CN207946704U - 一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，结合中国西南地区的地形特点，设计了适用于的中国西南地区的小型山地农业旋耕机，该装置不改变旋耕机的本体结构，其利用地形跟踪雷达模块检测地形，并通过微电脑构建作业轨迹，进行无线自动导航作业，该导航装置降低了农民的劳动强度，解决了耕种机器自动化程度低、劳动力不足的问题，并大大提高了劳动过程的舒适性。该种山地农业旋耕机自动导航控制装置由主控制模块和副控制模块组成；本实用新型可实现现有山地农业旋耕机的自动导航无人控制作业，省去人力操作，利用激光雷达模块检测地形，并通过微电脑构建作业轨迹，进行无线自动导航作业，极大地提高了劳动生产率。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业机械技术领域，更具体的说是一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置。
背景技术
目前，西南地区地质特殊，其田地分散、土质坚硬、砂石多、土块小、天地不规则、坡度多且陡，以致目前市场上能适合西南地区的山地农业旋耕机均为小型设备，大型农用旋耕机无法满足土块小、分散、不规则的情况；目前市场上的农业旋耕机开发商均较少有开发小型农业旋耕机的自动导航控制装置，以致在西南地区的农业机械基本都处在半自动化状态，农业旋耕机作业时多需人工跟随操作，如旋耕机、播种机、插秧机等等，将非常消耗体力，且常伴随安全隐患。现有设备不具备路径跟踪自动校正技术，不能解决横向偏离与航向偏离等问题；本实用新型提供了一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，专门为西南地区的小型山地农业旋耕机设计的，进行无线自动导航作业。该装置能降低农民的劳动强度，解决了劳动力不足，大大提高了劳动过程的舒适性。
发明内容
本实用新型提供了一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，结合中国西南地区的地形特点，设计了适用于的中国西南地区的小型山地农业旋耕机，该装置不改变旋耕机的本体结构，其利用地形跟踪雷达模块检测地形，并通过微电脑构建作业轨迹，进行无线自动导航作业，该导航装置降低了农民的劳动强度，解决了耕种机器自动化程度低、劳动力不足的问题，并大大提高了劳动过程的舒适性。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，该种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置由主控制模块和副控制模块组成；所述的主控制模块包括主控处理器、雷达模块、供电电源和显示模块，主控制器与雷达模块通过排针固定连接；所述的副控制模块包括供电模块、电子罗盘、角度传感器、超声波传感器和方向控制模块，供电模块包括10V电源、柴油机、发电机、蓄电池和电压转换电路，柴油机与发电机通过联轴器连接，发电机的电源输出端与蓄电池的电源输入端连接，蓄电池的电源输出端与电压转换电路的电源输入端连接，方向控制模块包括转向舵机、驱动模块Ⅰ、无刷直流电机Ⅰ、驱动模块Ⅱ和无刷直流电机Ⅱ，驱动模块Ⅰ的信号输出端与无刷直流电机Ⅰ的信号输入端连接，驱动模块Ⅱ的信号输出端与无刷直流电机Ⅱ的信号输入端连接；
供电电源为5V电源，5V电源输出端分别与主控处理器和雷达模块的电源输入端连接；供电模块包括5V、10V和24V三个电源输出端，供电模块的5V电源输出端与电子罗盘、角度传感器和超声波传感器的电源输入端连接，供电模块的10V电源输出端与副控制器的电源输入端连接，供电模块的24V电源输出端与转向舵机、驱动模块Ⅰ、无刷直流电机Ⅰ、驱动模块Ⅱ和无刷直流电机Ⅱ的电源输出端连接；
主控制器与副控制器通过USB接口连接，主控制器与显示模块通过WIFI无线连接，主控制器的信号输入端与雷达模块的信号输出端连接，主控制器的信号输出端与雷达模块的信号输入端连接；副控制器的信号输入端电子罗盘、角度传感器和超声波传感器的信号输出端连接，副控制器的信号输出端与转向舵机、驱动模块Ⅰ和驱动模块Ⅱ的信号输入端连接。
作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的主控制器为Raspberry PI 3Model B微型电脑，副控制器为Arduino UNO R3开发板。
作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的雷达模块为RPLIDAR A1激光雷达模块。
作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的电子罗盘为MAG3110电子罗盘传感器。
作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的角度传感器为JY-61角度传感器。
作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的超声波传感器为HC-SR04超声波传感器。
作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的转向舵机为DH-03X转向舵机。
作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的驱动模块Ⅰ和驱动模块Ⅱ均为DBLS-02驱动模块。
