一种防水的农机履带驱动轮转速无线测量系统及测量方法与流程

本发明涉及农机自动化技术领域，具体涉及一种防水的农机履带驱动轮转速无线测量系统及测量方法。

背景技术：

农业现代化已经发展到智能化阶段，农业全程智能化控制已经提上日程。全自动农业工程技术得到广泛应用，无人驾驶农机、自动作业机具的出现大大降低了农民的耕作劳动强度，其中对耕作、播种、施肥、灌溉、喷药和除草等田间作业进行数字化控制，使农业投入品的资源利用精准化，效率最大化。其中农机自动导航技术是关键的技术之一，优质的农机行走控制能够为全程自动化作业提供必需的基础，为水肥作物的管控提供良好的先决条件。

轮式农机导航控制在国内已经有了长足的发展，近年来研究和产业化推广都已经达到了相当的水平。然而，履带式农机由于其独特的转向机制不易很好的对其进行控制，所以研究和推广难度较大。但是在南方水田收获作业中大量采用履带式农机作为载体，以提高农机的通过性。

为了更好的完成履带式农机的导航控制必须准确测量左右履带的转速，传统的霍尔传感器的测速装置精度低不能满足需求。由于水田收获时田块潮湿并且存在较多的残茬，如果采用有线方式传递信息，则会降低通过性，同时测量装置的防水性能必须要好，因此，设计具有无线和防水功能的履带轮测速系统对履带式农机的导航控制对农业生产具有重要意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种防水的农机履带驱动轮转速无线测量系统及测量方法，能够高精度测量左右驱动轮的转速，通过无线通讯方式完成数据传输，并具有较强的防水能力，使得该系统能够在水田中长时间使用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种防水的农机履带驱动轮转速无线测量系统，包括转速测量无线装置、防水盒和显示装置，所述转速测量无线装置安装在防水盒内，所述转速测量无线装置通过无线方式与显示装置通信，

所述转速测量无线装置包括光电编码器、单片机和单片机无线传输模块，

所述光电编码器、单片机无线传输模块均与单片机相连，所述光电编码器将测量数据传至单片机，所述单片机与单片机无线传输模块连接，所述单片机无线传输模块将测量数据传至显示装置显示。

作为优选的技术方案，所述防水盒顶部设有防水盒上盖，光电编码器安装在防水盒上盖内侧，防水盒上盖与光电编码器之间垫有硅胶防水垫。

作为优选的技术方案，所述防水盒上盖设有用于安装光电编码器的安装孔，安装孔上装有亚克力密封板，亚克力密封板与安装孔之间的密封腔内采用防水硅脂填充密封。

作为优选的技术方案，所述转速测量无线装置还包括可充电锂电池和qi无线充电模块，可充电锂电池、qi无线充电模块均与单片机连接。

作为优选的技术方案，所述显示装置包括导航终端、显示屏、电池和显示屏无线传输模块，显示屏、显示屏无线传输模块均与导航终端连接，电池与导航终端连接。

作为优选的技术方案，所述光电编码器的中心轴与联轴器相连，联轴器与安装套筒相连，安装套筒与履带驱动轮相连，光电编码器的中心轴正对履带驱动轮的轴中心轴。

一种防水的农机履带驱动轮转速无线测量系统的无线测量方法，包括下述步骤：

数据初始化：对单片机定时器、捕捉定时器、外部中断器、单片机无线传输模块和显示屏无线传输模块进行数据初始化，

频率测量：采用捕捉中断测量光电编码器频率，

转动方向测量：测量光电编码器a、b线的两个脉冲的时间间隔，测量b线脉冲和a线第一个脉冲的时间间隔，根据两个时间间隔的大小测出转动方向，

无线数据传输：

采用设定的通信协议将光电编码器测量的转速信息构建成数据包；

单片机无线传输模块将构建好的数据包编码发送到显示屏无线传输模块；

显示屏无线传输模块将数据包解码后发送到导航终端；

导航终端将数据处理后传输至显示屏显示。

作为优选的技术方案，所述频率测量步骤还包括测量窗口自适应调节步骤，具体如下所述：

当测量的转速低于设定值的时候，增大测量窗口，测量一个完整周期；当测量的转速高于设定值的时候，减小测量窗口。

作为优选的技术方案，所述转速信息为浮点数据，按照从高到低的顺序排列各比特，接收时按照从高到低的顺序将数据重新排列。

作为优选的技术方案，所述通信协议采用nrf无线通信协议，nrf无线通信协议包含头标签位，地址位，标志位，转速信息位和crc校验位。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明的测量系统基于光电编码器测量农机履带驱动轮的转速，测量精度高。

