基于GSM嵌入式物流监控的农业自主导航车辆设计_邓明华
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Fig． 6 图6 GSM 无线通信装置 GSM wireless communication device
图 7 表示车辆转向调度管理的控制串口 。 根据车 辆的实际运行情况 ， 在物流主监控室可以通过车载设 备对车辆发出调度指令 ， 转向调度指令在显示器上进 行显示 ， 也可以通过语音功能进行显示或者回复 。
收稿日期： 2016－01－18 基金项目： 现代物流与商务湖北省协同创新中心项目（ 2011A201313 ） （ E － mail ） 女， 湖 北 恩 施 人， 讲 师， 硕 士， 作者简介： 邓 明 华 （ 1981 － ） ， dmh1981@ qq． com。 Fig． 2 图2 农业运输车辆视觉通信系统示意图
+ t0］ + n Ｒ（ t0 + jT s ） （ 4）
图8 Fig． 8 测试样机 Test sample
当 j = k 时， 有
ɕ
首先利用机器视觉系统对垄田的图像进 测试时 ，
k = －ɕ j≠ k
y（ t0 + jT s ） = a j h（ t0 ） +
（ j － k） T s ∑ a k h［
Sketch map of the visual communication system for agricultural transportation vehicle
· 237·
2017 年 2 月
农 机 化 研 究
第2 期
工作时， 采集到的数据通过 GSM 网络存储到数据 服务器， 服务器的 MCU 处理器对数据进行处理， 并对 在需要转向调度的位置进行物流跟踪标记， 提高了转 向系统的控制精度。
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2017.02.049
0
引言
随着传感器性价比的不断提高 ， 以机器视觉和卫
星定位为核心的农用车辆自动导航系统已成为研究 热点 。 机器视觉系统的主要作用是对路线进行识别 ， 对行驶过程中遇到的障碍物进行检测 ， 起到农业车辆 的相对定位作用 。 机器视觉的工作性能优异 ， 在路径 识别过程中 ， 还可以有效地区分杂草和农作物 ， 检测 病虫害 ， 具有广泛的适应性 ， 因此在导航系统中是设 计的关键部件之一 。 当遇到复杂情况时 ， 传输信号会 存在较多的干扰 ， 为了接收到高质量的控制信号 ， 提 出了一种基于卡尔曼滤波的 GSM 通信的自主导航运 输车系统 ， 通过路径识别方法的改进 ， 提高了农业车 辆对环境适应性和鲁棒性 ， 提高了农业生产效率 。
图4 Fig． 4
改进后的电控液压转向执行机构
The improved electronic controlled hydraulic steering actuator
改进后的电控制转向器可以根据 MCU 发出的指 令进行自主换向 ， 利用嵌入式物流监控系统进行调度 管理 ， 实现农用车辆的路线最优化 。 该转向器利用电 液控制阀 ， 将原来的手动控制方向盘 ， 利用液压电磁 机构改为电控制形式 ， 其结构如图 5 所示 。 该结构在不改变原来转向机构的情况下 ， 实现了 自动转向功能 ， 其安装简单 、 实用性较强 。 在转向自
图像需要经过数字化处理才能得到农业运 输 车 的导航路线 ， 路径标记使用 Hough 算法进行计算 ， 通 过计算得到了如图 10 所示的农业运输车辆导航路径 结果图 。 从转向调度的实验样板中随机取出 718 个样本 ， 样本每次输出的时间为 0． 003ms ， 通过转向调度系统 的测试 ， 得到了控制器输出和样本目标值曲线 ， 如图 11 所示 。