作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ均为R2418无刷直流电机。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置的有益效果为：
1.本实用新型提供了一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，结合中国西南地区的地形特点，设计了适用于的中国西南地区的小型山地农业旋耕机，该装置不改变旋耕机的本体结构，其利用地形跟踪雷达模块检测地形，并通过微电脑构建作业轨迹，进行无线自动导航作业，该导航装置降低了农民的劳动强度，解决了耕种机器自动化程度低、劳动力不足的问题，并大大提高了劳动过程的舒适性。
2.本实用新型能够不改变现有的山地小型农业旋耕机原来的机械结构，在原旋耕机结构不变的基础上增加该控制装置系统，即可实现现有山地农业旋耕机的自动导航无人控制作业，省去人力操作，节省劳动力。
3.本实用新型的自动导航装置利用激光雷达模块检测地形，并通过微电脑构建作业轨迹，进行无线自动导航作业，极大地提高了劳动生产率。
4.本实用新型使得农业耕种更加智能化、自动化，可以根据不同的地形识别出不同的作业轨迹，实现随需而变。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。
图1为本实用新型的主控制模块的结构示意图；
图2为本实用新型的副控制模块的结构示意图；
图3为本实用新型的主控制器的结构示意图；
图4为本实用新型的雷达模块与主控制器的电路图；
图5为本实用新型的副控制器的结构示意图图；
图6为本实用新型的电压转换电路的电路图；
图7为本实用新型的电子罗盘的电路图；
图8为本实用新型的角度传感器的电路图
图9为本实用新型的超声波传感器的电路图；
图10为本实用新型的转向舵机的电路图；
图11为本实用新型的副控制器和驱动模块Ⅰ与无刷直流电机Ⅰ的电路图；
图12为本实用新型的副控制器和驱动模块Ⅱ与无刷直流电机Ⅱ的电路图。
具体实施方式
下面结合图1-12说明本实施方式，本实用新型提供了一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，结合中国西南地区的地形特点，设计了适用于的中国西南地区的小型山地农业旋耕机，该装置不改变旋耕机的本体结构，其利用地形跟踪雷达模块检测地形，并通过微电脑构建作业轨迹，进行无线自动导航作业，该导航装置降低了农民的劳动强度，解决了耕种机器自动化程度低、劳动力不足的问题，并大大提高了劳动过程的舒适性。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，该种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置由主控制模块和副控制模块组成；所述的主控制模块包括主控处理器、雷达模块、供电电源和显示模块，主控制器与雷达模块通过排针固定连接；所述的副控制模块包括供电模块、电子罗盘、角度传感器、超声波传感器和方向控制模块，供电模块包括10V电源、柴油机、发电机、蓄电池和电压转换电路，柴油机与发电机通过联轴器连接，发电机的电源输出端与蓄电池的电源输入端连接，蓄电池的电源输出端与电压转换电路的电源输入端连接，方向控制模块包括转向舵机、驱动模块Ⅰ、无刷直流电机Ⅰ、驱动模块Ⅱ和无刷直流电机Ⅱ，驱动模块Ⅰ的信号输出端与无刷直流电机Ⅰ的信号输入端连接，驱动模块Ⅱ的信号输出端与无刷直流电机Ⅱ的信号输入端连接；显示模块为手机、平板电脑、显示屏或具备WIFI功能的便于操作者观察的显示模块；
供电电源为5V电源，5V电源输出端分别与主控处理器和雷达模块的电源输入端连接；供电模块包括5V、10V和24V三个电源输出端，供电模块的5V电源输出端与电子罗盘、角度传感器和超声波传感器的电源输入端连接，供电模块的10V电源输出端与副控制器的电源输入端连接，供电模块的24V电源输出端与转向舵机、驱动模块Ⅰ、无刷直流电机Ⅰ、驱动模块Ⅱ和无刷直流电机Ⅱ的电源输出端连接；
主控制器与副控制器通过USB接口连接，主控制器与显示模块通过WIFI无线连接，主控制器的信号输入端与雷达模块的信号输出端连接，主控制器的信号输出端与雷达模块的信号输入端连接；副控制器的信号输入端电子罗盘、角度传感器和超声波传感器的信号输出端连接，副控制器的信号输出端与转向舵机、驱动模块Ⅰ和驱动模块Ⅱ的信号输入端连接；将该种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置安装在旋耕机本体上，一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置开始工作，发动柴油机，打开供电设备开关，各模块被供电，雷达模块扫描地形，通过USB接口将地形轮廓信息传送给主控制器，主控制器通过WIFI 