(2)本发明的测量系统采用无线数传模块进行无线数据传输，相比有线系统具有安装简便，通过性强的特点，避免了庞杂的线束布置，系统简洁可靠。

(3)本发明的测量系统的转速测量无线装置采用防水盒封装，并且通过减少开孔、使用亚克力密封板和防水硅脂加强密封，具有较强的防水效果，使得测量系统能够在水田中长时间使用。

(4)本发明的测量系统各部件相对独立，方便安装、维修和保养，其中各部件损害只需要替换相应部件，无需全部更换。

(5)本发明的测量系统采用单片机作为处理器，低功耗低成本，具有很高的推广价值。

(6)本发明的测量系统能够应用于履带式农机导航控制，提高导航控制精度。

(7)本发明采用了qi无线充电的技术，无需在开孔外接充电接口，解决了充电接口防水防锈的技术问题。

(8)本发明通过设置测量程序，实现宽幅的速度测量范围，测量范围大于同类产品。

(9)本发明采用了时分复用测速测向的技术方案，解决了测向计算影响测速精度的技术问题，达到了高精度测向测速的技术效果。

附图说明

图1为本发明防水的农机履带驱动轮转速无线测量系统示意图；

图2为本发明无线测量模块爆炸图；

图3为本发明无线测量模块组件连接示意图；

图4为本发明无线测量模块的安装示意图；

图5为本发明导航控制终端整体示意图；

图6为本发明导航控制终端组件连接示意图；

图7为本发明的转速测量程序示意图；

图8为本发明的无线接收显示程序示意图；

图9为本发明的无线通信协议示意图。

附图标号说明:

1.农机主体，2.履带驱动轮，3.转速测量无线装置，3-1.防水盒上盖，3-2.硅胶防水垫，3-3.光电编码器，3-4.可充电锂电池，3-5.单片机无线传输模块，3-6.单片机，3-7.qi无线充电模块，3-8.防水盒，3-9.防水盒密封圈，3-10.防水盒上盖螺钉，4.安装连接组件，4-1.安装板，4-2.安装板螺钉，4-3.安装套筒，4-4.联轴器，

5.显示装置，5-1.导航控制盒，5-2.显示屏，5-3.总电源开关，5-4.显示屏无线传输模块，5-5.电池，5-6.导航终端，6-头标签位，7-地址位，8-标志位，9-转速信息位，10-校验位。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

如图1所示，并结合图2，本实施例提供一种防水的农机履带驱动轮转速无线测量系统，包括转速测量无线装置3、防水盒3-8和显示装置5，转速测量无线装置3安装在防水盒内，防水盒底部通过安装连接组件4与农机主体1相连，转速测量无线装置3通过无线方式与显示装置5通信，本实施例测量系统采用转速测量无线装置进行数据测量和无线数据传输，相比有线系统具有安装简便、通过性强的特点，避免了庞杂的线束布置，系统简洁可靠。

如图2、图3所示，转速测量无线装置包括光电编码器3-3、单片机3-6、单片机无线传输模块3-5，可充电锂电池3-4和qi无线充电模块3-7；光电编码器3-3、单片机无线传输模块3-5均与单片机3-6相连，光电编码器3-3将测量数据传至单片机3-6，单片机3-6与单片机无线传输模块3-5连接，单片机无线传输模块3-5将测量数据传至显示装置5显示。可充电锂电池3-4、qi无线充电模块3-7均与单片机3-6连接。本实施例的采用单片机作为处理器，低功耗低成本，具有很高的推广价值；采用可充电锂电池和qi无线充电模块配合的无线充电技术，无需再额外开孔增设外接接口，解决了充电接口防水防锈的问题。