图5 Fig． 5 自动转向执行机构 Automatic steering mechanism
图 6 为 GSM 车载通信设备示意图 。 车载通信设 备是车辆信息的控制中心 ， 是调度指令的执行者 ， 主 GSM 通信天线和主机等 ， 要包括 GPS 天线 、 可以对车 辆的位置进行报告 ， 对车辆实现监控和调度指挥 。
+ t0］ + （ 5）
行采集 ， 利用摄像机得到的原始图像如图 9 所示 。
n Ｒ（ t0 + jT s ）
a j h（ t0 ） 是输出调度信号的第 j 个转向调度 其中， 利用其判断对码间 信息在抽样瞬间 t = t0 +jT s 所取的值， 信号的干扰。 为了降低干扰造成的影响， 在信号处理 过程中引入了 Kalman 滤波算法， 其离散控制系统为线 性随机微分方程， 则 X （ k ） = A·X （ k － 1 ） + B ·U（ k ） + W （ k ） 为系统参数； U（ k） 为 k 时刻对应的控制变量。
ɕ
（ 6）
X k 为 k 时刻的调度系统的反应状态； A 和 B 其中， U（ k） = （ j － k） T s ∑ a k h［ + t0 ］ （ 7）
图9 Fig． 9 原始图像 Original image
k = －ɕ j≠ k
再加上系统的测量值， 则 Z （ k ） = H·X + V（ k ） （ 8） Zk 为 k 时 刻 的 测 量 值； H 为 测 量 系 统 的 参 其中 ， 数 ； W （ k ） 和 V （ k ） 分别为两种噪声 ， 这两种噪声分别 是过程噪声和测量噪声 。 利用调度系统信号的模型 可以预测下一个状体的系统 。 假设当期信号调度值 为 k， 则根据调度系统可以预测下一个调度信号为
ɕ
号接收器和传感器 ， 通过转向物流调度系统 ， 对自主 导航农业运输车辆的自主导航和转向性能进行测试 ， 所使用的样机如图 8 所示 。
y（ t） =
∑ a k h（ t － kTs ） k = －ɕ
+ n Ｒ（ t ）
（ 2）
n Ｒ（ t ） 为滤波后产生的输出噪声； h （ t ） 为 H 其中， （ w ） 的傅里叶反变换。 h（ t） = 1 2π
图3 Fig． 3
农业运输车电控液压转向执行机构 agricultural transport vehicle
Electric control hydraulic steering actuator of
为了提高运输车辆转向执行机构的自动化程度 ， 加装了比例控制电磁阀 ， 并对油路进行了修改 ， 建立 了一种电液控制的转向机构 。 同时 ， 在原来油路的基 础上并联了电控制转向器 ， 可以实现信号的接收和自 动转向功能 ， 其结构如图 4 所示 。
∫
ɕ －ɕ
H（ w ） e jwt dw
（ 3）
监控中心系统的 MCU 对 y（ t） 信号进行判别， 以确 在 t = t0 + 定数字信息序列｛ a k ｝ 。假设信号的时延为 t0 ， jT s 瞬间对 y（ t） 抽样判别， 则
ɕ
y（ t0 + jT s ） =
k = －ɕ
（ j － k） T s ∑ a k h［
2017 年 2 月
农 机 化 研 究
第2 期
基 于 GSM 嵌 入 式 物 流 监 控 的 农 业 自 主 导 航 车 辆 设 计
邓明华
（ 武汉工商学院 信息工程学院，武汉 摘 430065 ）
要： 为 提 高 农 用 车 辆 视 觉 导 航 系 统 对 不 同 环 境 的 适 应 性 ， 基 于 GSM 无 线 通 信 和 嵌 入 式 系 统 ， 提出了一种新
X （ k k － 1 ） 表示上一状态转向调度的预测 其中， X （ k － 1 k － 1 ） 是上一状态最优的结果。 结果，
3
ɕ k = －ɕ
嵌入式 GSM 农业自主导航车辆性能测试
