水稻直播机系统设计研究

近年，水稻直播机在一些大规模的农场，实现了广泛的应用。水稻直播机主要是利用机械将刚破胸的水稻种子直接播种在水田中，与传统的手工水稻播种相比，水稻直播机不仅节省了人力、时间，还具有很大的优势：定行、直行和宽行，使得直播稻与移栽稻生长环境处在相似的状态下，以达到高产、稳产的目的。

1水稻直播机自主驾驶系统功能结构

水稻直播机自主驾驶系统主要包括七个重要的部分，即：ARM控制器模块、CAN总线驱动电机模块、油门电动推杆模块、北斗GNSS接受机模块、角度传感器模块、倾角传感器模块、平板人机交互模块。ARM控制器模块：主要用来满足对导航控制算法的预算量，以及信号的提取速度，以实现对直播机各路信号的采集，并将其进行精确的运算，然后并将其发送给执行机构。CAN总线驱动电机模块：是自主驾驶系统的执行机构，主要是在接到控制器模块发出的指令后，按照其具体的要求，实现方向盘轴转动，以满足水田直播过程中转向的要求。油门电动推杆模块：是自主驾驶系统中速度控制的主要模块，通过油门电动推杆的最大推力和拉力，以达到速度控制的目的。北斗GNSS接受机模块：主要是通过天线接收GPS卫星信号对电台发出的信号，以实现在水稻直播过程中的高精度定位，之后再通过串口将信息发送给控制器。角度传感器模块：在测量过程中，轴通过连杆机构和拖拉机转向相连，然后通过信号发送转向的方式，将转向信息送到农机的实时位置。倾角传感器模块：主要是在水稻直播机自主驾驶系统中，通过34ms的时间进行采样，并将采样信息通过信号发送器，将其传递给自主驾驶系统的控制点，然后得到农机的仰俯角和横滚角。平板人机交互模块：在水稻直播机自主驾驶系统中，主要是通过对农机参数的初始信息、作业操作管理、作业监控和现实等信息进行设定，然后通过控制器和蓝牙将实时信息进行交互。

2水稻直播机自主驾驶软件结构

在水稻直播机自主驾驶系统的系统功能结构设计基础上，还必须要加强水稻直播机自主驾驶软件结构设计。因为水稻直播机自主驾驶软件结构，以及各项参数的设定，如：角度传感器安装的处置、天线安装精确尺寸，从而实现水稻直播机自动驾驶的精确度。

3水稻直播机自主驾驶计算法

在对水稻直播机自主驾驶功能结构，以及自主驾驶软件结构的基础上，还必须要通过自主驾驶计算的方式，以实现水稻直播机在播种过程中的精确度。3.1农机前轮转角跟踪计算方法为保证水稻直播机在工作中精准度，必须要对其是否能快速、稳定响应轨迹跟踪进行计算。在具体计算过程中，首先在水稻直播机原来的方向盘上安装了一套减速机构，并且由控制器发出的CAN信号实现对电机转速进行控制。在具体的控制过程中，主要是通过1:10的比例，将减速比转到方向盘上，并且再经由方向盘带动农机转向机构，以实现直播机车轮的转向。接着，这种转向信息又会被直播机上安装的角度传感器获得，之后再将信号发送给控制器。3.2轨迹跟踪计算法在通过轨迹跟踪计算时，主要是通过建立坐标的方式进行，例如：以AB为纵轴，以AB垂直线为横轴，接着根据建立的坐标（如图1所示）。图1农机运动学模型在具体的计算过程中，以拖拉机后轮轴的中心作为参考点，然后建立水稻直播机的运动学模式。∂===tansincostvvyvxθθθ线速度，θ则表示直播机航向角，l则表示前后轴间距，δ则表示直播机前轮转角，且向左偏位正，向右偏为负。之后再结合水稻直播机的直线跟踪模型（如图2所示）。根据图中的几何关系，并结合相关的数学知识，进行精确的计算，得出以下几个式子：然后将公式（2）带入到（6）中，得出：22)cossin(2arctanddLddLl−+θθ=∂（7）根据公式（7），可以精确计算出水稻直播机当前时刻的位置，以及确定航向角的最佳转角，以实现对水稻直播机进行精准的控制。最后，为了进一步确定水稻直播机的精准度，还必须要通过田地实验，并进行准确的跟踪，并作出精确的数据记录。之后在对数据、误区进行准确的分析，并据此对误差进行不断调整，以不断完善水稻直播机的自动驾驶系统的控制，从而满足水田精准的播种要求。

4结束语

综上所述，本论文以水稻直播机自主驾驶系统的设计为出发点，通过硬件改造、软件系统的构建，并通过准确的计算方法，最后经过实验的不断完善和调整，以实现水稻直播机自主驾驶系统的精准控制，满足水田播种精准的要求。

参考文献：

[1]苗峻齐,罗锡文,张智刚等.无人驾驶水稻精量穴直播机的自动控制系统设计[C].中国农业工程学会2011年学术年会论文集,2011:1-5.

[2]孙红梅,张洪.机械化直播:我国水稻种植的一场技术革命?[J].农村•农业•农民B,2016(06):42-44.

[3]吴鹏,李彦明,刘成良.水稻直播机自主驾驶系统设计[J].机电一体化,2017(06):59-63.

作者:孙亮 单位:池州职业技术学院