基于LiDAR的对靶喷雾实时控制系统设计与试验

作     者：袁鹏成 李秋洁 邓贤 周宏平 茹煜 周梦飞 YUAN Pengcheng;LI Qiujie;DENG Xian;ZHOU Hongping;RU Yu;ZHOU Mengfei

作者机构：南京林业大学机械电子工程学院南京210037 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2020年第51卷第S1期

页      面：273-280页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 082801[工学-农业机械化工程] 

基　　金：江苏省基础研究计划青年基金项目(BK20170930) 国家自然科学基金项目(31901239) 国家林业局“948”项目(2015-4-56) 江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(18)1007) 

主　　题：对靶喷雾 实时控制系统 激光雷达 速度测量 系统响应时间 

摘      要：针对自动对靶喷雾中延时喷雾问题设计了实时控制对靶喷雾系统,该系统以二维激光雷达(Laser detection and ranging,LiDAR)作为探测器,利用地速传感器(True ground speed sensor,TGSS)获取喷雾车实时速度,建立了自适应延时喷雾模型,模型可不断调整喷雾延时时间。自适应延时喷雾模型包括延时存储器和延时计数器。延时存储器利用FIFO缓存区暂存喷雾指令;延时计数器指向延时存储器地址,其利用当前车速计算延时指数,取出对应延时存储器地址的喷雾指令并发送给电磁阀控制器,实现对靶喷雾。试验部分首先对系统响应时间进行分析,包括识别靶标时间、计算喷雾指令时间、通信时间、电磁阀响应时间,试验结果表明,系统响应时间为160 ms,延时存储器共42个延时单元;其次通过Proteus仿真比较了单片机在采用M法、T法计算TGSS发出信号频率的准确性,结果表明M法更适合于本文所述测速系统的频率计算;在TGSS安装角确定后,喷雾车速度与方波信号的频率成正比关系,通过拟合确定了比例系数0.0099,拟合优度为0.9998;最后通过试验验证了系统的整体有效性,并测量了实时控制对靶喷雾系统的可识别最小间距,试验结果表明,可识别的最小间距在80~180 mm之间,系统可识别靶标间距的能力随着喷雾车速度的提升而降低,当靶标间距大于180 mm时,系统均可有效识别靶标。