基于GSM嵌入式物流监控的农业自主导航车辆设计_邓明华

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
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
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 。
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
+ 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［
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 。
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
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 。
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Fig． 7 图7 车辆调度管理 Vehicle scheduling management
2017 年 2 月
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） =
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
图 10 Fig． 10 路径标记后图像 Path labeled image
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DOI:10.13427/ki.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 。
பைடு நூலகம்
∫
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［
+ t0］ + （ 5）
行采集 ， 利用摄像机得到的原始图像如图 9 所示 。