基于北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制系统及方法与流程

本发明涉及一种自动驾驶耕作控制系统及方法，特别涉及一种农业机械自动驾驶耕作控制系统及方法。

背景技术：

农业是国家基础，关系着国家政治、经济的稳定性，随着我国农业化的发展，会由分散型农业生产方式逐渐向集中型农业转变。农业的机械化是衡量一个国家农业发展的重要指标，伴随着三农政策的不断推进，对农业机械化提出了迫切的要求。

农业机械具有人工无法比拟的劳动效率，不仅降低了劳动强度，而且还可解放很大一部分劳动力，进而从事其他行业，因此发展农业机械利国利民。农业机械主要用于完成土地的耕耘、播种、收割等作业，现有的农业机械绝大部分均为人工驾驶，对于大面积的田地来说，驾驶人员需要长时间的驾驶作业，十分容易疲劳。而且，最为重要的是，农业机械的使用均是阶段性的，只有在耕耘、播种、收割的时间段才需要，这样，在外工作或从事其他行业的驾驶员，不得不在农忙季节返乡，或者是大型土地承包者不等不在农忙时节雇佣大量的驾驶人员，进行农活作业，这无疑会带来加大的人员使用成本。

随着卫星定位技术（如我国的北斗卫星系统）、通信技术、计算机技术以自动控制技术的成熟，根据接收的卫星信号可准确确定出车辆的位置信息，通过对车辆当前状态的检测和分析，制定出合理的自动驾驶方案；这种导航技术也可应用于农机中，现有技术中，农机根据设定的路径行走，对于同一块田地上种有多种农作物的，农机不会自动识别农作物是否为同种类，农机会按照设定的路径将田地的农作物全部耕作结束，导致不该耕作的农作物也被耕作，造成不必要的经济损失，耕作质量得不到保证，现有技术无法满足农业机械自动驾驶的条件。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种基于北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制系统及方法，此系统可避免不需要耕作的农作物被耕作的问题，提高农机的耕作质量，避免不必要的经济损失。

本发明的目的是这样实现的：基于北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制系统，包括差分基准站、自动驾驶仪和用于识别农作物的视觉传感器，所述差分基准站包括测量天线一，测量天线一上连接有测量接收机一，测量接收机一通过RS232接口连接有发射电台，所述自动驾驶仪包括车载导航仪、车载显示控制器、电动方向盘控制器和导向轮转角传感器，所述车载导航仪与车载显示控制器连接，所述电动方向盘控制器和导向轮转角传感器的输出口分别与车载显示控制器连接，所述车载显示控制器包括图形处理模块，所述视觉传感器与图形处理模块连接，用于处理视觉传感器发送过来的信息。

作为本发明的进一步改进，所述视觉传感器设有三个，视觉传感器分别安装在农机最前端机架、农机左右两侧的机架上，安装在农机左右两侧机架上的视觉传感器相背设置，此设计可扫描出已耕作区农作物和未耕作区农作物图像。

为了进一步获得农机更精确的位置速度信息，所述车载导航仪包括测量天线二、三轴姿态传感器和接收电台，测量天线二上连接有测量接收机二，所述三轴姿态传感器和接收电台均通过RS232接口与测量接收机二的输入口连接，测量接收机二的输出口与车载显示控制器连接。

为了进一步提高方向盘的可控性，所述电动方向盘控制器包括电动方向盘、转向控制驱动器和方向盘角度传感器，所述转向控制驱动器的输出口与电动方向盘的输入口连接，电动方向盘的输出口与方向盘角度传感器的输入口连接，方向盘角度传感器的输出口与转向控制驱动器的输入口连接。

作为本发明的进一步改进，所述电动方向盘与导向轮相对连接，导向轮转角传感器安装在导向轮上。

基于北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制方法，具体包括以下步骤：

（1）自动导航仪和基准站获取农机的位置坐标和速度信息，位置坐标和速度信息传输给车载显示控制器，车辆按照设定的路径行走并实时存储耕作农作物图像；

（2）视觉传感器用来扫描拖拉机前方和侧面农作物，图像处理模块识别已耕作区的农作物与未耕作区的农作物是否为相同种类，并将识别结果发送给车载显示控制器，车载显示控制器根据识别结果对农机路线做出相应调整。

