池塘养殖船自动导航系统设计与试验

摘要

池塘养殖机械的使用能够降低劳动强度，提高养殖生产效率，增加渔民收入，是池塘养殖中不可缺少、尤为重要的机械设备。开展高水平的机械化、自动化水产养殖技术研究已成了当务之急。本文以投饲-洒药船为载体，设计了能够适应不同多边形形状池塘的投饲-洒药船自动导航控制系统，并开展试验验证与导航效果评估，研究工作总结如下：
　　（1）构建了基于GPS/电子罗盘的导航系统。本文以低成本GPS模块、三维电子罗盘、MSP430单片机为导航硬件构建了导航控制系统。MSP430单片机为中央处理器，定位精度2.5m的UART GPS NEO-6M模块作为GPS接收机提供位置信息，DCM260B三维电子罗盘提供航向信息，通过串行通讯获取GPS与电子罗盘信息，实现了低成本低精度的GPS模块和高精度电子罗盘的导航控制系统方案。
　　（2）设计了多边形回纹线导航路径规划算法。该算法能够适应三角形、四边形、五边形、六边形不同形状的池塘，提供了快速获取多边形池塘边界端点坐标信息的人机接口，全自动快速实现回纹线的路径规划，并对规划后的关键路径参数进行有序储存，为自动导航过程提供基础参数。
　　（3）设计了基于PD控制算法的直线路径跟踪算法。算法实现了GPS定位信息和电子罗盘航向信息的融合，完成实时测姿定位功能，实现对投饲-洒药船舵的自动化控制，构建了一种有多余度且满足投饲-洒药船导航精度要求的导航控制方法。
　　（4）开展了池塘导航试验验证和性能评估。试验表明投饲-洒药船能以规划的路径航行来实现导航工作要求，导航路径规划算法对多种多边形池塘具有通用性，导航控制算法能够有效纠正系统偏差。通过两个NRF24L01通讯实时获取导航试验数据，试验结果表明综合导航误差在±3.5m以内，满足常规鱼塘自动投饲-洒药要求。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 GPS导航技术在现代农业机械装备中的应用

1.3 国内外GPS组合导航系统研究现状

1.4 国内池塘养殖投饲喂料研究现状

1.5 研究目标与研究内容

第二章 池塘养殖船导航系统总体方案设计

2.1 投饲-洒药船简介

2.2 导航硬件

2.3 本章小结

第三章 多边形回纹线导航路径规划算法

3.1 GPS数据格式

3.2 电子罗盘数据格式

3.3 测姿定位信息的获取

3.4 池塘边界点的选取

3.5 导航路径规划算法

3.6 本章小结

第四章 池塘养殖船导航控制算法

4.1 船体当前位置的确定

4.2 PD导航控制算法

4.3 系统总体算法

4.4 本章小结

第五章 导航试验验证与性能评估

5.1 池塘养殖船PD控制参数整定试验

5.2 航向导航试验

5.3 池塘养殖船总体导航试验

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 前景与展望

参考文献

致谢