CN112964168A - 基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，包括如下步骤：对浅埋的导线通以交流电，以在导线周围产生变化磁场；利用电磁传感器探测通电导线产生的磁场变化，并将探测结果发送至中心单元；由中心单元对探测结果进行分析，以识别并计算出喷灌机尾跨的运动方向，当判断喷灌机尾跨的运动方向偏离磁导线的标准路径时，由中心单元根据喷灌机的偏移程度，向喷灌机发出末端速度调控信息；当中心单元判断喷灌机的偏移程度超出预设控制范围时，则认定喷灌机运行异常，控制喷灌机执行停机保护并报警。
Description
技术领域
本发明涉及喷灌机技术领域，特别涉及一种基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法。
背景技术
喷灌机要保证准确安全运行，角度与跨体长度是两个重要参数。其中，角度决定喷灌机运行的准确性，例如：计划运行的范围、启停位置、每个范围对应执行的计划，均需要角度参数才能实施。另外，喷灌机是否严格按照预定轨道运动，是否出现走偏，甚至打卷脱跨，需要严格的保护，虽然传统上使用机械方式进行保护，但是失效风险很大，经常出现问题。因此，按照预定轨迹运动需要更多的防护措施，如何提供这些防护措施是当前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，在喷灌机尾跨运行路径对应的地下位置处，以圆周状浅埋通电交流导线，所述喷灌机末跨塔盒位置安装有末端单元，中心位置处安装有中心单元，所述末端单元包括安装在塔和内部的电磁传感器，
所述基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，包括如下步骤：
步骤S1，对浅埋的导线通以交流电，以在导线周围产生变化磁场；
步骤S2，利用所述电磁传感器探测通电导线产生的磁场变化，并将探测结果发送至中心单元；由所述中心单元对探测结果进行分析，以识别并计算出喷灌机尾跨的运动方向，当判断喷灌机尾跨的运动方向偏离磁导线的标准路径时，由所述中心单元根据喷灌机的偏移程度，向所述喷灌机发出末端速度调控信息；
步骤S3，当所述中心单元判断所述喷灌机的偏移程度超出预设控制范围时，则认定喷灌机运行异常，控制所述喷灌机执行停机保护并报警。
进一步，在喷灌机尾跨运行路径对应的地下位置，距离地表深度2厘米处，浅埋通电交流导线。
进一步，在所述步骤S2中，所述探测结果包括：偏移磁条中央距离和偏移方向。
进一步，由所述中心单元根据根据所述探测结果计算喷灌机偏移磁导线的偏移程度，根据所述偏移程度向所述喷灌机发出末端速度调控信息，其中，所述偏移程度分为：向外偏移程度和向内偏移程度。
进一步，当检测到所述喷灌机的尾跨向外偏移时，将偏移程度分为：轻度向外偏移、严重向外偏移和越界向外偏移；
(1)轻度向外偏移：所述中心单元控制所述喷灌机提高一倍末跨的运行速度；
(2)严重向外偏移：所述中心单元控制所述喷灌机停止内垮运行速度，等待末跨恢复；
(3)越界向外偏移：所述中心单元控制所述喷灌机停机报警。
进一步，当检测到所述喷灌机的尾跨向内偏移时，将偏移程度分别：轻度向内偏移、严重向内偏移和越界向内偏移；
(1)轻度向内偏移：所述中心单元控制所述喷灌机降低一倍末跨的运行速度；
(2)严重向内偏移：所述中心单元控制所述喷灌机停止末跨运行；
(3)越界向内偏移：所述中心单元控制所述喷灌机停机报警。
进一步，在末跨轮胎外延侧安装有磁偏角传感器，实时探测并输出喷灌机当前位置与正北的夹角α，将所述夹角α经过稳定滤波后，传输到所述中心单元。
进一步，所述电磁传感器的探测结果和所述磁偏角传感器探测的夹角α，通过射频RF433装置发送给所述中心单元。
