田间作业机组激光导向系统设计

在进行机械化田间管理作业时,常遇到的一个难题就是机组行间行驶困难,经常压苗、伤苗,影响机组作业效率和质量。尤其是在一年两作、且实行套种的地区,由于前茬作物播种行当整齐度不够,给后续的套播或田间管理作业带来很大困难,已成为当前推进作物生产全程机械化的障碍。传统的方法是采用划行器,辅助机组在田间筑畦或播种。但由于土壤比较湿润,划行器划出的沟痕既宽又模糊,难以辨认,影响了机组行驶的直线性,而且易产生积累误差。为了改变这种状况,借用划行器的工作原理和激光发射与接受技术,研发了田间作业机组激光导向系统,以帮助驾驶员提高其操向能力。 田间作业机组激光导向系统主要由激光发射系统和激光接收系统两部分组成,由激光发射器和光波调制电路组成的激光发射系统,被安装在地块两端,位于机组行驶的正前方;由激光接收器和信号处理电路组成的激光接收系统,被固定在拖拉机驾驶室的前面。其工作原理是,由激光发射系统产生不可见的红外激光,被拖拉机上的激光接收系统接收,接收的位置由LED指示灯指出,驾驶员由此做出机组方向偏移量的判断,以便及时调整方向盘。为了提高激光发射和接收系统的抗干扰性,发射的激光为波长850 nm的不可见红外激光,并且发射频率调制为38 kHz。同时,为了确保接收可靠,激光发射器选用“一”字线灯头,即使拖拉机在田间有上下起伏,不会影响对激光信号的接收。 为了验证田间作业机组激光导向系统的性能,进行路面试验。试验分3组,分别为目视前方目标自主行使、配置划行器沿路边石缘行驶和使用激光导向系统按指示灯行驶,每组试验重复3次,行程为50 m,每隔2 m测试机组行驶偏移量,计算3次的平均值以及分布规律。选用850 nm波长的红外激光发射器,发射功率30 mW,直流电压4.5～5.0 V,电流小于10 mA,激光的有效接收距离大于150 m。测试结果为:在不使用划行器和激光导时,机组行驶最大偏移量为29 cm、最小偏移量为1 cm、平均偏移量为14.1 cm,方差为0.34;使用划行器时,最大偏移量为25 cm、最小偏移量为0、平均偏移量为5.94 cm、方差为0.13;当使用激光导向时,机组行驶最大偏移量为13 cm、最小偏移量为0、平均偏移量为4.5 cm、方差为0.09。激光导向条件下的机组行驶最大偏移量、最小偏移量、平均偏移量以及方差,均小于或等于前两组试验,表明激光导向作用有效。 田间作业机组激光导向系统,操作简单,使用方便,成本低廉。采用激光导向,机组在田间行驶没有积累误差,提高了机组行驶的直线性,便于后续田间机组作业的开展,为实施全程机械化创造了良好的条件。