基于双源激光无人驾驶的定位系统研究
发布时间：2020-08-31 11:34
精确定位技术是实现农田作业机械自动驾驶和处方农业的基础技术之一,是现代智能农业机械研究的重要内容之一。为研制适用南方水田小面积作业机械的低成本、高精度定位系统,本文对基于双激光发射源的定位系统进行了研究。 本研究采用高速插秧机作为试验平台,为农田作业机械自动行走提供平面定位数据为目标,在研究、总结国内外先进研究成果的基础上,通过分析与对比,提出基于双激光源的定位技术。为了得到农业机械在作业过程中的的实时坐标,完成对无人驾驶系统的定位系统的设计,本课题通过己知的两个激光发射器之间的距离和两个激光发射器的发射角度,解算出在运动状态下机械的定位坐标。 本文首先对现今常用的定位理论进行说明举例,并介绍了本系统所采用的激光发射平台及接受平台,为了确保双激光定位系统正常工作的准确及可靠性,本系统在超声波测距原理的基础上,建立了超声波角度初始化系统。其次,本文着重介绍了激光光斑识别算法以及光斑中心边界识别算法,激光光斑中心的准确、可靠识别是双激光源定位系统中的基础工作。文章分析了激光发射器的激光光斑特征,并根据现场实验确定该特征光斑对定位系统的影响,分析并运用了算术平均值以及中值滤波两种算法对试验结果进行处理,并通过α—β滤波算法实现运动过程中激光光斑中心的准确估计,通过实验验证,该数据处理方法简单可靠,能够准确的判断激光光斑中心位置。最后,文章重点描述了激光丢靶自恢复的方案,主要针对人、物遮挡造成的脱靶以及机器突然加速或减速造成的脱靶两种情况,本文对这两种脱靶情况进行建模,并得出最快找回接收靶的方案。
【学位单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S24
【部分图文】：
以及执行单元的动作控制，其中P1. 4-P1. 7为倾角传感器的数据采集及控制端口，P2.2-P2.7为驱动芯片的控制端口，如图2.4所示。在设计中，单片机电源输入端加入0. luf电容进行滤波，以减少外界干扰，提高电源供电稳定性。十早‘ U-A C.7 ^~ ? 2 PU Z 4?i l^「vcc CI- M-HH j-sBs" 3 4 -Hs-冗 JJIM _ *I2V . ： CI- 1 MISOS |_ p 1 3?,I ‘ 了 蜂±j St ~~h ；= J:V 1丨丨. "“I I '^c：^ RI^ RiSS ^pHS： 丁 P?2Ami 上_ ?12V j ^ T2a7f T2IN Xi^P3MNT1pJP^ X I ^ R2[N R2^jT ^ , , p? 25 L-CH1 ,- ； I 2 I ^ P?0/RXD ?；； 24 ！ ■'. D； GND 3 4 P31/TXD 23 L-mi.:！ 4 =￥ ‘ .....…’+■ ^ ?71 if ；? P2i—^ I? I?士L 7hl HI I ”滙 ?' ^TT.liP图2.4中央处理年元电路Fig. 2.4 the circuit of main controlling unit为了实现计算机和单片机之间的良好通讯，系统通过MAX232来完成单片机和计算机之间的TTL电平与RS232电平之间的转换。2.2.2步进电机驱动电路设计步进电机驱动电路主要由细分电路、驱动控制芯片和光z1隔离电路组成。步进电机转动的角位移和输入的脉冲数目要求严格成正比，如果按照整步的工作方式，会造成步进电机振动大，噪声大等影响；运用细分，不仅仅可以使振动和噪声减小，而且可以减小步进电机误动作产生的平台倾斜度偏移，从而减小激光定位的误差，并且，细分数取得越高，在远端产生的偏移量越小。为了使步进电机工作的误差尽可能的小，本设计中驱动电路采用高细分步进电机驱动芯片THB6128。II
主站懫用晶振为11.0592MHz的振荡电路，电容为22pF的振荡电容。其主控制单元主要由无线通讯单元、串口通讯单元和中央处理器组成。如图3.2所示，中央处理器的核心懫用单片机STC11F04E,主要负责采集与下发实时温度、控制超声波的发射、发送与接收无线数据、解算位置及角度[41]。无线数据的交换主要使用无线通讯完成。本文中，无线模块采用nRF905，该模块具有稳定性强、移植性好且通讯效率高的特点。nRF905懫用3.3V供电，懫用硬件CRC校验，有效提高了数据传输的可靠性，同时降低其对单片机系统资源的要求[46]。计算机与单片机之间RS232电平与TTL电平之间的转换利用MAX232完成，为单片机提供程序下载和程序调试接口，提供单片机和计算机之间的良好通讯，以确保系
1激光光斑特征本系统设计选用的如图4.1所示的激光发射器。■■ fc'4.图4.1激光发射器Fig4.1 Laser transmitter发射器具体技术参数如下：波长：650nm输出功率：0.4-5mW供电电压：3V外型尺寸：直径10*30min波段：可见激光器激励方式：电激励式激光器工作介质：半导体激光器光斑模式：点状线宽：可调工作寿命：工业级5000小时以上、精工级12000小时以上。光学镜片：高档玻璃镜片及优质亚克力镜片。运转方式：连续激光器工作温度：-i(rc?+4(rc此激光发射器发射能力比较强，具有一定的穿透力，光斑的大小可调且较小，可以达到本系统的定位要求。一般的激光发射头发射出去的激光都存在不同程度的光晕，25
