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精准农业,作为现代化农业的重要组成部分,能够大幅度提高劳动生产力、提高农业生产经济效益、减少农民的工作强度,是我国农业现代化进程的重要组成部分。农业机械自动导航驾驶技术是精准农业能够实现的必要条件。农业机械自动导航驾驶技术主要由定位感知技术、导航控制技术、转向控制技术等组成。本设计结合定位感知技术与导航控制技术,运用嵌入式软硬件技术,设计了一款基于GNSS自动导航驾驶系统的ECU控制单元。本设计的主要研究内容如下:(1)ECU控制单元硬件设计。根据实际功能的需求,选择了飞思卡尔微处理器、集成了六自由度惯性器件、加入了外部非易失性存储器、设计了模数转换器、并设计了RS232、CAN、以太网等外围接口。完成了ECU控制单元硬件原理图的设计,并制作了硬件实物,完成了ECU控制单元硬件平台的搭建。(2)路径跟踪控制算法研究。通过学习国内外农机直线路径跟踪控制方法,提出了一种基于模糊控制纯追踪的直线路径跟踪控制方法,并以MATLAB为仿真试验平台,验证了该路径跟踪算法的理论可行性。(3)组合导航算法研究。通过学习捷联式惯性导航系统以及国内外卫星/惯导组合导航方法,提出了一种基于速度、位置的GNSS/SINS组合导航算法。该算法利用GNSS系统误差不随时间积累的特点,修正SINS随时间累积的误差,能够在农机自动导航系统卫星信号短时间丢失期间,为农机提供可靠的导航参数,提高了农机自动导航系统工作的连续性。以MATLAB为仿真试验平台,验证了该GNSS/SINS组合导航算法的理论可行性。(4)ECU控制单元软件平台设计。首先对底层硬件驱动程序进行设计,通过仿真器、CAN分析仪、PC机上位机软件等对ECU控制单元硬件各模块基本功能进行了调试验证。根据ECU控制单元各主要任务对实时性的要求,选择并移植了嵌入式实时操作系统FreeRTOS。根据ECU控制单元需要支持以太网的要求,选择并移植了轻量级TCP/IP协议栈LwIP。根据ECU控制单元管理外置存储单元的需求,选择并移植了嵌入式文件系统模块FatFS。通过测试程序进行验证,证明了FreeRTOS、LwIP以及FatFS能够正常的工作,完成了软件平台的搭建。(5)ECU控制单元任务程序实现。根据ECU控制单元需要获取GNSS定位信息、读取惯性器件数据、读取转向轮转角数据、控制农业机械跟踪路径、进行SINS解算、计算GNSS/SINS组合导航结果、记录并反馈ECU控制单元实时状态等任务需求,编写了ECU控制单元任务程序。(6)试验研究。以东方红农机作为车载平台,分别在平坦的路面以及路况较为复杂的农田里进行了现场试验测试。通过试验测试,验证了ECU控制单元软硬件的稳定性以及可靠性,并验证了ECU控制单元的各项功能。