专利名称:温室作业平台的磁导航装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种农业作业机械技术领域：
的行走导航装置，特别是一种利用磁传感 器获取偏航信号的温室作业平台的磁导航装置。
背景技术：
温室内作业时空间狭小，为避免农业机械行走过程中轧伤作物，要求农业机械能 沿指定路线行走。但由于作物发育中后期枝叶繁茂，人工操作机械时视线易受阻，加之喷农 药等操作对人体伤害较大，因此采用自主导航技术，引导业机械循着作物行行走对提高生 产率、改善劳动条件具有重要意义。较为成熟的导航方式主要有激光导航、色带导航、GPS导 航、磁导航等。激光导航和色带导航精度很高，但对环境条件要求也较苛刻，农作物枝叶容 易对激光造成遮挡，翻土、施肥过程易污染色带，影响导航效果。目前的GPS定位精度不高， 一般在几米甚至十几米的量纲，不符合温室内小范围精确导航的要求。而磁导航设备安装 方便、经济环保、有较高精度且导航效果受经常变化的田间环境影响小，因而成为温室平台 导航技术的首选。
经对现有技术文献的检索发现，专利申请公开号200520101460. X，名称一种电
动工具的单电源激光导航装置，由电源接头、电机、开关、转子、定子、动能输出装置、激光装 置等组成。它虽然能实现较高精度的直线式定位，但不能实现自动转弯，不符合温室内不 规则轨迹的自动导航的要求，且存在激光信号容易被遮挡、装置制造成本高、维护繁琐等缺 点，不利于应用推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种温室作业平台的磁导航装 置。本发明结构简单、性能可靠，实现温室作业平台准确地沿着既定的导航线路行走，成本 低廉、抗干扰性强、利于推广，大大节约了劳动力成本。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明包括磁钉、工字型支架、磁信号采集器和微处理器，磁钉沿着作业平台的行 走路线布置在地面上，磁钉产生的磁场信号为整个装置提供导航信息；工字型支架固定在 作业平台上面，用来固定和支撑磁信号采集器和微处理器；磁信号采集器分别固定在工字 型支架的前后臂上，用来采集磁钉发出的磁场信号，并将采集到的信息上传给微处理器；微 处理器固定在工字型支架中间的连杆上，负责接收和处理来自磁信号采集器采集到的信 号，并根据处理结果对作业平台发出相应的执行指令，控制作业平台正常行走。
磁信号采集器共有两个，大小、结构均相同。
所述磁钉为NdFeB永磁体，按照作业平台需要的行走路线均勻间隔铺设在地面 上。
所述磁信号采集器各包括四个PCB板，四个PCB板水平等间距、高低相间布置，以 平衡路面高低不平对检测到的磁场的影响。
3[0010]所述的PCB板上包括一个磁传感器、放大滤波电路、基准电压源电路，磁传感器与 放大滤波电路串联，放大滤波电路中的集成运算放大器基准电压由基准电压源电路提供。
作业平台行走过程中，由于磁传感器相对磁钉位置发生变化，磁传感器可以检测 到不同位置磁场强弱的变化，产生不同强弱的电压信号，此电压信号经放大滤波电路处理 后由PCB板上的输出端输出。一旦作业平台偏离磁钉铺设路线，磁传感器检测到的磁场强 度急剧下降，信息反馈到微处理器，通过上位机控制电动机，改变作业平台前进放向，从而 实现作业平台始终沿着既定路线前行。
所述微处理器由单片机串接串口通信电路组成，单片机采集八个PCB板的数据， 串口通信电路传送数据信息给上位机。
本发明通过布置于地面的一列磁钉提供导航线路引导信息，依靠布置于作业平台 前后的两个磁信号采集器来采集偏航信号，并将采集到的信号上传给微处理器；微处理器 对磁信号采集器采集到的信息进行分析和处理，并根据处理结果发出相应的指令给作业平 台，通过控制电机来调整作业平台的前进方向可靠地实现了导航。
本发明实现自动导航代替人工操作，改善了工人的劳动环境，节省了人力资源，使 得温室大棚的生产成本大大降低。本发明克服了激光导航容易被农作物遮挡，色带导航容 易被土壤污染以及GPS导航精度不高的缺点，且维修方便，成本低廉，只需简单改变磁钉位 置即可适用不同的地形，适用性强，因此是温室作业自动导航装置的首选。
图1是本发明一种温室作业平台的磁导航装置的工作流程框图。
图2是本发明的结构示意图；
其中a、为结构示意正视图，b、为结构示意左视图，C、为结构示意俯视图；
图中1 磁钉；2 工字形支架；3 第一磁信号采集器；4 微处理器；5 第二磁信 号采集器。
图3是PCB板上的放大滤波电路图。
图4是PCB板上的基准电压源电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括磁钉1、工字型支架2、第一、第二磁信号采集器3和微 处理器4，磁钉1沿着作业平台的行走路线布置在地面上，磁钉1产生的磁场信号为整个装 置提供导航信息；工字型支架2固定在作业平台上面，用来固定和支撑两个磁信号采集器 3、5和微处理器4 ；两个磁信号采集器3、5分别固定在工字型支架2的前后臂上，用来采集 磁钉1发出的磁场信号，并将采集到的信息上传给微处理器4 ；微处理器4固定在工字型支 架2中间的连杆上，负责接收和处理来自两个磁信号采集器3、5采集到的信号，并根据处理 结果对作业平台发出相应的执行指令，控制作业平台正常行走。
