基于ARM-Linux的农机自动驾驶控制系统设计与研究

摘要

近年国家中央一号文件聚集三农，明确提出要加大农业科技投入，发展现代化农业，建设以农业物联网和农业智能化装备为重点的全程信息化和机械化农业技术体系，把“智能农机装备重大共性关键技术（产品）开发及应用示范”作为支撑引领现代农业发展的重点研发任务。基于卫星导航系统的农机自动驾驶控制技术是现代农业精细生产的一个重要组成部分，尤其是我国自主研发、独立管理的北斗卫星导航系统的投入运营，加快了卫星定位技术在农机导航驾驶中的推广应用。
　　本文研究的农机自动驾驶控制技术融合卫星定位、嵌入式软硬件开发、数据通信、自动控制等现代前沿技术。本文通过开展技术理论分析—系统软硬件设计—控制终端研发—实际配套应用的整体研究，开发一套集定位跟踪、自动驾驶、界面操作、远程通信、信息存储监测为一体的农机自动驾驶控制系统和终端，在模块设计、信息交互、面向对象及GUI图形开发、技术应用等方面优化创新。最终测试及试验结果表明，课题的研究面向实际需求，具有很强的实用价值。
　　首先，提出基于导航层、通信层、控制层、用户层拓扑形式的研究方案，在设计思想上进行模块优化创新，进行北斗高精度定位、高性能控制器、智能显示终端、自动转向执行机构等模块化设计，模块独立性强，方便拓展。
　　然后，确定基于ARM的农机自动驾驶控制系统硬件实现，借助Altium Designer软件进行各功能模块硬件结构及外围电路设计，针对部分电路进行Multisim仿真分析，并通过CAN、RS232等串口通信完成接口信息交互。
　　其次，提出基于嵌入式Linux的农机自动驾驶控制系统软件开发，使用C++语言借助跨平台用户开发工具Qt的面向对象编程及GUI图形架构，进行高级别类管理和人机交互、数据通信等开发。本研究通过各模块的设计流程以及主要开发程序的编译，实现各模块功能，达到农机自动驾驶系统的整体控制。
　　最后，开展模块单元测试、平坦路面直行控制和田间作业控制试验三重实验测试。以东方红LX1204型拖拉机为配套平台，通过试验存储数据分析和现场作业效果表明，系统软硬件设计合理、有效，可实现农机的高精度定位、自动驾驶、界面操作等功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国外的研究现状

1．2．2 国内的研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 农机自动驾驶控制系统设计与理论应用

2．1 系统工作原理及方案设计

2．1．1 工作原理

2．1．2 方案设计

2．2 卫星定位技术分析应用

2．2．1 北斗定位原理

2．2．2 差分计算

2．2．3 地球椭圆及坐标转换

2．3 嵌入式技术分析应用

2．3．1 嵌入式ARM处理器

2．3．2 嵌入式Linux操作系统

2．4 标准化数据通信技术分析应用

2．4．1 CAN总线及通讯协议

2．4．2 卫星NEMA0183通信协议

2．5 本章小结

第3章 基于ARM的农机自动驾驶控制系统硬件实现

3．1 系统硬件设计

3．2 系统高性能控制器硬件实现

3．2．1 控制器微处理器选型

3．2．2 电源及复位电路

3．2．3 UART接口电路

3．2．4 JTAG接口电路

3．2．5 状态采集接口电路

3．2．6 TF卡及RTC时钟电路

3．3 北斗定位模块实现

3．4 终端显示模块接口电路

3．5 转向控制模块选型

3．6 本章小结

第4章 基于Linux农机自动驾驶控制系统软件开发

4．1 软件开发整体设计

4．2 系统应用程序开发环境构建

4．2．1 嵌入式Linux开发流程

4．2．2 构建交叉开发环境

4．3 北斗定位模块程序设计

4．4 界面显示模块程序设计

4．5 CAN总线软件设计

4．6 转向执行机构控制程序

4．7 本章小结

第5章 农机自动驾驶系统调试与田间试验

5．1 基本功能测试

5．1．1 北斗定位模块组建及测试

5．1．2 系统控制界面测试

5．1．3 步进电机调试试验

5．2 农机配套试验

5．2．1 整机硬地直线试验

5．2．2 整机田间作业试验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