丘陵履帶式果林噴霧機(jī)噴霧系統(tǒng)設(shè)計【16張CAD圖紙和文檔資料】

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(1999), Hague et al. (1999)描述的機(jī)器視覺系統(tǒng)。它可能也包括輔助傳感器。傳感器只有在參考具體位置情況下測量位置，比如相機(jī)的安裝點、天線的底部。在接下來的描述中，這個位置被稱為測量點。由于各種原因,這位置測點的是預(yù)先設(shè)定好的，意味著衛(wèi)星天線將盡可能安裝在拖拉機(jī)的車頂上以便減少測量不到的區(qū)域。攝像機(jī)將會安裝在有保障最佳視覺的位置。粗糙或傾斜的表面引起的運(yùn)動可能導(dǎo)致測量位置和運(yùn)動表面的位置不同。例如，一輛車頂上裝有衛(wèi)星天線的車輛，大約3.5m，駕駛在10的斜坡表面，傾斜方向造成的區(qū)別相差60cm。圖1闡述了這個情形。在這個例子中，計算一個參考點的位置可能更適當(dāng)一些。貝爾(1999)提出把拖拉機(jī)的后方軸的中點作為參考點。表面上的一個點，例如，后方軸中間的下垂直面似乎顯得更適合與某些應(yīng)用。像一些應(yīng)用，比如控制實現(xiàn)，工具的一定點的位置可能最終重要。這個點將被稱作目標(biāo)點。在某些情況下位置數(shù)據(jù)需要用于不同的目的，分別為每個目的以一種獨立的測量系統(tǒng)測量位置不是很有效。當(dāng)位置測量只有一次時多個硬件可以避免,同時工具上其他點的位置或者工具也被計算。假如位置和方法被測量，實驗測量和空間向量之間的地點測點的計算是眾所周知的，那么這種情況是可能的。如果兩個點嚴(yán)格耦合,這意味著兩點都在拖拉機(jī)上、兩點之間的向量是常數(shù),一個簡單的矩陣運(yùn)算就能產(chǎn)生結(jié)果。如果這些點沒被嚴(yán)格耦合,這意味著,例如,一處拖拉機(jī),另一個是在附加工具上，矢量是可變的。額外的測量成為必要用來建立兩點之間的向量或必須應(yīng)用其他原理計算目標(biāo)點的位置。2.數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移通過計量點上的測量位置和方法，在車輛或工具上任何點的位置數(shù)據(jù)可以被計算出來。計算結(jié)果可以被測量系統(tǒng)(中央數(shù)據(jù)處理)或由請求目標(biāo)位置數(shù)據(jù)的各個系統(tǒng)(分布式數(shù)據(jù)處理)計算出來。2.1 分布式數(shù)據(jù)處理在分布式數(shù)據(jù)的情況下，測量系統(tǒng)僅作為智能傳感器服務(wù)。它測量需要的位置和計算，和提供這些未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)。頻率和精度等特點取決于請求的單位。這個單位執(zhí)行所有處理來計算位置。單位必須知道測點的位置和各有關(guān)參數(shù)。這樣處理的好處是測量裝置可以相對簡單。另一方面,每個請求的單位需要的充分的能力來履行這一運(yùn)算。2.2 中央數(shù)據(jù)處理測量單位被擴(kuò)展包括計算目標(biāo)位置的各個組件。這個測量和處理系統(tǒng)形成了一個所謂的位置和導(dǎo)航服務(wù)的單元，這個單元提供任何目標(biāo)點的最終位置數(shù)據(jù)。在這種情況下,只有一個測量與處理系統(tǒng)是必要的，即使位置數(shù)據(jù)必須被更多的用戶要求。這樣做，只有PNS必須知道所有相關(guān)的參數(shù)來進(jìn)行計算。2.3 數(shù)據(jù)傳送 無論數(shù)據(jù)在哪里處理，一個數(shù)據(jù)傳輸是必要的。對于這樣一個數(shù)據(jù)傳輸，一個標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)是適當(dāng)?shù)摹榱擞糜谵r(nóng)業(yè)領(lǐng)域,存在一個在移動單位和固定農(nóng)場電腦之間傳輸數(shù)據(jù)的汽車。農(nóng)業(yè)總線系統(tǒng)(LBS)也已被標(biāo)準(zhǔn)化以便能在網(wǎng)路的各個電子單元（LBS節(jié)點或BUS節(jié)點）之間進(jìn)行信息交換。這個標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，系統(tǒng)管理，數(shù)據(jù)對象和常見任務(wù)的服務(wù)程序（Speckmann andJahns, 1999）。