GSM 信 在普通的农业运输车辆上装载了摄像机 、
∑ a k δ（ t － kTs ）
（ 1）
a k 为第 k 个转向调度信号； T s 为信号周期。 其中， 信号响应模型的表达式为
· 239·
2017 年 2 月
农 机 化 研 究
第2 期
PVDF 阵列传感器设计与试验［J］ ． 农业机械学报， 2010 ， 41 （ 6 ） ： 167－171．
［ 2］ 周利明， 张小超， 刘阳春， 等． 联合收获机谷物损失测量
J］ ．农 ［ 3］ 李俊峰， 介战． 联合收割机谷物损失测试研究探讨［ 2007 （ 12 ） ： 248－250． 机化研究， ［ 4］ 梁振伟， 李耀明， 赵湛， 等． 切纵流联合收获机夹带损失监 J］ ． 农业工程学报， 2012 ， 28 （ S2 ） ： 179－183． 测方法［ ［ 5］ 李耀明， 梁振伟， 赵湛， 等． 联合收获机谷物损失实时监测 J］ ． 农业机械学报， 2011 ， 42 （ S1 ） ： 99－102． 系统研究［ ［ 6］ 徐立章， 李耀明， 李洪昌， 等． 纵轴流脱粒分离 － 清选试验 J］ ． 农业机械学报， 2009 ， 40 （ 12 ） ： 76－79． 台设计［ ［ 7］ 唐忠， 赵湛， 等． 夹带损失传感器不同安装位置对 李耀明，
图 10 Fig． 10 路径标记后图像 Path labeled image
J］ ． 农业工程学报， 2012 ，28 （ 10 ） ： 籽粒检测精度的影响［ 46－52． ［ 8］ 解福祥， 区颖刚， 刘庆庭． 甘蔗收获机组合式扶起装置设 J］ ． 农业机械学报， 2011 ， 42 （ 2 ） ： 94－97． 计与试验［ ［ 9］ 赖晓，李尚平， 秦志文， 等． 新型甘蔗收割装置的仿真分析 J］ ． 农机化研究， 2011 ， 33 （ 2 ） ： 102－ 105． 与试验研究［ ［ 10］ 王健康， 吴明亮， 任述光， 等． 往复式切割器传动机构运 ． 中 国 农 学 通 报， 2011 ， 27 （ 1 ） ： 190 － 动动力学 分 析［J］ 194． ［ 11］ 李婉， 刘东美． 小型整秆甘蔗收获机械喂入机构 李尚平， J］ ． 农机化研究， 2010 ， 32 （ 7 ） ： 152 仿真分析与试验研究［ －154． ［ 12］ Takuyuki Y，Katsuaki S，Koki I，et al． Application of a Sugarcane Harvester for Harvesting of Willow Trees Aimed at Short Ｒotation Forestry： an Experimental Case Study in Japan［ J］ ． Croatian Journal of Forest Engineering， 2012 ， 33 （ 1 ） ： 5－14． ［ 13］ 宋春华， 区颖刚， 刘庆庭， 等． 两段式螺旋扶起机构理论 J］ ． 农机化研究， 2010 ， 32 （ 11 ） ： 34－36． 的研究［ J］ ．农 ［ 14］ 杜现军， 李玉道， 颜世涛， 等． 棉秆力学性能试验［ 2011 ， 42 （ 4 ） ： 87－91． 业机械学报， ［ 15］ 宋占华， 肖静， 张世福， 等． 曲柄连杆式棉秆切割试验台 ． 农 业 机 械 学 报， 2011 ， 42 （ 11 ） ： 162 － 设计 与 试 验［J］ 167． ［ 16］ 王锋德， 燕晓辉， 董世平， 等． 我国棉花秸秆收获装备及 ． 农机化研究， 2009 ，31 （ 12 ） ： 收储运技术路线分析［J］ 217－220． ［ 17］ 李耀明， 秦同娣， 陈进， 等． 玉米茎秆往复切割力学特性 J］ ． 农业工程学报， 2011 ， 27 （ 1 ） ： 160－ 164． 