本發(fā)明涉及一種激光接收器，尤其是涉及一種農(nóng)田激光平地機(jī)中激光接收器及安裝測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)田激光平地機(jī)是目前世界上最有效、工作效率最高的農(nóng)田土地平整技術(shù)。農(nóng)田激光平地機(jī)主要由激光掃平儀、激光接收器、液壓控制系統(tǒng)、農(nóng)耕機(jī)和平地鏟等設(shè)備組成。上世紀(jì)90年代開(kāi)始，歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)研發(fā)出了一系列的農(nóng)田激光平地機(jī)，并很快地得到了普及應(yīng)用。我國(guó)于21世紀(jì)初引進(jìn)國(guó)外生產(chǎn)的農(nóng)田激光平地機(jī)，并在新疆等地區(qū)投入使用，但由于國(guó)外生產(chǎn)的農(nóng)田激光平地機(jī)價(jià)格昂貴，且與之配套的驅(qū)動(dòng)農(nóng)具與國(guó)內(nèi)所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，因而都沒(méi)有得到有效地推廣。

我國(guó)對(duì)農(nóng)田激光平地機(jī)的研究主要集中于平地鏟和液壓系統(tǒng)，而對(duì)其中核心設(shè)備激光接收器的研究較少。針對(duì)農(nóng)田激光平地機(jī)在我國(guó)的推廣和使用中遇到的問(wèn)題，本發(fā)明研究并設(shè)計(jì)出一種能夠適應(yīng)國(guó)內(nèi)農(nóng)田作業(yè)環(huán)境，并可以安裝在現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)農(nóng)耕機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行平地作業(yè)激光接收器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種快速采樣的激光接收器，完成其硬件、軟件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)農(nóng)田整平的環(huán)境要求設(shè)計(jì)基于硅光電池的排列結(jié)構(gòu)，利用傅立葉變換的方法對(duì)信號(hào)頻譜特性進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了快速穩(wěn)定的信號(hào)調(diào)理電路。根據(jù)農(nóng)田激光平地機(jī)高程定位原理引入激光接收器高程差檢測(cè)方法，完成數(shù)據(jù)采集、濾波處理和抗干擾設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

第一部分為本系統(tǒng)的傳硅光電池感器排布陣列設(shè)計(jì)，包括硅光電池分區(qū)排列及傳感器檢測(cè)電路板設(shè)計(jì)；第二部分為本系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)，包括輸入信號(hào)放大濾波處理及輸出信號(hào)峰值電壓提??；第三部分為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理算法設(shè)計(jì)，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的排序中值濾波處理，激光位置信號(hào)判斷程序設(shè)計(jì)。

本發(fā)明主要采用如下技術(shù)方案：

一種農(nóng)田激光平地機(jī)中激光接收器，其特征在于：包括固定在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的固定圓盤(pán)，所述固定圓盤(pán)上通過(guò)固定組件固定有若干硅光電池陣列電路板，所述硅光電池陣列電路板的通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與激光接收器信號(hào)調(diào)理電路板相連。

在上述的一種農(nóng)田激光平地機(jī)中激光接收器，所述固定組件包括L型固定件和至少四個(gè)支架，支架通過(guò)L型固定件垂直固定在固定圓盤(pán)上從而形成四面立柱的形式，每個(gè)面設(shè)有硅光電池陣列電路板。

在上述的一種農(nóng)田激光平地機(jī)中激光接收器，所述硅光電池陣列電路板包括若干排成一列的硅光電池，硅光電池長(zhǎng)寬均為2cm，作為光電轉(zhuǎn)換傳感器，利用至少11塊硅光電池作為一列以保證接接收器能夠接收到高程差在-11cm～11cm范圍內(nèi)的變動(dòng)；利用四列硅光電池陣列組成菱形結(jié)構(gòu)分別在四個(gè)縱向排列能夠使激光接收器全方位接收到信號(hào)；將每列硅光電池從上到下分為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7幾個(gè)區(qū)域，其中位于上下兩端的A1、A2、A6、A7區(qū)域是由兩塊硅光電池兩兩并聯(lián)組成，靠近中心位置的A3、A4、A5區(qū)域?yàn)閱蝹€(gè)硅光電池，原來(lái)的11塊硅光電池經(jīng)過(guò)組合和區(qū)域劃分之后留出7路信號(hào)輸出；同理，第二列硅光電池的排列從上到下為B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7，第三列為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，第四列為D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，將每列硅光電 池陣列對(duì)應(yīng)區(qū)域的信號(hào)并聯(lián)即可同時(shí)接收處理四路硅光電池陣列的信號(hào)。

在上述的一種農(nóng)田激光平地機(jī)中激光接收器，所述激光接收器信號(hào)調(diào)理電路板包括：由低頻運(yùn)算放大器TL064加電阻電容構(gòu)成的帶通濾波及放大電路，兩級(jí)放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到10000倍，帶通濾波器的中心頻率為10kHz；利用二極管1N4148和電荷儲(chǔ)存性較好的滌綸電容構(gòu)成的峰值采樣電路；模擬開(kāi)關(guān)MC14066作為采樣通道選擇及峰值檢測(cè)放電電路；線(xiàn)性穩(wěn)壓芯片LM7505構(gòu)成的5V穩(wěn)壓電路和ICL7660實(shí)現(xiàn)的DC-DC正負(fù)電源轉(zhuǎn)換電路；以及單片機(jī)STC12C5608AD最小控制系統(tǒng)電路，該控制器內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)峰值采樣電荷進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

