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北斗高精度农机自动驾驶系统

发布时间:2021-08-03 人气:532

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现代大型农业机械作业在高速、宽幅作业行进过程中,要求驾驶员在操纵作业机械精准沿作物行间隙或预定的路线行走的同时,目测田间土壤状况、作物所受病虫害和作物生长状况,实施耕作、施肥、播种、种植等变量投入操控已不可能,漏行和重行作业现象不可避免。采用自动导航技术是解决上述困难的重要途径。自动导航技术可以保证实施起垄、播种、喷药、开行收割等农田作业时衔接行距的精度,减少农作物生产投入成本,大大提高作业效率。

一、背景介绍

1.1 农机自动导航驾驶系统国家政策

近年国家大力推广北斗在农业上应用:包括北斗农机自动导航驾驶系统,北斗监控数据,智慧农业等。并且多个省区把农用北斗终端纳入购机补贴范围,同时可以预见,今后将有更多新装备新技术在政府的扶持下被研发出来,应用到农业生产中去。

1.2 安装农机自动导航系统效益分析

1、减少重叠和间隙,节约开支

研究表明,驾驶员在一天作业中约有5%至10%的重叠倾向,将会使12米宽的农具产生1.2米的行间重叠。通过使用自动导航系统,可减少90%的重叠作业。提高作业效率、大大地节省燃油、化肥、种子、肥料和时间(见方图表),使用导航系统在田间每工作400小时即可节省大约3万元人民币。

2、创建更加一致的行列和整齐划一的土地

导航系统可以让拖拉机在播种时保持更加一致的行距,降低在田间连续作业时农作物受损的可能性。允许驾驶员在执行特定的应用程序时保持最佳的工作速度。对于那些需要高速运行的应用程序作业,例如喷雾,连贯的速度可以在相同的时间喷洒更多的土地,提高作业效率。

3、作业效率更高

更高的作业精准度意味着更快速更精准的作业路线,这将为您带来更高的收益。导航系统可以帮助您减少错行和漏行,这可以让田间作业效率提升14%,也就意味着您可以在更短的时间内获得更多的收益。

4、减轻驾驶员疲劳,解放双手

实现自动驾驶,帮助降低驾驶员疲劳强度,使得驾驶员有更多的精力用于优化机器的操作并最大化收益。疲惫驾驶者常常会操作失误,带来时间和成本的不必要浪费。

5、永不停工,延长有效工作时间,

自动导航系统使用卫星信号进行设备定位,增加作业季连续作业时间。同时,有了自动导航系统的帮助,无论是在黄昏、雨天、粉尘、雾天、大风天、夜间,驾驶员都能非常自信地创建均匀分布的行列,保证作业速度不会受到影响。导航自带计亩器功能,让您轻松准确地计算作业量。

6、降低土地的压实,

导航允许驾驶员运用电车路线管理方式来有效地减低土地压实,保护土壤。

二、中创博远农机导航产品

2.1中创博远自动驾驶系统构成

自动驾驶系统利用高精度的卫星地位导航信息,由控制器对农机上安装电动方向盘系统进行控制,农机按照设定的路线(直线或曲线)自动驾驶

总体作业示意图:

整套系统有便携基站、车载系统,拖拉机在作业地块工作,车载系统安装在拖拉机上,通过接收便携基站传来的差分信息,达到高精度导航目的。

2.1.1车载系统

    中创博远FARMSTAR-F2系列自动驾驶车载系统是集卫星接收、定位、控制于一体的综合性系统,主要由北斗高精度定位控制器、导航显示终端、MDU方向盘、电子式角度传感器组成,如下图所示:

其中导航显示终端安装在车内,并将原车方向盘更换成MDU方向盘,将北斗高精度定位控制器固定在车顶,接收来自便携基站的差分信号,达到RTK解状态,并将定位信息传送给导航显示终端,结合角度传感器、陀螺仪感知行驶过程中的摆动与方向,经过数据处理,将控制信号传输给MDU方向盘,达到控制方向目的,

2.1.2系统功能及指标介绍

1、北斗高精度定位控制器

包含GPS、GLONASS、北斗、伽利略等卫星具有抗震、耐高低温功能,其各类参数均达到工业级要求。是集北斗高性能卫星天线,电台天线、ECU控制器,内置组合惯导三星七频的高精度定位控制器,其具有定位精度高、易于安装、盲区精准控制 ,信号中断补偿等一些列优点,如下图所示:

2导航显示终端

集电台,3G于一体导航显示终端在进行RTK作业时,可通过网络、内置电台以及外挂电台3种方式传输差分数据,同时支持星基差分信号为用户提供了丰富选择。

1)        支持所有GNSS信号接收:

足够的并行接收通道,可以最大限度地跟踪和观测所有可见GNSS卫星信号,从而提高测量精度和实时RTK测量的性能。

2)        20Hz的数据更新率

支持数据更新率高达20Hz,同时保持最佳观测质量和观值的独立性;耗电量低,仅4W功耗。

3)        三种数据传输模式

通过UHF内置电台、内置3G/GPRS无线通信功能、外挂电台三种通信方式来进行数据传输和广播差分数据。

4)        高精度定位技术:

卫星定位技术采用性能卓越的测量引擎,测量数据具有最高等级的质量保证,在长基线、长时间观测的条件下,精度高达:平面:±(1cm+1x10-6D),高程:±(15mm+1x10-6D)。

5)        软件:

安装无需调试,问题自动诊断,AB线可互通等功能,内置流量卡可远程监控数据。

3MDU方向盘

替代原车方向盘,安装拆卸简单,内含电机,大扭矩适合高低速、和各种复杂地形作业。

4、电子陀螺仪式角度传感器  北斗,自动驾驶,农业自动化,科美斯,自动导航

电子式角度传感器用于检测车辆前轮左右转向角度,采集当前角度值反馈给控制器,提高车辆直线行驶精度。内置惯导,可以任意安装拆卸,使用寿命长。

2.1.3、参考站系统

1、参考站概述及功能介绍

在项目区域范围内,放置便携式基准站为北斗农机提供高精度导航定位服务。

      各个参考站的卫星数据通过电台频道发送出去,农机自动导航系统通过车载内置电台接收差分信号;

液压控制与电动方向盘控制区别:

组成结构示意图如下


方向盘控制

液压控制

组成结构

电动方向盘

电磁阀

安装调试

安装简便,需更换方向盘。无需调试

安装复杂,需改动原车油路,要调试校正

安装时间

1小时

4小时

作业精度

±2.5cm

±2.5cm

作业速度

11KM/h

12KM/h

使用寿命

5年以上

5年以内

故障问题频率

较少

频率相对较高

反应速度

相对略慢

相对较快

易出现问题

电流过大容易烧保险

油质不净容易堵阀

拆卸安装

简单,只需更换花键

复杂,需更换油管,根据阀开芯闭芯选择电磁阀组件

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