试验与分析［ ［ 18］ 赵湛， 徐立章， 等． 超级稻单茎秆切割力学性能 李耀明， J］ ． 农业机械学报， 2010 ， 41 （ 10 ） ： 72－75． 试验［ ［ 19］ 刘修骥． 大幅度减少液压功率的双半径液压转向的研究 ［ J］ ． 兵工学报， 2012 ， 18 （ 1 ） ： 24－28． ［ 20］ 张道林， 刁培松， 董锋， 等． 拨禾指式不对行玉米收获装 J］ ． 农业工程学报， 2010 ， 26 （ 5 ） ： 103－106． 置的试验［ ［ 21］ 王岳， 夏晓东， 等． 双季稻区收获农艺及先进适用 曹扬， · 240·
· 238·
Fig． 7 图7 车辆调度管理 Vehicle scheduling management
2017 年 2 月
ห้องสมุดไป่ตู้农 机 化 研 究
第2 期 X （ k k － 1 ） = AX （ k － 1 k － 1 ） + BU（ k） （ 9）
在农用运输车辆进行转向调度管理时 ， 为了提高 信号的传输质量 、 消除信号之间的码间串扰问题 ， 需 要对 GSM 通信信号进行滤波处理 ， 滤波器可以选用嵌 入式滤波 。 假设 GSM 单列信号系列为 （ t ） ， 则滤波器 的输入信号可以写成 d（ t） =
动化控制过程中 ， 转向系统需具有通 话 、 短 信 及 GPS 数据功能 ， 要对调度信息进行显示和播报 ， 因此需要 借助 GSM 无线通信装置 。
2
基于 GSM 通信的自主转向机构设计
当遇到 农业运输车辆在田垄里进行运输作业时 ，
障碍物或者农作物时 ， 为了降低车辆碰撞损失 ， 使其 对农作物产生较小的伤害 ， 需要在特定的位置进行转 向 。 为了提高转向控制机构的灵敏度 ， 使用电液压转 向系统 ， 其机械结构如图 3 所示 。
的农业运输车辆自主导航的物流监控系统设计方法， 并研究了其对路径的识别能力。该系统对环境的适应能力 较强， 可以快速、 准确地提取导航路径的特征， 并具有 物 流 跟 踪 监 控 功 能， 可以实现农用运输车辆在特定的田垄 里进行自主换向， 提 高 了 车 辆 的 自 主 导 航 能 力 。 利 用 GSM 无 线 通 信 导 航 技 术 对 驾 驶 员 实 际 输 出 转 角 进 行 追 踪 测 试， 结果表明： 驾驶员的目标曲线和转角无线控制实测曲线比较吻合， 从 而 验 证 了 基 于 GSM 通 信 的 嵌 入 式 物 流 系 统在农业运输车上实现自主导航的可行性和可靠性。 关键词： 农用车辆； 路径识别； 物流监控； 视觉导航； GSM 通信； 嵌入式 中图分类号： S24 ；TP391． 41 文献标识码： A 文章编号： 1003－188X（ 2017 ） 02－0237－05
Fig． 1 图1 系统整体结构图 Overall structure diagram of the system
图 1 中， 监控器可以安置在作业 区 的 监 控 中 心 ， 负责完成车辆物流信息的采集 ， 无线通信 GSM 网络将 采集得到 的 物 流 信 息 传 输 给 监 控 中 心 ， 并 利 用 MCU 处理器对数据信息进行处理， 其硬件结构如图 2 所示。
1
农用车辆视觉导航系统
一般 在传统的导航农业运输车辆在进行设计时 ，
采用视觉 导 航 的 形 式 ， 利用对田间图像的采集和处 理， 得到车辆形式的航向控制偏角 。 为了提高农业运 输车辆自主导航的性能 ， 本次研究构建了一种基于无 线通信网络数据传输的嵌入式物流监控系统 ， 该系统 可以对车辆的转向问题进行合理的调度 ， 从而实现了 转向的自动化控制功能 ， 其总体结构如图 1 所示 。
