深松作业深度监控系统关键技术研究

发布时间：2020-10-09 22:08

　　近年来,我国一直在加强农机深松整地技术的推广,深松整地作业政策覆盖了全国范围,政府部门也制定了相关的深松作业质量标准。对耕地实施深松作业是落实国家“藏粮于地、藏粮于技”的重大举措之一,为此国家财政部和农业部出台了具体政策对农机深松作业进行专项补贴。农业深松机具在进行田间作业过程中,可能会因为工作人员操作问题或者地形的差异,造成同一地方深松整地作业深度差距较大,影响了深松整地作业的质量检测结果。随着深松整地作业面积的不断扩大,补贴金额也逐年增长,深松整地作业质量监测已经成为农业推广部门新的问题及需求。传统的深松作业质量检测方式由人工进行随机测量,费时费力,且准确度不高,检测结果受人为因素影响很大。目前市面上已出现的深松整地作业深度检测技术还存在较多问题,一些检测技术获得的数据误差较大,还有一些检测技术测量精度高但设备安装繁琐。因此,研究一种高精度、低成本的深松整地作业深度检测系统十分必要。本文研究了一种依赖于深松机具几何结构,结合传感器采集模块的深松整地作业监测系统。系统采用倾角传感器、超声波传感器和深松机具运动过程中几何变化规律相结合的方式测量深度;通过主控制器采集处理传感器原始数据;使用GPRS上传深松整地作业深度数据到服务器并保存;使用WebAccess组态软件开发上位机监控系统,设计人机界面。本文的主要研究内容如下:(1)研究分析了基于农机具几何模型的深松整地作业深度测量方法。通过分析深松机具的几何结构及其在作业过程中的运动轨迹,找出深松机悬挂结构在作业过程中的角度及高度变化规律,构建几何模型,推导出深度测量计算公式,结合传感器采集到的相关数据,研究出了传感器采集模块和深松机运动规律相结合的深松作业深度测量方法。(2)监测系统集成关键技术研究。监测系统根据不同的功能需求设计各部分设备模块,本文研究的深度监控系统基于物联网体系结构,可以通过网络远程控制深松作业过程中的数据采集及深度监控。数据采集端采用Modbus协议,增加了设备端口的传感器接入数量,提升了监控系统的可扩展性,为日后系统的升级维护提供了便利。系统应用层采用了组态网WebAccess,通过因特网即可进行远程监控,在客户端可轻松实现实时数据的动态图像,并支持开发者进行远程系统开发和维护。(3)设计了深松作业深度监测系统的测试试验。通过设计并完成各部分模块单独试验以及监测设备整体试验,确定此监测系统满足深松作业深度监测需求。
【学位单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S222;TP277
【部分图文】：

液压悬挂系统

法选取型号适合的传感器模块，分析传感器采集数据的过程及原理，为后文监设计提供理论与技术支持。1 耕深测算原理概述深松机在深松作业过程中，由拖拉机液压悬挂系统控制深松机在作业过程中运动。拖拉机的液压悬挂系统根据液压的不同位置通常分为三类：分置式、半以及整体式液压系统。拖拉机的液压系统和悬挂机构构成了液压悬挂机构，油缸、油管、分配器以及控制阀等设备组成了液压系统[18]。由于液体不可压缩，以将发动机的机械能转化为液体的压力能，而油缸可以将液体压力能转变为机配器可通过控制液体流动方向来间接控制油缸动作[19]。在深松作业过程中，油一直处于上下浮动状态，深松机随地面一直起伏仿形工作，拖拉机的液压悬挂能自动调节作业深度，其只能控制深松机的升降运动，深松机的限深轮可用来松机横梁相对地面高度[20]。拖拉机的整体式液压悬挂系统如下图 2-1 所示，深下图 2-2 所示。

深松机,实物,深松

图 2-2 深松机实物图Figure 2-2 The picture of subsoiling machine深松机是一种可以在田间进行全方位深松整地作业的农业机械，通常与大马配套使用。深松机具与拖拉机间的连接方式如下图 2-3 所示，主要依赖拖拉杆和深松机具的悬挂装置，在深松作业过程中需要调节拖拉机的下拉杆位置业，保证深松铲在入土之前有一定程度的倾角。在深松铲进入土壤达到指定要保持深松机的前后深松铲在同一水平位置上，以此确保前后铲的深松作业相同。通过分析深松机结构及悬挂系统的几何模型，采用间接测量耕深方法深松机横梁上安装超声波传感器及犁架上安装倾角传感器，根据深松机及下业过程中的运动状态来间接测量耕深。图中深松机固定的参数有：前后深松连接杆长度为 L1；深松铲尖端与铲臂的垂直距离为 L2；深松铲尖端与深松的垂直距离 h。1 2 L13

倾角传感器

图 2-4 MPU6050 倾角传感器Figure 2-4 MPU6050 tilt sensor0 姿态解算与卡尔曼滤波是通过姿态算法来对姿态矩阵进行更新，由姿态矩阵 T 、滚转角），飞行器的姿态信息能通过这三个角准确反应，向东为 x 轴，北为 y 轴，z 轴指向天。Mpu6050 芯片定系与b系相对的旋转关系就是b系的姿态，通常使用欧拉3)，四元数 Q=(q0，q1，q2，q3)T 描述这种旋转关系[21 T 是一个 3x3 的正交阵，描述三维空间中的两个标准正交一个向量在 n 系下的坐标为三维列向量 ,那么 b 系下的xb=Tnb xn，反之 · 。与互为转置矩阵 n 系按照 z 轴->x 轴->y 轴的顺序依次转动 ψ, θ, γ 后就是导航中的常用规定，并非不能改变，(ψ, θ, γ)T 依次命名

【参考文献】