根据本发明实施例的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，在喷灌机尾跨运行路径对应的地下位置处，以圆周状浅埋通电交流导线，喷灌机末跨塔盒位置安装有末端单元，中心位置处安装有中心单元，电磁传感器安装在末跨轮胎外延测，用于探测通电导线产生的磁场。利用电磁传感器探测通电导线产生的磁场变化，并将探测结果发送至中心单元。由中心单元对探测结果进行分析，以识别并计算出喷灌机尾跨的运动方向，当判断喷灌机尾跨的运动方向偏离磁导线的标准路径时，由中心单元根据喷灌机的偏移程度，向喷灌机发出末端速度调控信息，如果超出预设控制范围时，则控制喷灌机执行停机保护并报警。本发明为喷灌机是出现走偏，甚至打卷脱跨等各种异常，提供更全面的防护措施，保证喷灌机按照预定轨道运行。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的架构图；
图3为根据本发明实施例的末端单元与中心单元的示意图；
图4为根据本发明实施例的感应磁场的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，本发明实施例的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，包括：在喷灌机尾跨运行路径对应的地下位置处，以圆周状浅埋通电交流导线，喷灌机末跨塔盒位置安装有末端单元，中心位置处安装有中心单元，参考图3。具体的末端单元由电磁传感器(典型的有AGV磁感应传感器)，磁偏角传感器(典型的HMC5883L)，MCU单元和RF433数据传输模组组成。中心单元由通电导线、MCU、RF433数据传输模组和4G模组构成。
末端单元安装在喷灌机末跨塔盒位置，方便取电，磁偏角传感器安装在塔盒内部，电磁传感器，安装在末跨轮胎外延测，用于探测通电导线产生的磁场。
本发明的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，包括如下步骤：
步骤S1，对浅埋的导线通以交流电，以在导线周围产生变化磁场。
在本发明的实施例中，在喷灌机尾跨运行路径对应的地下位置，距离地表深度2厘米处，浅埋通电交流导线。其中，通电交流导线浅埋在指针式喷灌机末端地下(距离地表深度2厘米)，成圆周形铺设。
步骤S2，利用电磁传感器探测通电导线产生的磁场变化，并将探测结果发送至中心单元。
在本发明的实施例中，探测结果包括：偏移磁条中央距离和偏移方向。
由中心单元对探测结果进行分析，以识别并计算出喷灌机尾跨的运动方向，当判断喷灌机尾跨的运动方向偏离磁导线的标准路径时，由中心单元根据喷灌机的偏移程度，向喷灌机发出末端速度调控信息。
步骤S3，当中心单元判断喷灌机的偏移程度超出预设控制范围时，则认定喷灌机运行异常，控制喷灌机执行停机保护并报警。
在系统预先铺设的指针型喷灌机圆周上的导线通以24V交流电流(低压以防止漏电和触电)，这样在通电导线的周围将产生变化的磁场，如果在导线周围放置一组线圈，则线圈来两端将产生稳定的感应电动势，在喷灌机运行中，如果运行轨迹是严格的圆周运动，则放置的线圈内的电动势是一个稳定的数值，如果发生偏航，那么感应线圈与通电导线的位置将发生变化，感应电动势发生变化，从而有依据矫正喷灌机的运行方向。(允许设备运动存在一定的偏移，因为这是动态，如果中心点调控不起作用，偏移程度为3级，发出报警并停机)
参考图4，导线中的电流按一定规律变化时，导线周围的磁场也将发生变化，则线圈中将感应出一定的电动势。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小和通过导体回路的磁通量的变化率成正比：
感应电动势的方向可以用楞次定律来确定。由于本设计中导线中通过的电流频率较低，为20kHz，且线圈较小，令线圈中心到导线的距离为r，认为小范围内磁场分布是均匀的，则线圈中感应电动势可近似为：