图 7 表示车辆转向调度管理的控制串口 。 根据车 辆的实际运行情况 ， 在物流主监控室可以通过车载设 备对车辆发出调度指令 ， 转向调度指令在显示器上进 行显示 ， 也可以通过语音功能进行显示或者回复 。
收稿日期： 2016－01－18 基金项目： 现代物流与商务湖北省协同创新中心项目（ 2011A201313 ） （ E － mail ） 女， 湖 北 恩 施 人， 讲 师， 硕 士， 作者简介： 邓 明 华 （ 1981 － ） ， dmh1981@ qq． com。 Fig． 2 图2 农业运输车辆视觉通信系统示意图
+ t0］ + n Ｒ（ t0 + jT s ） （ 4）
图8 Fig． 8 测试样机 Test sample
当 j = k 时， 有
ɕ
首先利用机器视觉系统对垄田的图像进 测试时 ，
k = －ɕ j≠ k
y（ t0 + jT s ） = a j h（ t0 ） +
（ j － k） T s ∑ a k h［
Sketch map of the visual communication system for agricultural transportation vehicle
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2017 年 2 月
农 机 化 研 究
第2 期
工作时， 采集到的数据通过 GSM 网络存储到数据 服务器， 服务器的 MCU 处理器对数据进行处理， 并对 在需要转向调度的位置进行物流跟踪标记， 提高了转 向系统的控制精度。
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2017.02.049
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引言
随着传感器性价比的不断提高 ， 以机器视觉和卫
星定位为核心的农用车辆自动导航系统已成为研究 热点 。 机器视觉系统的主要作用是对路线进行识别 ， 对行驶过程中遇到的障碍物进行检测 ， 起到农业车辆 的相对定位作用 。 机器视觉的工作性能优异 ， 在路径 识别过程中 ， 还可以有效地区分杂草和农作物 ， 检测 病虫害 ， 具有广泛的适应性 ， 因此在导航系统中是设 计的关键部件之一 。 当遇到复杂情况时 ， 传输信号会 存在较多的干扰 ， 为了接收到高质量的控制信号 ， 提 出了一种基于卡尔曼滤波的 GSM 通信的自主导航运 输车系统 ， 通过路径识别方法的改进 ， 提高了农业车 辆对环境适应性和鲁棒性 ， 提高了农业生产效率 。
图4 Fig． 4
改进后的电控液压转向执行机构
The improved electronic controlled hydraulic steering actuator
改进后的电控制转向器可以根据 MCU 发出的指 令进行自主换向 ， 利用嵌入式物流监控系统进行调度 管理 ， 实现农用车辆的路线最优化 。 该转向器利用电 液控制阀 ， 将原来的手动控制方向盘 ， 利用液压电磁 机构改为电控制形式 ， 其结构如图 5 所示 。 该结构在不改变原来转向机构的情况下 ， 实现了 自动转向功能 ， 其安装简单 、 实用性较强 。 在转向自
图像需要经过数字化处理才能得到农业运 输 车 的导航路线 ， 路径标记使用 Hough 算法进行计算 ， 通 过计算得到了如图 10 所示的农业运输车辆导航路径 结果图 。 从转向调度的实验样板中随机取出 718 个样本 ， 样本每次输出的时间为 0． 003ms ， 通过转向调度系统 的测试 ， 得到了控制器输出和样本目标值曲线 ， 如图 11 所示 。
图5 Fig． 5 自动转向执行机构 Automatic steering mechanism
