【摘 要】
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作物表型指的是作物在生长发育成熟过程中通过环境与基因等因素影响下的性状表现,是筛选优良作物品种、进而保证粮食安全的关键依据。为了实时监控表型信息获取系统的运行状态,保证其平稳运行以实现快速、准确的表型信息获取,本文设计了一种田间自走式表型平台及其运动与监控系统。首先,根据不同作物下的生长周期与种植模式,对已有的表型平台的硬件结构、驱动系统以及传感系统进行优化设计,并对相关参数进行了测试和校准。整体
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作物表型指的是作物在生长发育成熟过程中通过环境与基因等因素影响下的性状表现,是筛选优良作物品种、进而保证粮食安全的关键依据。为了实时监控表型信息获取系统的运行状态,保证其平稳运行以实现快速、准确的表型信息获取,本文设计了一种田间自走式表型平台及其运动与监控系统。首先,根据不同作物下的生长周期与种植模式,对已有的表型平台的硬件结构、驱动系统以及传感系统进行优化设计,并对相关参数进行了测试和校准。整体结构采用四轮四驱独立转向方式,利用4台直流电机为平台提供动力;驱动系统由驱动器、车轮、基于STM32F103VET6的控制核心等组成;传感监控系统由GNSS-RTK定位系统以及惯导模块构成,实现对平台的电气参数(电机运行电流、供电电压、电机转速)以及平台的位姿信息(偏角信息以及位置信息)进行监测。此外,采用433MHz无线传输方式实现了平台与上位机的通信,实现用户对表型平台的远程控制与监控工作。其次,根据刚性轮式无转向机构的简化模型,分别针对直线、原地转向和行进中转向三种运动状态设计了相应的运动控制策略。根据平台运行状态,结合姿态角传感器和GNSS系统获取的信息对平台的两侧轮速进行差速运动控制,实现平台的自行走。然后,利用LabVIEW开发并编写了表型平台运动与监控系统上位机软件,该上位机软件可以实时监测4台驱动电机的电流、电机转速、平台整体运行速度、电池电量并能够绘制出平台的运行轨迹。此外,还可以利用该软件实现上位机和平台控制核心的通信,用以设定车速和运行状态,并能实现远程在线控制功能。最后,在田间环境下对平台和系统进行了测试,检验了平台在直线、原地转向和行进中转向灯状态下的运动控制效果、运行状态实时监测和运动轨迹的绘制等功能。试验结果表明,田间自走式表型平台运动状态监控系统能够实现预计的各项功能。
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