超声技术用于选择式植树机智能植苗作业的研究

论文摘要

保护环境,植树造林是一项长期持久的工作。传统的人工造林方法劳动强度大,工作效率低,进行机械化造林是发展趋势。机械化造林过程中所使用的某些造林机械,如连续开沟型的深松插干植树机,对造林地破坏较严重。目前为了解决这些问题,造林机械正向两个方面发展:一方面,为了节省人力,减轻林业工人的劳动强度,减少造林机具的损坏,造林机械正向自动化、智能化方向发展;另一方面为了减少对造林地的破坏,造林机械向选择式植树机方向发展。选择式植树机作业时可以有选择地在造林地进行挖坑植苗,因此能够在很大程度上减少对造林地的破坏。本文结合造林机械的发展方向,将先进的超声波检测技术应用在选择式植树机的作业过程中,用来对植苗点地面进行障碍物探测,以期提高植树机的自动化、智能化水平。本研究的主要内容和结论如下:1.首次将超声波检测技术应用到造林机械中。在造林作业中对造林地表的障碍物进行探测,完成植苗点的选择,同时起到减少植苗部件损坏机率的作用。2.在分析超声波声学性质、超声波传播声场等理论的基础上,结合本研究的特点确定所需使用的超声波传感器类型,并选择四种常见型号的超声波传感器进行实验比对,选出一种效果最好的超声波传感器运用在论文研究中。3.利用数据采集卡和LabView软件搭建超声波检测数据采集系统平台,以石头和木块等造林地常见障碍物为反射体进行超声波回波信号采集处理,记录不同反射物体在不同检测距离条件下,超声反射回波信号的特征值。利用SPSS软件对这些数据进行数学分析,提出以超声回波信号的峰-峰值作为判别反射物体性质的参数指标,并对特征值信号进行线性拟合,得出拟合公式。4.建立一套应用超声波检测技术对造林地表面障碍物进行探测识别和自动避让的检测控制系统。选择凌阳SPCE061A单片机作为测控系统的硬件核心。使用C语言和汇编语言进行系统软件编程。5.设计制作机械臂模型机作为测控系统的承载和被控部件,并和单片机检测控制系统进行联机测试,测试结果显示在预定的检测范围内,识别并避让障碍物的成功率较高。总之,本文的研究将先进的超声波检测技术应用到选择式植树机植苗点的选择

论文目录

• 1 引言
• 1.1 植树机的发展及其现状
• 1.1.1 连续开沟植树机
• 1.1.2 选择式植树机
• 1.1.3 其他类型植树机
• 1.1.4 国内植树机的研究
• 1.2 超声检测技术
• 1.2.1 超声检测在工业中的应用
• 1.2.2 超声检测技术在农林业的应用
• 1.3 研究意义和目的
• 1.4 论文的主要内容
• 2 超声波检测基础及传感器的选型
• 2.1 超声波的特点
• 2.2 超声波的分类
• 2.3 超声波的声学性质
• 2.3.1 波的反射与折射
• 2.3.2 超声波入射到平界面上时的反射和透射
• 2.3.3 超声波的衰减
• 2.4 超声波声场
• 2.4.1 圆盘声源的声场
• 2.4.2 圆盘声源轴线上的声压分布
• 2.4.3 超声波的指向性与扩散角
• 2.4.4 横截面上的声压分布
• 2.5 超声波传感器的选择
• 2.5.1 超声波传感器结构
• 2.5.2 超声波传感器选型
• 2.5.2.1 传感器性能
• 2.5.2.2 对比实验
• 2.6 本章小结
• 3 超声波信号采集与数据分析
• 3.1 信号采集系统整体结构
• 3.2 超声发射接收测距部分
• 3.2.1 超声波发送
• 3.2.2 检波测距
• 3.3 回波信号采集部分
• 3.3.1 信号采集硬件
• 3.3.2 信号采集软件
• 3.3.3 信号采集过程
• 3.3.4 信号采集频率
• 3.4 实验方法和过程
• 3.4.1 检测距离的确定
• 3.4.2 被检测物体的选择
• 3.4.3 检测过程
• 3.5 实验结果与分析
• 3.5.1 实验结果
• 3.5.2 数据分析
• 3.6 本章小结
• 4 智能植苗检测控制系统
• 4.1 检测控制系统结构
• 4.2 主控单片机的选型
• 4.2.1 SPCE061A 的性能
• 4.2.2 SPCE061A 与其他类型单片机的比较
• 4.2.2.1 SPCE061A 与MCS-51 8 位单片机的比较
• 4.2.2.2 SPCE061A 与其它16 位单片机的比较
• 4.2.3 SPCE061A 的开发方式
• 4.3 测控系统外围电路
• 4.3.1 超声发射接收电路
• 4.3.1 温度补偿电路
• 4.3.1.1 温度对超声测距的影响
• 4.3.1.2 温度测量电路
• 4.3.2 行程开关消抖电路
• 4.3.3 继电器电磁阀电路
• 4.4 测控程序
• 4.4.1 程序功能
• 4.4.2 整体程序流程
• 4.4.3 单点检测流程
• 4.4.4 障碍物判别方法
• 4.5 系统抗干扰
• 4.5.1 硬件抗干扰
• 4.5.2 软件抗干扰
• 4.6 本章小结
• 5 机械臂设计
• 5.1 机械臂类型
• 5.2 机械臂动作流程
• 5.3 模型机设计
• 5.4 机械臂的驱动
• 5.4.1 液压缸动作顺序
• 5.4.2 液压系统及参数
• 5.5 本章小结
• 6 联机测试
• 6.1 测试过程及结果
• 6.2 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 附录
• 附录1 对石头反射体回波的部分检测记录
• 附录2 对木块反射体回波的部分检测记录
• 附录3 石头反射体超声回波信号峰－峰值
• 附录4 木块反射体超声回波信号峰－峰值
• 附录5 土壤反射体超声回波信号峰－峰值
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 在读期间发表论文
• 致谢
• 博硕士论文同意发表的声明