图 6 为 GSM 车载通信设备示意图 。 车载通信设 备是车辆信息的控制中心 ， 是调度指令的执行者 ， 主 GSM 通信天线和主机等 ， 要包括 GPS 天线 、 可以对车 辆的位置进行报告 ， 对车辆实现监控和调度指挥 。
+ t0］ + （ 5）
行采集 ， 利用摄像机得到的原始图像如图 9 所示 。
n Ｒ（ t0 + jT s ）
a j h（ t0 ） 是输出调度信号的第 j 个转向调度 其中， 利用其判断对码间 信息在抽样瞬间 t = t0 +jT s 所取的值， 信号的干扰。 为了降低干扰造成的影响， 在信号处理 过程中引入了 Kalman 滤波算法， 其离散控制系统为线 性随机微分方程， 则 X （ k ） = A·X （ k － 1 ） + B ·U（ k ） + W （ k ） 为系统参数； U（ k） 为 k 时刻对应的控制变量。
ɕ
（ 6）
X k 为 k 时刻的调度系统的反应状态； A 和 B 其中， U（ k） = （ j － k） T s ∑ a k h［ + t0 ］ （ 7）
图9 Fig． 9 原始图像 Original image
k = －ɕ j≠ k
再加上系统的测量值， 则 Z （ k ） = H·X + V（ k ） （ 8） Zk 为 k 时 刻 的 测 量 值； H 为 测 量 系 统 的 参 其中 ， 数 ； W （ k ） 和 V （ k ） 分别为两种噪声 ， 这两种噪声分别 是过程噪声和测量噪声 。 利用调度系统信号的模型 可以预测下一个状体的系统 。 假设当期信号调度值 为 k， 则根据调度系统可以预测下一个调度信号为
ɕ
号接收器和传感器 ， 通过转向物流调度系统 ， 对自主 导航农业运输车辆的自主导航和转向性能进行测试 ， 所使用的样机如图 8 所示 。
y（ t） =
∑ a k h（ t － kTs ） k = －ɕ
+ n Ｒ（ t ）
（ 2）
n Ｒ（ t ） 为滤波后产生的输出噪声； h （ t ） 为 H 其中， （ w ） 的傅里叶反变换。 h（ t） = 1 2π
图3 Fig． 3
农业运输车电控液压转向执行机构 agricultural transport vehicle
Electric control hydraulic steering actuator of
为了提高运输车辆转向执行机构的自动化程度 ， 加装了比例控制电磁阀 ， 并对油路进行了修改 ， 建立 了一种电液控制的转向机构 。 同时 ， 在原来油路的基 础上并联了电控制转向器 ， 可以实现信号的接收和自 动转向功能 ， 其结构如图 4 所示 。
∫
ɕ －ɕ
H（ w ） e jwt dw
（ 3）
监控中心系统的 MCU 对 y（ t） 信号进行判别， 以确 在 t = t0 + 定数字信息序列｛ a k ｝ 。假设信号的时延为 t0 ， jT s 瞬间对 y（ t） 抽样判别， 则
ɕ
y（ t0 + jT s ） =
k = －ɕ
（ j － k） T s ∑ a k h［
2017 年 2 月
农 机 化 研 究
第2 期
基 于 GSM 嵌 入 式 物 流 监 控 的 农 业 自 主 导 航 车 辆 设 计
邓明华
（ 武汉工商学院 信息工程学院，武汉 摘 430065 ）
要： 为 提 高 农 用 车 辆 视 觉 导 航 系 统 对 不 同 环 境 的 适 应 性 ， 基 于 GSM 无 线 通 信 和 嵌 入 式 系 统 ， 提出了一种新
X （ k k － 1 ） 表示上一状态转向调度的预测 其中， X （ k － 1 k － 1 ） 是上一状态最优的结果。 结果，
3
ɕ k = －ɕ
嵌入式 GSM 农业自主导航车辆性能测试
GSM 信 在普通的农业运输车辆上装载了摄像机 、
∑ a k δ（ t － kTs ）
（ 1）
a k 为第 k 个转向调度信号； T s 为信号周期。 其中， 信号响应模型的表达式为
