基于CAN总线的智能农机控制系统框架与容错控制研究

发布时间：2020-04-01 12:48

【摘要】：智能农机装备代表着农业先进生产力,是提高生产效率、转变发展方式、增强农业综合生产能力的物质基础,也是国际农业装备产业技术竞争的焦点。对于智能农机而言,其智能化受到底层通信、硬件结构、软件架构和算法的影响。底层通信是实现智能化的基础,硬件是实现智能化的支撑,软件是智能化的表现方式,算法是智能化的核心。为了缩小与国外智能农机的差距,本文针对这几个问题进行了研究。(1)研究CAN总线拓扑结构优化及其协议制定和加密。针对通讯速度上限和总线长度的负相关问题,建立网络节点拓扑结构模型,把实际问题抽象为最小生成树模型,应用PRIM算法求解出最优路径。在已建立的拓扑结构基础之上,根据数据重要性、传输便捷性和传感器物理参数等因素制定CAN总线通信协议。综合考虑实时性、硬件需求和攻击难度等实际问题衡量各种加密算法,应用XXTEA算法对传输数据进行加密,并对节点拓扑优化和数据加密实时性进行了试验验证。(2)设计智能农机通信拓扑结构和软件架构。智能农机控制平台针对不同传感器对处理器性能要求的差异,建立分布式硬件结构模型,搭建智能农机试验平台。并在此基础上,从智能农机的实际需求出发,通过把底层传感器驱动、通信协议制定、控制和决策等问题以不同的层次和角度抽象,将每一个传感器驱动设计、通信设计、控制和决策设计分解并模块化从而解决问题,并对设计的硬件平台和软件进行了试验验证。(3)研究基于雷达的路径规划及容错机制下的路径跟踪。考虑到应用场景是具有标准行距和株距的标准化农场等原因,提出使用多线激光雷达进行路径规划和导航。通过试验分析网格滤波参数对滤波的影响,确定滤波阈值和网格数量;依据雷达的物理参数设计邻域参数模型;在此基础上,通过试验分析邻域参数对聚类簇的影响从而确定密度聚类的邻域参数;设计可变邻域参数的DBSCAN算法进行障碍物聚类,利用Hough变换和最佳平方逼近对聚类进行直线检测和拟合从而规划路径。考虑到组合惯导系统定位信号丢失时设计容错控制策略,使用雷达重新规划路径,并通过试验验证雷达导航的可能性。
【图文】：

实时性测试,测试场景,加密算法,字节

图 2-11 测试场景表 2-9 加密算法实时性测试加密字节8 16 32 64 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 4300 4315 4517 4531 5323 5337 7674 7688 116858643 8662 9080 9096 10701 1718 15427 15443 2348812996 13016 13652 13668 16086 16102 23188 23205 3530017342 17369 18217 18239 21467 21488 30944 30966 4710621690 21724 22784 22812 26846 26873 38698 38726 5891226035 26076 27350 27383 32227 32260 46455 46487 7071930383 30430 31917 31955 37606 37644 54210 54248 8252534729 34784 36482 36526 42987 43031 61966 62009 9433139074 39136 41049 41098 48366 48415 69720 69769 1061343422 43490 45614 45669 53747 53801 77476 77530 18794

布局图,农机,布局图,硬件

东南大学硕士学位论文划和决策为一体。下面将对硬平台和软件设计进行概括。能农机系统基础硬件研究能农机系统平台的硬件总体分为三大类，一类用于感知的传感器设备，知的多线激光雷达 IBEO、摄像头 ZED、组合导航系统等；用于自身状前轮转角传感器、油压传感器、水温传感器等。另一类用于车辆控制的控制计算机、dSpace 等。最后一类为执行器改装与控制，如转向、制动如图 3-2 所示，拖拉机为黄海金马 404C。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S220

【参考文献】