为了进一步提高耕作质量，步骤（2）中，车载显示控制器根据识别结果对农机路线做出相应调整的具体方法如下所示：若未耕作与已耕作区农作物相同，农机按照原先设定的路径行走；若农机前端农作物与已耕作的农作物不同，则系统断电，即农机停止作业；若农机前端且侧面未耕作区农作物与已耕作区农作物相同，则系统断电；若农机前端农作物与已耕作的农作物相同并且与已耕作区农作物相同的侧面未耕作区农作物的最小宽度≥农机车身最大宽度时，农机按照原先设定的路径行走，否则进入新的转弯模式，当农机转弯时，改变转弯路径，增大导向轮转角直至农机前端耕作物和已耕作区农作物相同时，新的转弯模式结束，农机按照原先设定的直线路径行走；若农机前端农作物与已耕作农作物相同且侧面未耕作农作物和已耕作农作物全部不同时，则农机进入转弯模式时，系统断电，即农机停止作业。

本发明工作时，测量天线一接收BDS、GPS星座的导航信号，导航信号传输给测量接收机一，测量接收机一对接收到的导航信号进行捕获跟踪和定位解算，并获得高精度的伪距与载波相位观测数据，定位解算结果、伪距和载波相位观测数据通过RS232接口传送给发射电台，发射电台将数据向外部广播，广播处的数据被接受电台接收，测量接收机二接收BDS星座的导航信号，测量接收机二对接收到的导航信号进行捕获跟踪、定位解算，进行捕获跟踪、定位解算，定位解算后与从基准站上传输过来的数据做融合解算，获取农机自身精确位置速度信息，通过三轴姿态传感器获取农机自身的三向姿态信息，车载导航仪将农机的位置速度信息发送给车载显示控制器，车载显示控制器将农机的位置与原来设定好的路径作对比，车载显示控制器通过电动方向盘控制器控制电动方向盘的转向，电动方向盘的转动带动导向轮的转动，通过导向轮转角传感器检测导向轮的转向角，导向轮转角传感器将导向轮的转向角信号传输给车载显示控制器，车载显示控制器根据转向角信号继续通过转向驱动控制器控制电动方向盘的转动，循环以上动作，直至农机位置与原先设定的路径一致，电动方向盘和导向轮不再做调整动作，农机机架一侧的视觉传感器扫描已耕作区农作物图像并实时储存，未耕作区为农机前端和农机机架另一侧所在区域，图像处理模块自动识别农机前端农作物和农机机架另一侧农作物种类是否与已耕作农作物一致，并将识别结果传送至车载显示控制器，车载显示控制器根据实际情况对农机路线进行实时调整；本发明使用基准站和车载导航仪获取农机精确的位置速度信息，提高农机的定位精度，通过识别已耕作区农作物和未耕作区农作物是否为同一种类，并根据识别结果做出路线调整，避免了不该耕作的农作物被耕作掉的问题，保证农机耕作质量，解决了本领域内技术人员一直想解决的技术问题，可用于农业机械耕作时的控制工作中。

附图说明

图1为本发明控制系统的连接框图。

图2为本发明控制方法的程序框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示的基于北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制系统，包括差分基准站、自动驾驶仪和用于扫描农作物的视觉传感器，差分基准站包括测量天线一，测量天线一上连接有测量接收机一，测量接收机一通过RS232接口连接有发射电台，自动驾驶仪包括车载导航仪、车载显示控制器、电动方向盘控制器和导向轮控制器，车载导航仪包括测量天线二、三轴姿态传感器和接收电台，测量天线二上连接有测量接收机二，三轴姿态传感器和接收电台均通过RS232接口与测量接收机二的输入口连接，测量接收机二与车载显示控制器连接，电动方向盘控制器包括电动方向盘、转向控制驱动器和方向盘角度传感器，车载显示控制器与电动方向盘连接，电动方向盘与方向盘角度传感器的输入口连接，方向盘角度传感器的输出口与转向控制驱动器的输入口连接，车载显示控制器包括图像处理模块，视觉传感器与图形处理模块连接，视觉传感器设有三个，视觉传感器分别安装在农机最前端机架、农机左右两侧的机架上，安装在农机左右两侧机架上的视觉传感器相背设置。