即线圈中感应电动势的大小正比于电流的变化率，反比于线圈中心到导线的距离。其中k为与线圈摆放方法、线圈面积和一些物理常量有关的一个量。具体的感应电动势须实际测定来确定。
依据此物理定律，使用目前比较成熟的电磁感应传感器替代理论中的电磁感应线圈，可以非常方便的测量出喷灌机偏移预埋轨迹导线的偏离位置Dp，定义Dp三个等级，等级1为轻微，等级2为严重，等级3为脱轨，传感器将Dp传输至末端MCU，经过MCU判断加工，再由RF433传输到中心处理单元，来总体调控每跨的行进速度，以调整末端运行轨迹到预定航向上。
在本方法中，因为通电导线势必会造成部分能源的消耗，因此，此方法同样适用使用永久磁条的轨道铺设。
具体的，由中心单元根据根据探测结果计算喷灌机偏移磁导线的偏移程度，根据偏移程度向喷灌机发出末端速度调控信息，其中，偏移程度分为：向外偏移程度和向内偏移程度。
当检测到喷灌机的尾跨向外偏移时，将偏移程度分为：轻度向外偏移、严重向外偏移和越界向外偏移；
(1)轻度向外偏移：中心单元控制喷灌机提高一倍末跨的运行速度；
(2)严重向外偏移：中心单元控制喷灌机停止内垮运行速度，等待末跨恢复；
(3)越界向外偏移：中心单元控制喷灌机停机报警。
当检测到喷灌机的尾跨向内偏移时，将偏移程度分别：轻度向内偏移、严重向内偏移和越界向内偏移；
(1)轻度向内偏移：中心单元控制喷灌机降低一倍末跨的运行速度；
(2)严重向内偏移：中心单元控制喷灌机停止末跨运行；
(3)越界向内偏移：中心单元控制喷灌机停机报警。
具体来说，在喷灌机末端单元所检测的数据，包括偏移磁条中央距离，偏移方向，经由RF433模组传输至中心端元，并由中心单元分析计算偏移磁导线的严重程度，并输出末端速度调控信息，如果末端单元向外偏移，偏移程度定义1轻度，2严重，3越界，如果收到末端偏移程度为1，则提高一倍末跨的运行速度，如果偏移程度为2，则停止内垮运行速度，等待末跨恢复。
同理，如果向内偏移，偏移程度定义1轻度，2严重，3越界，如果收到末端偏移程度为1，则降低1倍速度，如果偏移程度为2，则停止末跨运行。如果偏移程度为3，则停机报警。
整体形成控制闭环系统，系统的状态信息包括运行状态、速度、位置信息，以及控制信息包括正转、反转、停止信息，通过4G模组上传服务器，并接收服务器的控制指令以及执行。其中，服务器发出的消息包括：正转，反转，停止，开水泵，停水泵等，矫正信息不是依据服务器数据的，是中心点矫正的，如上所述。
此外，本发明进一步在末跨轮胎外延侧安装有磁偏角传感器，实时探测并输出喷灌机当前位置与正北的夹角α，将夹角α经过稳定滤波后，传输到中心单元。
在本发明的实施例中，电磁传感器的探测结果和磁偏角传感器探测的夹角α，通过射频RF433装置发送给中心单元。
在保证了喷灌机按照预定轨道运行的前提条件下，接下来就是要确保喷灌机运行精度。
众所周知，地球是一个磁体，地磁场强度矢量所在的垂直平面与地理子午面之间的夹角就叫磁偏角。简单的说，地理南北极之间的连线和地磁南北极之间的连线之间有一个夹角，该夹角就叫磁偏角。不同地点的磁偏角一般是不同的，当喷灌机做圆周运动时，磁偏角随着运动变化而变化。
利用磁偏角传感器，可以实时输出喷灌机当前位置与正北的夹角α，末端MCU经过稳定滤波后，将夹角α通过RF433传输到中心控制单元，因此，中心控制单元即可灵活控制喷灌机的运动。
根据本发明实施例的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，在喷灌机尾跨运行路径对应的地下位置处，以圆周状浅埋通电交流导线，喷灌机末跨塔盒位置安装有末端单元，中心位置处安装有中心单元，电磁传感器安装在末跨轮胎外延测，用于探测通电导线产生的磁场。利用电磁传感器探测通电导线产生的磁场变化，并将探测结果发送至中心单元。由中心单元对探测结果进行分析，以识别并计算出喷灌机尾跨的运动方向，当判断喷灌机尾跨的运动方向偏离磁导线的标准路径时，由中心单元根据喷灌机的偏移程度，向喷灌机发出末端速度调控信息，如果超出预设控制范围时，则控制喷灌机执行停机保护并报警。本发明为喷灌机是出现走偏，甚至打卷脱跨等各种异常，提供更全面的防护措施，保证喷灌机按照预定轨道运行。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (8)