LBS以DIN9684(DIN,19891998)作為標(biāo)準(zhǔn)。目前,正在努力建立一個國際標(biāo)準(zhǔn)(Nienhaus,1993)，ISO 11783，為了這個目的，像LBS，ISO 11783也將定義一個農(nóng)業(yè)BUS作為一個農(nóng)業(yè)機(jī)械交換數(shù)據(jù)的開放系統(tǒng)，特別是在拖拉機(jī)-執(zhí)行工具的組合和從移動單位到靜止不動的農(nóng)場計算機(jī)。這個標(biāo)準(zhǔn)是基于控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)議(CAN; BOSCH, 1991)。市場上有相應(yīng)的硬件設(shè)備。在LBS中,為一般位置數(shù)據(jù)(地理位置:經(jīng)度、緯度、高度,或軌道位置)的傳輸定義了數(shù)據(jù)對象。這標(biāo)準(zhǔn)允許定義的額外的數(shù)據(jù)對象,例如多維的距離，方向和速度。沒有幾何實施參數(shù)的數(shù)據(jù)對象目前存在在LBS中。ISO 11783提供，在第7部分(信息實現(xiàn)應(yīng)用層），實施航行偏移的第一個定義?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)沒有定義數(shù)據(jù)在哪里進(jìn)行處理。因此，關(guān)于BUS中哪個單元計算目標(biāo)點的數(shù)據(jù)，哪個或那些單元測量數(shù)據(jù)不具體。LBS提供所謂的LBS服務(wù)來執(zhí)行常見任務(wù)。LBS服務(wù)是為LBS的參與者頻繁地執(zhí)行復(fù)發(fā)的任務(wù)的功能單元。LBS用戶站就是這樣的一項服務(wù)。這是一個為用戶提供輸入和輸出BUS上節(jié)點(BUS參與者)處置的數(shù)據(jù)中央接口。另一項服務(wù)提供在移動單位和固定的電腦，農(nóng)場的電腦之間的數(shù)據(jù)交換。一些服務(wù)在LBS中被定義但尚未有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，例如診服務(wù)斷或“Ortung und Navigation”（位置和導(dǎo)航），將在下面作為PNS被討論。在圖2中，一個典型的農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)的簡化方案展示了一個拖拉機(jī)-噴霧器的組合。這個圖表包括物理BUS線路，即骨干網(wǎng)絡(luò)。在這個BUS上，參與單元如拖拉機(jī)的電子控制單元(ECUs)、霧化器被連接協(xié)作起來。另外，兩項LBS服務(wù)也被連接到BUS上。一項服務(wù)代表LBS用戶站。另外一項是位置和導(dǎo)航服務(wù)，即位置數(shù)據(jù)的測量和處理系統(tǒng)。2.4 分布式和中央數(shù)據(jù)處理的比較一個分布式數(shù)據(jù)處理，農(nóng)業(yè)BUS，根據(jù)DIN 9684 或者ISO 11783， 定義了在測量系統(tǒng)和任何參賽者之間必要的數(shù)據(jù)交換；獨自地，任何一個ECU。每一個ECU怎樣得到計算機(jī)位置數(shù)據(jù)計算必要的幾何和運(yùn)動參數(shù)的問題保持開放。每一個ECU知道從各自的結(jié)合點到目標(biāo)點的參數(shù)，但它不知道從結(jié)合點到測量點的參數(shù)。這些參數(shù)必須由其他ECU提供。沒有標(biāo)準(zhǔn)定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象或請求數(shù)據(jù)的程序。對于分布式數(shù)據(jù)處理，這些定義必須補(bǔ)充。另外,對于中央數(shù)據(jù)處理，一定要知道測量點和目標(biāo)點之間所有的運(yùn)動參數(shù)。此外，方法必需被定義以便使用中央服務(wù)計算目標(biāo)點的位置數(shù)據(jù)。一個位置和導(dǎo)航服務(wù)需要擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，但以下的優(yōu)點在實際使用中是至關(guān)重要的。 為了確定目標(biāo)點的位置數(shù)據(jù),相應(yīng)的控制單元(ECU)只有一個對話伙伴網(wǎng)絡(luò)。