如图2所示的基于北斗的可自主规避障碍物的农业机械自动驾驶控制方法，具体包括以下步骤：

（1）自动导航仪和基准站获取农机的位置坐标和速度信息，位置坐标和速度信息传输给车载显示控制器，车辆按照设定的路径行走并实时存储耕作农作物图像；

（2）视觉传感器用来扫描拖拉机前方和侧面农作物，图像处理模块识别已耕作区的农作物与未耕作区的农作物是否为相同种类，并将识别结果发送给车载显示控制器，车载显示控制器根据识别结果对农机路线做出相应调整。

步骤（2）中，中车载显示控制器根据识别结果对农机路线做出相应调整的具体方法如下所示：若未耕作与已耕作区农作物相同，农机按照原先设定的路径行走；若农机前端农作物与已耕作的农作物不同，则系统断电，即农机停止作业；若农机前端且侧面未耕作区农作物与已耕作区农作物相同，则系统断电；若农机前端农作物与已耕作的农作物相同并且与已耕作区农作物相同的侧面未耕作区农作物的最小宽度≥农机车身最大宽度时，农机按照原先设定的路径行走，否则进入新的转弯模式，当农机转弯时，改变转弯路径，增大导向轮转角直至农机前端耕作物和已耕作区农作物相同时，新的转弯模式结束，农机按照原先设定的直线路径行走；若农机前端农作物与已耕作农作物相同且侧面未耕作农作物和已耕作农作物全部不同时，则农机进入转弯模式时，系统断电，即农机停止作业。

本发明工作时，测量天线一接收BDS、GPS星座的导航信号，导航信号传输给测量接收机一，测量接收机一对接收到的导航信号进行捕获跟踪和定位解算，并获得高精度的伪距与载波相位观测数据，定位解算结果、伪距和载波相位观测数据通过RS232接口传送给发射电台，发射电台将数据向外部广播，广播处的数据被接受电台接收，测量接收机二接收BDS星座的导航信号，测量接收机二对接收到的导航信号进行捕获跟踪、定位解算，进行捕获跟踪、定位解算，定位解算后与从基准站上传输过来的数据做融合解算，获取农机自身精确位置速度信息，通过三轴姿态传感器获取农机自身的三向姿态信息，车载导航仪将农机的位置速度信息发送给车载显示控制器，车载显示控制器将农机的位置与原来设定好的路径作对比，车载显示控制器通过电动方向盘控制器控制电动方向盘的转向，电动方向盘的转动带动导向轮的转动，通过导向轮转角传感器检测导向轮的转向角，导向轮转角传感器将导向轮的转向角信号传输给车载显示控制器，车载显示控制器根据转向角信号继续通过转向驱动控制器控制电动方向盘的转动，循环以上动作，直至农机位置与原先设定的路径一致，电动方向盘和导向轮不再做调整动作，农机机架一侧的视觉传感器扫描已耕作区农作物图像并实时储存，未耕作区为农机前端和农机机架另一侧所在区域，图像处理模块自动识别农机前端农作物和农机机架另一侧农作物种类是否与已耕作农作物一致，并将识别结果传送至车载显示控制器，车载显示控制器根据实际情况对农机路线进行实时调整；本发明使用基准站和车载导航仪获取农机精确的位置速度信息，提高农机的定位精度，通过识别已耕作区农作物和未耕作区农作物是否为同一种类，并根据识别结果做出路线调整，避免了不该耕作的农作物被耕作掉的问题，保证农机耕作质量，解决了本领域内技术人员一直想解决的技术问题，可用于农业机械耕作时的控制工作中。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。