无人驾驶拖拉机控制系统设计研究

摘要

利用高新技术改造传统农业，提升农业的产量和质量，对于维护粮食安全具有重要意义。针对我国农业生产机械化、自动化水平低的不足，本文设计了无人驾驶拖拉机控制系统，有效的提高了农业机械的自动化水平。本文把BDS(北斗卫星导航系统)、GPS(全球定位系统)和传统农业机械相结合，开发具有自主知识产权的智能农业机械，对推进我国农机科技的进步具有重要意义。
　　本文研究的具体工作可以分为以下几个部分：
　　(1)首先介绍了国内外农业发展现状，分析农业在我国国民经济中的重要地位和作用，其次研究了我国农业发展的现状，指出发展精准农业的必要性和开发具有自主知识产权的智能农机系统的重要意义。同时，从农机导航定位和控制两个方面对国内外农机应用进行对比分析，提出现有数据处理方法及其存在的问题；
　　(2)主要介绍农机定位和导航原理。分别从卫星导航定位的系统组成、坐标转换原理和方法、基准站和接收机的组成和基本原理三个方面进行了详细的分析；
　　(3)智能导航控制系统整体设计。以三星公司S3C2440处理器为核心，结合Linux嵌入式系统，设计了智能农机控制系统的软硬件部分。其中主要包括导航控制系统的硬件组成、各个模块的控制功能、相关器件的选型以及工作原理等。分别对控制器相关模块、输入输出接口模块、角度传感器模块等方面进行了详细的设计。给出了角度传感器在模型车上的安装示意图，并对模型车的轮转向角与电流值的对应关系进行了测试；
　　(4)对智能农机控制系统软件的基本原理、组成和构架进行了分析，并设计开发自动行走控制系统的软件部分，包括对Linux操作系统进行简要的概述、系统移植、根文件的制作、嵌入式用户界面开发环境QT、基于ARM-Linux平台下的GPS信号采集与处理、GNSS端口的配置、导航AB线设置等，并给出了相关的控制程序；
　　(5)无人驾驶拖拉机导航控制系统试验。基于研究实用性以及费用的考虑，选择在模型车上安装一整套液压系统(包括油箱、油泵、电机、液压比例阀、转向控制器、单向阀也叫安全阀、油缸等)，并加装司南公司自主研发的GNSS接收机，以及北京世纪铭创的MCGJ100 A38CHF型角度传感器，搭建一个硬件模拟平台，完全模拟拖拉机的运行，分别作了30 m短距离和200 m长距离实验来验证导航算法的精确度、所编程序的可行性，为后续算法程序的完善和项目的深入研究奠定基础。
　　实验测试结果表明，该智能农机导航系统能够完成基本作业需求，200 m直线跟踪平均横向误差控制在6c m之内，运行效果良好，具有很好的工程应用价值。

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第一章 绪 论

1. 1 课题的背景和意义

1. 2 国外研究现状

1. 3 国内研究现状

1. 4 国内外农机导航定位方法

1. 5 国内外农机导航控制发展情况研究

1. 6 农机自动驾驶现阶段存在问题

1. 7 论文研究内容

1. 8 本章小结

第二章 农机定位和导航原理

2. 1 G PS系统组成和特点

2. 2 G PS系统定位原理及定位方式

2. 3 空间坐标系

2. 4基准站和接收机

2. 5 本章小结

第三章 控制系统硬件设计

3. 1 控制系统硬件组成

3. 2 接口电路设计

3. 3前轮转角测量

3. 4 本章小结

第四章 软件设计

4.1 Linux操作系统

4. 2 系统移植

4. 3 系统根文件的制作

4. 4 软件总体结构设计

4.5 Qt嵌入式用户界面

4. 6 G NSS信号处理

4. 7 LC D驱动程序

4. 8 导航AB线

4. 9 路径跟踪

4. 10 上位机仿真

4. 11 本章小结

第五章 实验研究

5. 1 系统功能测试

5. 2 本章小结

第六章 总结与展望

6. 1 总结

6. 2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