接口传送给显示模块，显示模块显示雷达模块探测的地形轮廓，主控制器计算得旋耕机本体的行驶轨迹，主控制器通过USB接口将旋耕机本体的行驶轨迹传送给副控制器，副控制器通过数字输出端5、6、7、8、9、10引脚控制驱动模块Ⅰ和驱动模块Ⅱ，驱动模块Ⅰ驱动无刷直流电机Ⅰ，驱动模块Ⅱ驱动无刷直流电机Ⅱ，6和9引脚输出低电平时无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ启动，反之停止，5和8引脚输出高电平时无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ顺时针运行，反之逆时针运行，7和10引脚输出低电平无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ制动停止，反之启动；无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ分别与两个前轮的控制轴连接，控制旋耕机本体的前轮转向；副控制器4引脚控制转向舵机转向，转向舵机用于转向时让旋耕机本体的前轮转动与无刷直流电动机速度差匹配，同时电子罗盘用于判断旋耕机本体当前是否偏离设定的轨迹通过A2、A3引脚并反馈给副控制器，副控制器通过USB接口反馈给主控制器，角度传感器用于检测旋耕机本体的前轮转动的实际角度，通过0、1引脚并反馈给副控制器，副控制器通过USB接口反馈给主控制器，超声波传感器用于检测前端障碍物是否在危险范围内，通过A0、A1引脚并反馈给副控制器，副控制器通过USB接口反馈给主控制器，主控制器计算的纠正偏移，并通过USB接口反馈给副控制器，副控制器同理控制无刷直流电机Ⅰ、无刷直流电机Ⅱ和转向舵机的行驶方向进行纠偏；行驶完毕将供电模块开关关闭即可。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的主控制器为Raspberry PI 3Model B微型电脑，副控制器为Arduino UNO R3开发板； Raspberry PI3Model B微型电脑采用SCM2837处理器，集成了两个USB口，一个网络接口，一个摄像头接口，一个HDMI接口，一个音频接口，SD卡接口，蓝牙和Wifi模块，排针等硬件及功能；ArduinoUNO R3开发板采用 ATmeaga328P-AU处理器，具备0-13共14个数字接口，A0-A5共6个模拟接口，电源接口，USB接口，复位键等硬件及功能。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的雷达模块为RPLIDAR A1激光雷达模块，该激光雷达采用激光三角测距技术，每秒进行2000 次以上的测距动作，重170克，质量小，360度全方位激光扫描测距，从而获得周围环境的轮廓图，并通过USB接口随用随接，操作便捷。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的电子罗盘为MAG3110电子罗盘传感器，采用的MAG3110电子罗盘传感器输出信号为模拟量，通过排针和排座与I2C总线连接。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的角度传感器为JY-61角度传感器。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的超声波传感器为HC-SR04超声波传感器，改模块兼容防盗功能，主要利用超声波实现障碍物的检测功能。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的转向舵机为DH-03X转向舵机，工作电压24V。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的驱动模块Ⅰ和驱动模块Ⅱ均为DBLS-02驱动模块，工作电压24V。
本实用新型一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，所述的无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ均为R2418无刷直流电机，工作电压24V。
本实用新型的工作原理是：
将该种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置安装在旋耕机本体上，一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置开始工作，发动柴油机，打开供电设备开关，各模块被供电，雷达模块扫描地形，通过USB接口将地形轮廓信息传送给主控制器，主控制器通过WIFI接口传送给显示模块，显示模块显示雷达模块探测的地形轮廓，主控制器计算得旋耕机本体的行驶轨迹，主控制器通过USB 接口将旋耕机本体的行驶轨迹传送给副控制器，副控制器通过数字输出端5、6、 7、8、9、10引脚控制驱动模块Ⅰ和驱动模块Ⅱ，驱动模块Ⅰ驱动无刷直流电机Ⅰ，驱动模块Ⅱ驱动无刷直流电机Ⅱ，6和9引脚输出低电平时无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ启动，反之停止，5和8引脚输出高电平时无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ顺时针运行，反之逆时针运行，7和10引脚输出低电平无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ制动停止，反之启动；无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ分别与两个前轮的控制轴连接，控制旋耕机本体的前轮转向；副控制器4 引脚控制转向舵机转向，转向舵机用于转向时让旋耕机本体的前轮转动与无刷直流电动机速度差匹配，同时电子罗盘用于判断旋耕机本体当前是否偏离设定的轨迹通过A2、A3引脚并反馈给副控制器，副控制器通过USB接口反馈给主控制器，角度传感器用于检测旋耕机本体的前轮转动的实际角度，通过0、1引脚并反馈给副控制器，副控制器通过USB接口反馈给主控制器，超声波传感器用于检测前端障碍物是否在危险范围内，通过A0、A1引脚并反馈给副控制器，副控制器通过USB接口反馈给主控制器，主控制器计算的纠正偏移，并通过USB 接口反馈给副控制器，副控制器同理控制无刷直流电机Ⅰ、无刷直流电机Ⅱ和转向舵机的行驶方向进行纠偏；行驶完毕将柴油机关闭，供电模开关关闭即可。