【学位单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S24
【部分图文】：
以及执行单元的动作控制，其中P1. 4-P1. 7为倾角传感器的数据采集及控制端口，P2.2-P2.7为驱动芯片的控制端口，如图2.4所示。在设计中，单片机电源输入端加入0. luf电容进行滤波，以减少外界干扰，提高电源供电稳定性。十早‘ U-A C.7 ^~ ? 2 PU Z 4?i l^「vcc CI- M-HH j-sBs" 3 4 -Hs-冗 JJIM _ *I2V . ： CI- 1 MISOS |_ p 1 3?,I ‘ 了 蜂±j St ~~h ；= J:V 1丨丨. "“I I '^c：^ RI^ RiSS ^pHS： 丁 P?2Ami 上_ ?12V j ^ T2a7f T2IN Xi^P3MNT1pJP^ X I ^ R2[N R2^jT ^ , , p? 25 L-CH1 ,- ； I 2 I ^ P?0/RXD ?；； 24 ！ ■'. D； GND 3 4 P31/TXD 23 L-mi.:！ 4 =￥ ‘ .....…’+■ ^ ?71 if ；? P2i—^ I? I?士L 7hl HI I ”滙 ?' ^TT.liP图2.4中央处理年元电路Fig. 2.4 the circuit of main controlling unit为了实现计算机和单片机之间的良好通讯，系统通过MAX232来完成单片机和计算机之间的TTL电平与RS232电平之间的转换。2.2.2步进电机驱动电路设计步进电机驱动电路主要由细分电路、驱动控制芯片和光z1隔离电路组成。步进电机转动的角位移和输入的脉冲数目要求严格成正比，如果按照整步的工作方式，会造成步进电机振动大，噪声大等影响；运用细分，不仅仅可以使振动和噪声减小，而且可以减小步进电机误动作产生的平台倾斜度偏移，从而减小激光定位的误差，并且，细分数取得越高，在远端产生的偏移量越小。为了使步进电机工作的误差尽可能的小，本设计中驱动电路采用高细分步进电机驱动芯片THB6128。II
主站懫用晶振为11.0592MHz的振荡电路，电容为22pF的振荡电容。其主控制单元主要由无线通讯单元、串口通讯单元和中央处理器组成。如图3.2所示，中央处理器的核心懫用单片机STC11F04E,主要负责采集与下发实时温度、控制超声波的发射、发送与接收无线数据、解算位置及角度[41]。无线数据的交换主要使用无线通讯完成。本文中，无线模块采用nRF905，该模块具有稳定性强、移植性好且通讯效率高的特点。nRF905懫用3.3V供电，懫用硬件CRC校验，有效提高了数据传输的可靠性，同时降低其对单片机系统资源的要求[46]。计算机与单片机之间RS232电平与TTL电平之间的转换利用MAX232完成，为单片机提供程序下载和程序调试接口，提供单片机和计算机之间的良好通讯，以确保系
1激光光斑特征本系统设计选用的如图4.1所示的激光发射器。■■ fc'4.图4.1激光发射器Fig4.1 Laser transmitter发射器具体技术参数如下：波长：650nm输出功率：0.4-5mW供电电压：3V外型尺寸：直径10*30min波段：可见激光器激励方式：电激励式激光器工作介质：半导体激光器光斑模式：点状线宽：可调工作寿命：工业级5000小时以上、精工级12000小时以上。光学镜片：高档玻璃镜片及优质亚克力镜片。运转方式：连续激光器工作温度：-i(rc?+4(rc此激光发射器发射能力比较强，具有一定的穿透力，光斑的大小可调且较小，可以达到本系统的定位要求。一般的激光发射头发射出去的激光都存在不同程度的光晕，25
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 贺桂芳;;一种高精度超声波测距系统的设计[J];传感器与微系统;2010年04期
2 庞艳;乔静;;UWB无线定位技术探讨[J];电信快报;2005年11期
3 张志荣;杜鹏;张龙江;张春华;;矿井人员定位遇险救助系统及其关键技术[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2010年02期
4 陈晓荣,蔡萍,陈淑芬,施文康;卡尔曼滤波在激光跟踪测量系统中的应用[J];光学技术;2004年01期
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6 孙强;王海;;国外节约型农业发展模式的启示[J];黑龙江金融;2009年06期
7 蒋
本文编号：2808740
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