它獨立工作于各自的網(wǎng)絡(luò)配置，僅僅發(fā)送自己的參數(shù)和只接受它特定位置數(shù)據(jù)。 PNS從所有的ECU上接受參數(shù)。它知道所有一切幾何條件和車輛-工具組合的運(yùn)動參數(shù)。因此，任何目標(biāo)點位置的確定是可能的。 這個標(biāo)準(zhǔn)的定義了計算程序和明確的提出了目標(biāo)點的位置數(shù)據(jù)。 計算位置數(shù)據(jù)的計算性能完全由PNS提供。沒有計算能力需要用于這個目的。在前一節(jié)提到，提供位置和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的服務(wù)已經(jīng)在LBS的計劃中。在下文中，將提到PNS的一個試?yán)鉀Q方案。3.一項定位和導(dǎo)航服務(wù)的提議此時，應(yīng)當(dāng)指出，下面的PNS的介紹是一項建議。它提供了一個平臺進(jìn)行討論，這可能導(dǎo)致這個服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化。3.1 PNS的主要特征PNS的特征首先依賴于它的使用目的。從前面所講的，很明顯的是，測量的位置數(shù)據(jù)在一個地點，用在不同的地點。為了提供需要的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)車輛，控制工具的位置和協(xié)助任何一種精耕農(nóng)業(yè)，下面的條件必須滿足： PNS提供有關(guān)測量點的數(shù)據(jù)。 PNS提供有關(guān)參考點的數(shù)據(jù)。 PNS提供有關(guān)目標(biāo)點的數(shù)據(jù)。這項服務(wù)的特點如下：1.數(shù)據(jù)的請求和傳播的方式已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)被LBS (DIN 9684)定義和將被ISO 11783標(biāo)準(zhǔn)化。因此，它將不會在此討論。在下面,LBS將作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)業(yè)BUS系統(tǒng)被使用。2.數(shù)據(jù)的容量、準(zhǔn)確性、頻率和范圍是由數(shù)據(jù)的目的決定的。3.滿足這些要求的硬件和軟件不應(yīng)被規(guī)范,應(yīng)該取決于生產(chǎn)廠家。3.2關(guān)于位置數(shù)據(jù)測量和計算方法標(biāo)準(zhǔn)的影響各種測量系統(tǒng)和PNS中用于決定位置數(shù)據(jù)的方法不再標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)?；谛l(wèi)星,機(jī)器視覺、慣性導(dǎo)航、地磁或這些情況的組合可能被應(yīng)用。作為一種結(jié)果,生產(chǎn)企業(yè)可以決定如何產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)，只要他滿足了規(guī)定的要求和準(zhǔn)確性。3.3 PNS在農(nóng)業(yè)BUS系統(tǒng)中的整合在LBS中整合定位和導(dǎo)航服務(wù)存在一些好處，因為許多特性已經(jīng)被定義。LBS已經(jīng)包括在PNS的選項作為試驗的標(biāo)準(zhǔn)。它允許實現(xiàn)服務(wù)作為一個獨立的物理單位或者為另外一個物理單位的邏輯單位。BUS接口和BUS協(xié)議的物理性能(DIN 9684, part 2)已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)定義。為LBS中服務(wù)的集成，系統(tǒng)的功能的定義是果斷的(DIN 9684，part3)。他們在LBS中定義節(jié)點的性能。第三部分也給了LBS服務(wù)一般的定義。一項LBS服務(wù)形成與LBS參與者點對點的連接。LBS參與者使用服務(wù)時不會被其它使用者影響，一個LBS參與者也不能影響其他參與者對服務(wù)的使用。所有進(jìn)一步PNS的定義還不規(guī)范。3.4 PNS操作的一般模式PNS設(shè)計應(yīng)用以下的基本假設(shè)：1.每一個ECU的只知道它自己的參數(shù)，包括參考點、目標(biāo)點、結(jié)合點位置、車輛類型或軸距的坐標(biāo)和數(shù)量。