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农 机 化 研 究
第2 期
PVDF 阵列传感器设计与试验［J］ ． 农业机械学报， 2010 ， 41 （ 6 ） ： 167－171．
［ 2］ 周利明， 张小超， 刘阳春， 等． 联合收获机谷物损失测量
J］ ．农 ［ 3］ 李俊峰， 介战． 联合收割机谷物损失测试研究探讨［ 2007 （ 12 ） ： 248－250． 机化研究， ［ 4］ 梁振伟， 李耀明， 赵湛， 等． 切纵流联合收获机夹带损失监 J］ ． 农业工程学报， 2012 ， 28 （ S2 ） ： 179－183． 测方法［ ［ 5］ 李耀明， 梁振伟， 赵湛， 等． 联合收获机谷物损失实时监测 J］ ． 农业机械学报， 2011 ， 42 （ S1 ） ： 99－102． 系统研究［ ［ 6］ 徐立章， 李耀明， 李洪昌， 等． 纵轴流脱粒分离 － 清选试验 J］ ． 农业机械学报， 2009 ， 40 （ 12 ） ： 76－79． 台设计［ ［ 7］ 唐忠， 赵湛， 等． 夹带损失传感器不同安装位置对 李耀明，
图 10 Fig． 10 路径标记后图像 Path labeled image
J］ ． 农业工程学报， 2012 ，28 （ 10 ） ： 籽粒检测精度的影响［ 46－52． ［ 8］ 解福祥， 区颖刚， 刘庆庭． 甘蔗收获机组合式扶起装置设 J］ ． 农业机械学报， 2011 ， 42 （ 2 ） ： 94－97． 计与试验［ ［ 9］ 赖晓，李尚平， 秦志文， 等． 新型甘蔗收割装置的仿真分析 J］ ． 农机化研究， 2011 ， 33 （ 2 ） ： 102－ 105． 与试验研究［ ［ 10］ 王健康， 吴明亮， 任述光， 等． 往复式切割器传动机构运 ． 中 国 农 学 通 报， 2011 ， 27 （ 1 ） ： 190 － 动动力学 分 析［J］ 194． ［ 11］ 李婉， 刘东美． 小型整秆甘蔗收获机械喂入机构 李尚平， J］ ． 农机化研究， 2010 ， 32 （ 7 ） ： 152 仿真分析与试验研究［ －154． ［ 12］ Takuyuki Y，Katsuaki S，Koki I，et al． Application of a Sugarcane Harvester for Harvesting of Willow Trees Aimed at Short Ｒotation Forestry： an Experimental Case Study in Japan［ J］ ． Croatian Journal of Forest Engineering， 2012 ， 33 （ 1 ） ： 5－14． ［ 13］ 宋春华， 区颖刚， 刘庆庭， 等． 两段式螺旋扶起机构理论 J］ ． 农机化研究， 2010 ， 32 （ 11 ） ： 34－36． 的研究［ J］ ．农 ［ 14］ 杜现军， 李玉道， 颜世涛， 等． 棉秆力学性能试验［ 2011 ， 42 （ 4 ） ： 87－91． 业机械学报， ［ 15］ 宋占华， 肖静， 张世福， 等． 曲柄连杆式棉秆切割试验台 ． 农 业 机 械 学 报， 2011 ， 42 （ 11 ） ： 162 － 设计 与 试 验［J］ 167． ［ 16］ 王锋德， 燕晓辉， 董世平， 等． 我国棉花秸秆收获装备及 ． 农机化研究， 2009 ，31 （ 12 ） ： 收储运技术路线分析［J］ 217－220． ［ 17］ 李耀明， 秦同娣， 陈进， 等． 玉米茎秆往复切割力学特性 J］ ． 农业工程学报， 2011 ， 27 （ 1 ） ： 160－ 164． 试验与分析［ ［ 18］ 赵湛， 徐立章， 等． 超级稻单茎秆切割力学性能 李耀明， J］ ． 农业机械学报， 2010 ， 41 （ 10 ） ： 72－75． 试验［ ［ 19］ 刘修骥． 大幅度减少液压功率的双半径液压转向的研究 ［ J］ ． 兵工学报， 2012 ， 18 （ 1 ） ： 24－28． ［ 20］ 张道林， 刁培松， 董锋， 等． 拨禾指式不对行玉米收获装 J］ ． 农业工程学报， 2010 ， 26 （ 5 ） ： 103－106． 置的试验［ ［ 21］ 王岳， 夏晓东， 等． 双季稻区收获农艺及先进适用 曹扬， · 240·