所述的两个磁信号采集器3、5，大小、结构均相同。[0025]所述的磁钉1为NdFeB永磁体，按照作业平台需要的行走路线均勻间隔铺设在地 面上。
所述的PCB板上包括一个磁传感器、放大滤波电路、基准电压源电路，磁传感器与 放大滤波电路串联，放大滤波电路中的集成运算放大器基准电压由基准电压源电路提供。
所述微处理器4由单片机串接串口通信电路组成，单片机采集八个PCB板的数据， 串口通信电路传送数据信息给上位机。
本实施例选用型号为HMC1022的两个磁信号采集器3、5接收磁钉1发出的磁场 信号，产生电压信号，电压信号经放大滤波电路处理后成为单片机可以接收的电压信号，再 经型号为STC12C5624AD的单片机内部AD转换成数字信号，通过上位机程序处理该数字信 号计算得出作业平台的当前位置是否偏离既定的直线，若偏航距离大于设定的最大允许值 5mm，则上位机向执行机构，即作业平台的转向系统发出指令，控制转向电机运转，从而使得 作业平台转向，偏航距离减小直至小于最大允许值，因而作业平台始终沿着磁钉1铺设的 路径行走，达到导航目的。
如图2所示，本实施例分别为结构示意正视图、左视图和俯视图。其中磁钉1固定 在土壤里，工字形支架2安装在作业平台上，两个磁信号采集器3、5和微处理器4都安装在 工字形支架2上，PCB板安装在两个磁信号采集器3、5上，PCB板与微处理器4之间有导线 相连。
所述的两个磁信号采集器3、5各包括四个PCB板，四个PCB板水平等间距、高低相 间布置，以平衡路面高低不平对检测到的磁场的影响。本实施例采用PCB板水平相距20cm、 高低相间错位IOcm分布，两个磁信号采集器3、5分别安装在工字形支架2前后臂上。微处 理器4安装在工字形支架2中间臂上。本实施例采用长100cm，宽50cm，厚5cm的工字形支 架2安装在作业平台，即作业小车之上。NdFeB永磁体所制成的直径5cm的圆柱形磁钉1间 距20cm呈直线布置在路面上，产生磁场信号。
如图3所示，电压信号经的放大滤波电路后从PCB板输出，放大滤波电路的集成运 算放大器基准电压Ref端由基准电压源电路提供。放大电路由集成运算放大器AD620AR组 成，滤波电路由简单的RC滤波电路组成。
如图4所示，基准电压源电路由芯片LM317为核心组成，作用在于将电源电压转换 成放大器AD620AR所需的基准电压，从而将两个磁信号采集器3、5输出的电压信号放大合 适的倍数。
本实施例改善了工人的劳动环境，工人在专门的操作室操作，而且一名工人可以 同时管理操作多个作业平台，节省了人力资源，使得温室大棚的生产成本大大降低。
权利要求
一种基于温室作业平台的磁导航装置，其特征在于，包括磁钉、工字型支架、磁信号采集器和微处理器，磁钉沿着作业平台的行走路线布置在地面上，工字型支架固定在作业平台上面，磁信号采集器分别固定在工字型支架的前后臂上，微处理器固定在工字型支架中间的连杆上，负责接收和处理来自磁信号采集器采集到的信号，并根据处理结果对作业平台发出相应的执行指令，控制作业平台正常行走。
2.如权利要求
1所述的基于温室作业平台的磁导航装置，其特征是，所述磁钉为NdFeB 永磁体，均勻间隔铺设在地面上。
3.如权利要求
1所述的基于温室作业平台的磁导航装置，其特征是，所述的磁信号采 集器共有两个，大小、结构均相同。
4.如权利要求
1或者3所述的基于温室作业平台的磁导航装置，其特征是，所述磁信号 采集器包括四个PCB板，四个PCB板水平等间距、高低相间布置。
5.如权利要求
4所述的基于温室作业平台的磁导航装置，其特征是，所述的PCB板上包 括一个磁传感器、放大滤波电路、基准电压源电路，磁传感器与放大滤波电路串联，放大滤 波电路中的集成运算放大器基准电压由基准电压源电路提供。
6.如权利要求
1所述的基于温室作业平台的磁导航装置，其特征是，所述微处理器由 单片机串接串口通信电路组成，单片机采集八个PCB板的数据，串口通信电路传送数据信 息给上位机。
专利摘要
一种农业作业机械技术领域：
的利用磁传感器获取偏航信号的温室作业平台的磁导航装置。包括磁钉、工字型支架、磁信号采集器和微处理器，磁钉沿着作业平台的行走路线布置在地面上，工字型支架固定在作业平台上面，磁信号采集器分别固定在工字型支架的前后臂上，微处理器固定在工字型支架中间的连杆上，负责接收和处理来自磁信号采集器采集到的信号，并根据处理结果对作业平台发出相应的执行指令，控制作业平台正常行走。本发明成本低廉、抗干扰性强、有较高的实用性，能大大节约劳动力成本。
文档编号G05B19/418GKCN101943906SQ201010278109
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月10日
发明者刘天宇, 苏继川, 苗玉彬, 赵爽 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan