟随模块由两个超声波传感器实现；所述的两个超声波传感器分别安装在作业平台的前后。

4.根据权利要求1所述的一种日光温室自动导航多功能智能作业车，其特征在于，所述的喷药控制模块由轮辐式称重传感器组成；所述的轮辐式称重传感器安装在作业平台顶层盖板下的框架上。

5.根据权利要求1所述的一种日光温室自动导航多功能智能作业车，其特征在于，所述的物联网通讯模块由全双工RF433无线数传电台构成。

6.根据权利要求1-5所述的一种日光温室自动导航多功能智能作业车的应用，其特征在于，所述的智能作业平台与日光温室物联网系统配套，能够远程控制作业车沿日光温室北墙自主导航行驶，具有无人自主喷药、采摘跟随和自动运输功能。