2.只有ECU根據(jù)工作條件可以定義必要的時間間隔,準(zhǔn)確度和位置數(shù)據(jù)的分辨。3.每一個ECU的可以選擇不同的任意時刻的位置數(shù)據(jù)。4.參數(shù)和計算和提供的位置數(shù)據(jù)的方法將會在田野機(jī)械開始運(yùn)作過程之前被定義。5.PNS提供了一些程序為實施標(biāo)準(zhǔn)和車輛類型計算位置數(shù)據(jù)。6.位置數(shù)據(jù)自動（周期性）地或根據(jù)需求被提供。 為了滿足這些要求,服務(wù)窗口提供適當(dāng)?shù)墓ぞ?，同時 ECUs 決定如何使用及使用哪個工具。這意味這它們定義一個或者多個任務(wù)。這樣一項任務(wù)基本上代表了一個命令表，包括激活具體工具使用的命令。這些任務(wù)被送到PNS，隨后PNS執(zhí)行這些任務(wù)。一個ECU的不同的任務(wù)相互獨立的被執(zhí)行。圖3闡明了PNS與一個ECU之間的數(shù)據(jù)傳遞。同時，也顯示了PNS的主要部分。PNS的這些工具包括位置測量系統(tǒng)和測量點的數(shù)據(jù)，以及一系列處理這些數(shù)據(jù)的程序方法。程序如下：1. 計算位置數(shù)據(jù)(位置程序)；2. 計算位置數(shù)據(jù)值的平均值,最大值、最小值和積分的方法(算術(shù)程序)；3. 輸入和輸出數(shù)據(jù)(傳輸程序)；4. 傳遞數(shù)據(jù)到ECU（傳遞程序）；5. 控制數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)控制程序）；為了這些方法的執(zhí)行，ECU必須定義相應(yīng)的參數(shù)。它同時也定義位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)對象。PNS的主要工具是一項執(zhí)行ECU定義的任務(wù)的程序系統(tǒng)。簡而言之，程序系統(tǒng)解釋任務(wù)指令，調(diào)動相應(yīng)的方法，計算要求的位置以及把數(shù)據(jù)送到ECU（電子控制單元）。為了一項任務(wù)的定義，ECU生成一個任務(wù)庫。一個務(wù)庫主要是一系列調(diào)動PNS的程序法或者調(diào)動內(nèi)嵌的任務(wù)庫的指令。各種參數(shù)被定義并且放置在參數(shù)庫里。為了存儲被計算的位置數(shù)據(jù)，ECU必需定義數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫必需在激發(fā)相應(yīng)任務(wù)程序之前通過BUS從ECU傳送到達(dá)PNS。3.5 PNS預(yù)定義的程序PNS預(yù)定義的程序是一些處理位置數(shù)據(jù)或者控制數(shù)據(jù)處理的程序。不同的程序執(zhí)行不同的功能。不同的程序被一些獨特的標(biāo)識符區(qū)別。這些程序被稱為“內(nèi)部任務(wù)”（任務(wù)庫）。他將會成為標(biāo)準(zhǔn)的一部分用來定義標(biāo)識符，功能規(guī)格和調(diào)用程序規(guī)格。3.5.1 位置程序位置程序（計算位置數(shù)據(jù)的程序）是計算目標(biāo)點位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。這些方法計算從最初的位置(輸入位置數(shù)據(jù)、資料的參考點的數(shù)據(jù)或以前計算的數(shù)據(jù)）到一種新的點的位置(輸出的位置數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的目標(biāo)點或作為中間結(jié)果)。位置程序能夠滿足不同結(jié)構(gòu)位置的計算（考慮一、二或三維模型，嚴(yán)格耦合點，幾個基本類型車輛的不嚴(yán)格耦合點，工具和車輛-工具的結(jié)合）。這些程序從有關(guān)ECU執(zhí)行定義的參數(shù)庫得到他們的實際參數(shù)(目標(biāo)點的坐標(biāo),車輛的長度、寬度、高度、類型或軸距)這是確定的有關(guān)實施ECU的。圖4顯示了使用一個位置程序的一段任務(wù)庫。PNS的程序系統(tǒng)執(zhí)行這個程序庫。在任務(wù)庫的某一點上，它發(fā)現(xiàn)調(diào)用位置程序的指令。這個調(diào)用指令包括特定程序的標(biāo)識符和有關(guān)參數(shù)庫的引用。