在本实施例中，防水盒3-8顶部设有防水盒上盖3-1，光电编码器3-3安装在防水盒上盖3-1内侧，防水盒上盖3-1与光电编码器3-3之间垫有硅胶防水垫3-2。防水盒上盖3-1设有安装孔，安装孔上装有亚克力密封板，亚克力密封板与安装孔之间的密封腔内采用防水硅脂填充密封。防水盒上盖3-1与防水盒主体之间结合缝隙采用防水盒密封圈3-9密封；防水盒上盖采用螺钉与防水盒主体固定连接，防水盒底部设有安装板4-1，安装板4-2采用螺钉固定与防水盒底部固定连接。本实施例中测量系统的转速测量无线装置采用ip67防水等级的防水盒封装，并且通过减少开孔、使用亚克力密封板和防水硅脂加强密封，使得防水盒唯一的开口具有较强的防水能力，为测量系统在田间作业提供防水保障。在本实施例中，防水盒外壳采用ip67等级防水外壳，增强防水性能。

如图4所示，光电编码器3-3的中心轴与联轴器4-4相连，联轴器4-4与安装套筒4-3相连，安装套筒4-3与履带驱动轮2相连，光电编码器3-3的中心轴正对履带驱动轮2的轴中心轴，光电编码器准确的安装位置会使得测量的数据更加准确可靠。

如图5、图6所示，显示装置5包括导航终端5-6、显示屏5-2、电池5-5和显示屏无线传输模块5-4，导航终端5-6、显示屏5-2、电池5-5和显示屏无线传输模块5-4均安装在导航控制盒5-1内，显示装置5上设有总电源开关5-3，显示屏5-2、显示屏无线传输模块5-4均与导航终端5-6连接，电池5-5与导航终端5-6连接，当系统安装完成开始工作时，能够测量农机履带驱动轮2的转速，测量范围为0.005～50khz，采样率为20hz，测量误差小于1％，在显示装置5能够实时显示转速，并用于导航控制，为履带式农机导航控制提供良好基础。

在本实施例中，光电编码器采用高精度光电编码器，提高测量精度，单片机无线传输模块和显示屏无线传输模块均采用nrf无线传输模块，显示屏采用液晶显示屏。本实施例的测量系统各部件相对独立，方便安装、维修和保养，其中各部件损害只需要替换相应部件，无需全部更换。

如图7、图8、图9所示，本实施例还提供一种防水的农机履带驱动轮转速无线测量系统的测量方法，具体步骤如下所述：

数据初始化：对单片机定时器、捕捉定时器、外部中断器、单片机无线传输模块和显示屏无线传输模块进行数据初始化，

频率测量：采用捕捉中断测量光电编码器频率，并设置有测量窗口自适应调节步骤，当测量的转速低于设定值的时候，增大测量窗口，使得测量器可以完整测量一个周期；当测量的转速高于设定值的时候，减小测量窗口，防止计数器溢出。

转动方向测量：测量光电编码器a、b线的两个脉冲的时间间隔，测量b线脉冲和a线第一个脉冲的时间间隔，根据两个时间间隔的大小测出转动方向，

无线数据传输：

采用设定的通信协议将光电编码器测量的转速信息构建成数据包；

单片机无线传输模块将构建好的数据包编码发送到显示屏无线传输模块；

显示屏无线传输模块将数据包解码后发送到导航终端；

导航终端处理后传输至显示屏显示，首先进行系统初始化，判断是否接收到无线信号，如果接受到转速信息就显示到显示屏上，否则直接运行导航系统其他程序。

其中，转速信息为浮点数据，按照从高到低的顺序排列各比特，接收时按照从高到低的顺序的将数据重新排列。

如图9所示，设定的通信协议采用nrf无线通信协议，nrf无线通信协议包含头标签位6，地址位7，标志位8，转速信息位9和crc校验位10。其中头标签位1个比特，地址位5个比特，标志位9个比特，转速信息位4个比特，crc校验位2个比特。定义通信协议用于正常传输数据解包，统一数据规则才能彼此通信，接收方才能了解接收数据的内容。

本实施例通过设置测量程序，实现宽幅的速度测量范围，采样频率达到0.005～50khz，大于同类产品，采用了时分复用测速测向的技术，解决了测向计算影响测速精度的技术问题，达到了高精度测向测速的效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。