当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：该种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置由主控制模块和副控制模块组成；所述的主控制模块包括主控处理器、雷达模块、供电电源和显示模块，主控制器与雷达模块通过排针固定连接；所述的副控制模块包括供电模块、电子罗盘、角度传感器、超声波传感器和方向控制模块，供电模块包括10V电源、柴油机、发电机、蓄电池和电压转换电路，柴油机与发电机通过联轴器连接，发电机的电源输出端与蓄电池的电源输入端连接，蓄电池的电源输出端与电压转换电路的电源输入端连接，方向控制模块包括转向舵机、驱动模块Ⅰ、无刷直流电机Ⅰ、驱动模块Ⅱ和无刷直流电机Ⅱ，驱动模块Ⅰ的信号输出端与无刷直流电机Ⅰ的信号输入端连接，驱动模块Ⅱ的信号输出端与无刷直流电机Ⅱ的信号输入端连接；
供电电源为5V电源，5V电源输出端分别与主控处理器和雷达模块的电源输入端连接；供电模块包括5V、10V和24V三个电源输出端，供电模块的5V电源输出端与电子罗盘、角度传感器和超声波传感器的电源输入端连接，供电模块的10V电源输出端与副控制器的电源输入端连接，供电模块的24V电源输出端与转向舵机、驱动模块Ⅰ、无刷直流电机Ⅰ、驱动模块Ⅱ和无刷直流电机Ⅱ的电源输出端连接；
主控制器与副控制器通过USB接口连接，主控制器与显示模块通过WIFI无线连接，主控制器的信号输入端与雷达模块的信号输出端连接，主控制器的信号输出端与雷达模块的信号输入端连接；副控制器的信号输入端电子罗盘、角度传感器和超声波传感器的信号输出端连接，副控制器的信号输出端与转向舵机、驱动模块Ⅰ和驱动模块Ⅱ的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：所述的主控制器为Raspberry PI 3Model B微型电脑，副控制器为Arduino UNO R3开发板。
3.根据权利要求1所述的一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：所述的雷达模块为RPLIDAR A1激光雷达模块。
4.根据权利要求1所述的一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：所述的电子罗盘为MAG3110电子罗盘传感器。
5.根据权利要求1所述的一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：所述的角度传感器为JY-61角度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：所述的超声波传感器为HC-SR04超声波传感器。
7.根据权利要求1所述的一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：所述的转向舵机为DH-03X转向舵机。
8.根据权利要求1所述的一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：所述的驱动模块Ⅰ和驱动模块Ⅱ均为DBLS-02驱动模块。
9.根据权利要求1所述的一种山地农业旋耕机无线自动导航控制装置，其特征在于：所述的无刷直流电机Ⅰ和无刷直流电机Ⅱ均为R2418无刷直流电机。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2020164243A1 (zh) * | 2019-02-12 | 2020-08-20 | 丰疆智能科技股份有限公司 | 基于混合动力的无人插秧系统及其组装方法和插秧方法 |
| CN111605390A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-01 | 遵义师范学院 | 一种履带车驱动总成电气控制系统 |
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| WO2020164243A1 (zh) * | 2019-02-12 | 2020-08-20 | 丰疆智能科技股份有限公司 | 基于混合动力的无人插秧系统及其组装方法和插秧方法 |
| CN111605390A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-01 | 遵义师范学院 | 一种履带车驱动总成电气控制系统 |
| CN111605390B (zh) * | 2020-05-26 | 2023-03-10 | 遵义师范学院 | 一种履带车驱动总成电气控制系统 |
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