這時，程序系統(tǒng)擁有由以上的操作產(chǎn)生的實際位置數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在它使用這些實際數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù),和引用參數(shù)庫用于位置程序。然后，它執(zhí)行特定的程序。該程序使用指定的參數(shù)計算輸出的位置數(shù)據(jù)。然后，它返回到程序系統(tǒng)。位置程序的輸出數(shù)據(jù)成為新的實際位置數(shù)據(jù)。程序系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行下面的指令。3.5.2 算術(shù)程序算術(shù)方法被用來計算位置數(shù)據(jù)的平均值,最大值、最小值或者積分值。一個算術(shù)程序從程序系統(tǒng)的實際位置數(shù)據(jù)或從特定數(shù)據(jù)庫得到位置輸入數(shù)據(jù)。它使用在調(diào)用指令里決定的參數(shù)庫中的參數(shù)計算輸出位置數(shù)據(jù)。然后，計算結(jié)果數(shù)據(jù)被存儲在一個被定義的數(shù)據(jù)庫里。圖5展示了一個算術(shù)程序使用的例子。在任務(wù)庫的某一點上，它發(fā)現(xiàn)調(diào)用算術(shù)程序的指令。這個調(diào)用包括具體程序的標(biāo)識符,一個有關(guān)參數(shù)庫的引用,一個目的數(shù)據(jù)庫的引用和源數(shù)據(jù)庫選擇性的引用。這個程序系統(tǒng)采用實際數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)用于程序計算。根據(jù)調(diào)用規(guī)格,算術(shù)程序從程序系統(tǒng)(沒有定義的數(shù)據(jù)庫參考)或一種數(shù)據(jù)資源(數(shù)據(jù)資源I)得到輸入數(shù)據(jù)。它計算被要求的值并把計算結(jié)果存儲在一個數(shù)據(jù)庫里（數(shù)據(jù)庫II）。計算參數(shù)是從定義的參數(shù)庫中得到的。程序發(fā)揮到程序系統(tǒng)并繼續(xù)執(zhí)行。實際的位置數(shù)據(jù)沒有被改變。3.5.3 傳輸程序 PNS定義了三種類型的傳輸程序。輸入程序是用來裝載作為實際位置數(shù)據(jù)的確定的數(shù)據(jù)庫位置數(shù)據(jù)到PNS的程序系統(tǒng)。輸出程序存儲實際位置數(shù)據(jù)到一個在調(diào)用指令里預(yù)先定義了的數(shù)據(jù)庫。輸入/輸出程序被用來從一個源數(shù)據(jù)庫到目的數(shù)據(jù)庫之間傳輸數(shù)據(jù)。 圖6顯示了一個使用輸入和輸出程序的例子。輸入程序的調(diào)用指令包括具體程序的標(biāo)識符和源數(shù)據(jù)庫的引用。在執(zhí)行輸入程序之前，程序系統(tǒng)為程序提供源數(shù)據(jù)庫的引用。然后，程序執(zhí)行和得到位置數(shù)據(jù)，并將它作為實際位置數(shù)據(jù)返回給程序系統(tǒng)。以前的實際位置數(shù)據(jù)被損壞。系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行。對于輸出程序的使用，實際位置數(shù)據(jù)與目的位置數(shù)據(jù)庫提供參考。輸出程序?qū)嶋H數(shù)據(jù)放到目的數(shù)據(jù)庫并返回到程序系統(tǒng)。實際位置數(shù)據(jù)仍然有效。3.5.4 傳遞程序 傳遞程序發(fā)送具體的位置數(shù)據(jù)到ECU。源數(shù)據(jù)在調(diào)用指令(或一個數(shù)據(jù)庫或程序系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù))里被定義。當(dāng)執(zhí)行一個傳遞程序時，它得到具體的位置數(shù)據(jù)并傳送到ECU。3.5.5 數(shù)據(jù)控制程序數(shù)據(jù)控制程序控制一個任務(wù)庫的執(zhí)行。程序流程是控制時間或距離。PNS的程序系統(tǒng)調(diào)查任務(wù)庫。假如確定的時間間隔已過期或已超出距離限制，程序?qū)?zhí)行下列指令。否則，程序系統(tǒng)跳到數(shù)據(jù)庫的結(jié)尾。