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Fig． 7 图7 车辆调度管理 Vehicle scheduling management
2017 年 2 月
ห้องสมุดไป่ตู้农 机 化 研 究
第2 期 X （ k k － 1 ） = AX （ k － 1 k － 1 ） + BU（ k） （ 9）
在农用运输车辆进行转向调度管理时 ， 为了提高 信号的传输质量 、 消除信号之间的码间串扰问题 ， 需 要对 GSM 通信信号进行滤波处理 ， 滤波器可以选用嵌 入式滤波 。 假设 GSM 单列信号系列为 （ t ） ， 则滤波器 的输入信号可以写成 d（ t） =
动化控制过程中 ， 转向系统需具有通 话 、 短 信 及 GPS 数据功能 ， 要对调度信息进行显示和播报 ， 因此需要 借助 GSM 无线通信装置 。
2
基于 GSM 通信的自主转向机构设计
当遇到 农业运输车辆在田垄里进行运输作业时 ，
障碍物或者农作物时 ， 为了降低车辆碰撞损失 ， 使其 对农作物产生较小的伤害 ， 需要在特定的位置进行转 向 。 为了提高转向控制机构的灵敏度 ， 使用电液压转 向系统 ， 其机械结构如图 3 所示 。
的农业运输车辆自主导航的物流监控系统设计方法， 并研究了其对路径的识别能力。该系统对环境的适应能力 较强， 可以快速、 准确地提取导航路径的特征， 并具有 物 流 跟 踪 监 控 功 能， 可以实现农用运输车辆在特定的田垄 里进行自主换向， 提 高 了 车 辆 的 自 主 导 航 能 力 。 利 用 GSM 无 线 通 信 导 航 技 术 对 驾 驶 员 实 际 输 出 转 角 进 行 追 踪 测 试， 结果表明： 驾驶员的目标曲线和转角无线控制实测曲线比较吻合， 从 而 验 证 了 基 于 GSM 通 信 的 嵌 入 式 物 流 系 统在农业运输车上实现自主导航的可行性和可靠性。 关键词： 农用车辆； 路径识别； 物流监控； 视觉导航； GSM 通信； 嵌入式 中图分类号： S24 ；TP391． 41 文献标识码： A 文章编号： 1003－188X（ 2017 ） 02－0237－05
Fig． 1 图1 系统整体结构图 Overall structure diagram of the system
图 1 中， 监控器可以安置在作业 区 的 监 控 中 心 ， 负责完成车辆物流信息的采集 ， 无线通信 GSM 网络将 采集得到 的 物 流 信 息 传 输 给 监 控 中 心 ， 并 利 用 MCU 处理器对数据信息进行处理， 其硬件结构如图 2 所示。
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农用车辆视觉导航系统
一般 在传统的导航农业运输车辆在进行设计时 ，
采用视觉 导 航 的 形 式 ， 利用对田间图像的采集和处 理， 得到车辆形式的航向控制偏角 。 为了提高农业运 输车辆自主导航的性能 ， 本次研究构建了一种基于无 线通信网络数据传输的嵌入式物流监控系统 ， 该系统 可以对车辆的转向问题进行合理的调度 ， 从而实现了 转向的自动化控制功能 ， 其总体结构如图 1 所示 。