1.一种基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，其特征在于，在喷灌机尾跨运行路径对应的地下位置处，以圆周状浅埋通电交流导线，所述喷灌机末跨塔盒位置安装有末端单元，中心位置处安装有中心单元，所述末端单元包括安装在塔和内部的电磁传感器，
所述基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，包括如下步骤：
步骤S1，对浅埋的导线通以交流电，以在导线周围产生变化磁场；
步骤S2，利用所述电磁传感器探测通电导线产生的磁场变化，并将探测结果发送至中心单元；由所述中心单元对探测结果进行分析，以识别并计算出喷灌机尾跨的运动方向，当判断喷灌机尾跨的运动方向偏离磁导线的标准路径时，由所述中心单元根据喷灌机的偏移程度，向所述喷灌机发出末端速度调控信息；
步骤S3，当所述中心单元判断所述喷灌机的偏移程度超出预设控制范围时，则认定喷灌机运行异常，控制所述喷灌机执行停机保护并报警。
2.如权利要求1所述的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，其特征在于，在喷灌机尾跨运行路径对应的地下位置，距离地表深度2厘米处，浅埋通电交流导线。
3.如权利要求1所述的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述探测结果包括：偏移磁条中央距离和偏移方向。
4.如权利要求1或3所述的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，其特征在于，
由所述中心单元根据根据所述探测结果计算喷灌机偏移磁导线的偏移程度，根据所述偏移程度向所述喷灌机发出末端速度调控信息，其中，所述偏移程度分为：向外偏移程度和向内偏移程度。
5.如权利要求4所述的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，其特征在于，当检测到所述喷灌机的尾跨向外偏移时，将偏移程度分为：轻度向外偏移、严重向外偏移和越界向外偏移；
(1)轻度向外偏移：所述中心单元控制所述喷灌机提高一倍末跨的运行速度；
(2)严重向外偏移：所述中心单元控制所述喷灌机停止内垮运行速度，等待末跨恢复；
(3)越界向外偏移：所述中心单元控制所述喷灌机停机报警。
6.如权利要求4所述的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，其特征在于，当检测到所述喷灌机的尾跨向内偏移时，将偏移程度分别：轻度向内偏移、严重向内偏移和越界向内偏移；
(1)轻度向内偏移：所述中心单元控制所述喷灌机降低一倍末跨的运行速度；
(2)严重向内偏移：所述中心单元控制所述喷灌机停止末跨运行；
(3)越界向内偏移：所述中心单元控制所述喷灌机停机报警。
7.如权利要求1所述的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，其特征在于，在末跨轮胎外延侧安装有磁偏角传感器，实时探测并输出喷灌机当前位置与正北的夹角α，将所述夹角α经过稳定滤波后，传输到所述中心单元。
8.如权利要求7所述的基于磁场检测在喷灌机中角度检测与安全防护的方法，其特征在于，所述电磁传感器的探测结果和所述磁偏角传感器探测的夹角α，通过射频RF433装置发送给所述中心单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210615 |