激光控制平地系统的研究与设计

论文摘要

我国是农业大国,要想发展农业规模化和精细化生产就离不开土地平整技术。田块的平整度越高,越有利于受水受肥均匀,有利于出苗整齐,有利于提高作物产量,有利于农业机械化的实现。激光平地技术是现有的最先进、最有效的土地精平技术,平地后能够实现12cm的平整精度。但是国外激光平地机价格昂贵,而国内激光平地技术仍不完善,这些都不利于激光平地技术在国内的推广。因此,提出和设计一种符合中国国情的激光控制平地系统具有重要的现实意义和较高的科学研究价值。（1）分析了激光控制平地系统的总体需求,根据不同平地铲的宽度,提出单接收器系统和双接收器系统两种总体系统方案设计,解决由于平地铲过宽造成的倾斜问题。（2）分析研究了激光产生的原理、激光束准直压缩系统和激光器构成的理论,分析和比较国内外用于平地机的激光器的性能指标,选择JP300型国产激光扫平仪作为系统的激光发射器,在满足工作精度要求的同时降低成本。（3）研究和设计了激光接受装置。在理论分析的基础上,采用空间滤波、光谱滤波和电路滤波分三步进行背景噪声处理,滤除太阳辐射等背景光对激光的影响;设计了一种22×4的变间距光电池阵列作为激光接收器的光电传感器;设计了信号处理电路,将光信号转换成TTL电平信号,运用PROTEUS完成硬件电路仿真;完成了单片机外围电路设计和软件编程,实现了位置偏差信号的识别和编码输出。（4）研究和设计了激光控制器。分析信号传输的距离对传输信号的影响,使用RS-485总线技术完成了双机串口通信,实现了接收器与控制器之间位置偏差信号的传送;选择AT89C51单片机作为控制器的微处理器,利用PROTEUS设计了单片机外围电路,使用KEIL C进行单片机C语言编程,通过对位置偏差信号识别,实时控制平地铲的移动方向与幅度。设计完成的激光控制平地系统,可以实现土地自动整平,平地精度1cm左右,工作范围为300m,工作高度范围是20.9cm,基本满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 激光控制平地系统的工作原理
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 激光平地技术的国外发展现状
• 1.3.2 激光平地技术的国内发展现状
• 1.4 研究内容与技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 本章小结
• 第二章 激光平地系统总体方案设计
• 2.1 激光平地系统总体需求分析
• 2.2 激光平地系统总体结构框图与组成
• 2.2.1 单接收器系统结构图及其组成
• 2.2.2 双接收器系统结构图及其组成
• 2.3 本章小结
• 第三章 激光发射器的研究与选择
• 3.1 激光产生的基本原理
• 3.1.1 光发射和吸收的量子模型及激发方式
• 3.1.2 光与物质的相互作用
• 3.1.3 光在激活介质中的放大
• 3.1.4 激光器运转的物理过程
• 3.2 激光器的分类和选择
• 3.2.1 激光器的种类及其特点
• 3.2.2 激光器的选择
• 3.3 激光束的处理（发射望远镜系统）
• 3.4 激光发射器的结构与选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 激光接收器的研究与设计
• 4.1 背景噪声处理
• 4.2 光电传感器的选择
• 4.2.1 光敏二极管的基本原理与特性
• 4.2.2 光电池的基本原理与特性
• 4.2.3 光电传感器的选择
• 4.2.4 光电池的排列
• 4.3 信号处理电路的设计
• 4.3.1 信号放大电路设计
• 4.3.2 信号整形电路设计
• 4.3.3 脉冲展宽电路设计
• 4.4 接收器中单片机电路设计与软件编程
• 4.4.1 接收器单片机硬件电路设计
• 4.4.2 接收器单片机软件设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 激光控制器的研究与设计
• 5.1 单片微控制器MCU 的选型
• 5.2 单片机硬件电路设计
• 5.2.1 RS-485 串行通信电路设计
• 5.2.2 电磁阀驱动电路设计
• 5.2.3 计时显示电路设计
• 5.2.4 指示灯显示电路设计
• 5.2.5 手动/自动选择和升降逻辑互锁电路设计
• 5.2.6 看门狗与时钟电路设计
• 5.2.7 系统电源设计
• 5.3 单片机软件设计
• 5.3.1 开发语言的选择
• 5.3.2 程序模块设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介