一種農(nóng)田激光平地機(jī)中激光接收器的安裝測(cè)試方法，包括：

安裝步驟：將的四個(gè)支架6通過(guò)L型固定件2固定在激光接收器底部固定圓盤(pán)1上，然后需要將硅光電池陣列電路板固定在支架6上，通過(guò)上下共四個(gè)螺孔固定，注意硅光電池陣列電路板的接線(xiàn)口3要朝著外面便于接線(xiàn)，最后將硅光電池陣列電路板的接線(xiàn)插口通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與激光接收器信號(hào)調(diào)理電路版上的插槽相連；

測(cè)試步驟：采用激光掃平儀發(fā)出水平的激光平面對(duì)其測(cè)試，當(dāng)激光線(xiàn)打在接收器陣列A1、B1、C1、D1區(qū)域位置上時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路板上1號(hào)燈亮，移開(kāi)激光線(xiàn)1號(hào)燈迅速熄滅；同理，當(dāng)激光線(xiàn)打在接收器陣列其它區(qū)域時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路板上對(duì)應(yīng)位置的燈亮，說(shuō)明激光接收器可以正常工作。

一種農(nóng)田激光平地機(jī)中激光接收器的安裝測(cè)試方法，包括：

安裝步驟：將的四個(gè)支架6通過(guò)L型固定件2固定在激光接收器底部固定圓盤(pán)1上，然后需要將硅光電池陣列電路板固定在支架6上，通過(guò)上下共四個(gè)螺孔固定，注意硅光電池陣列電路板的接線(xiàn)口3要朝著外面便于接線(xiàn)，最后將硅 光電池陣列電路板的接線(xiàn)插口通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與激光接收器信號(hào)調(diào)理電路版上的插槽相連；

測(cè)試步驟：采用激光掃平儀發(fā)出水平的激光平面對(duì)其測(cè)試，當(dāng)激光線(xiàn)打在接收器陣列A1、B1、C1、D1區(qū)域位置上時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路板上1號(hào)燈亮，移開(kāi)激光線(xiàn)1號(hào)燈迅速熄滅；同理，當(dāng)激光線(xiàn)打在接收器陣列其它區(qū)域時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路板上對(duì)應(yīng)位置的燈亮，說(shuō)明激光接收器可以正常工作。

本發(fā)明所述的第一部分采用長(zhǎng)寬均為2cm的硅光電池作為光電轉(zhuǎn)換傳感器，利用11塊硅光電池作為一列以保證接接收器能夠接收到高程差在-11cm～11cm范圍內(nèi)的變動(dòng)，這個(gè)范圍能夠保證農(nóng)田土地平整度波動(dòng)。利用四列硅光電池陣列組成菱形結(jié)構(gòu)分別在四個(gè)縱向排列能夠使激光接收器全方位接收到信號(hào)。將每列硅光電池從上到下分為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7幾個(gè)區(qū)域，其中位于上下兩端的A1、A2、A6、A7區(qū)域是由兩塊硅光電池兩兩并聯(lián)組成，靠近中心位置的A3、A4、A5區(qū)域?yàn)閱蝹€(gè)硅光電池，原來(lái)的11塊硅光電池經(jīng)過(guò)組合和區(qū)域劃分之后留出7路信號(hào)輸出。同理，第二列硅光電池的排列從上到下為B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7，第三列為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，第四列為D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，將每列硅光電池陣列對(duì)應(yīng)區(qū)域的信號(hào)并聯(lián)即可同時(shí)接收處理四路硅光電池陣列的信號(hào)。

本發(fā)明所述第二部分中濾波電路采用一階低通濾波器和一階高通濾波器組合濾除輸入信號(hào)中混雜的低頻和高頻雜波，峰值提取電路設(shè)計(jì)采用二極管和電容器構(gòu)成簡(jiǎn)單的峰值采樣電路。為了防止電容器中的電荷被其他部分電路負(fù)載消耗，在峰值采樣電路的輸入和輸出端增加運(yùn)算放大器緩沖隔離，并在最后通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)接地的方法對(duì)峰值采樣電容中的殘余電荷進(jìn)行放電處理。

本發(fā)明所述第三部分是激光接收器的高程定位計(jì)算，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波 處理以消除因抖動(dòng)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。通過(guò)循環(huán)掃描讀取7個(gè)通道傳感器數(shù)據(jù)，將其濾波之后排序，結(jié)果最大的一路為激光信號(hào)所在位置，各路傳感器在相同條件下的背景噪聲相差不大，可以有效地去除背景噪聲的影響。并通過(guò)設(shè)計(jì)在電路板上的指示燈顯示激光信號(hào)的位置。

本系統(tǒng)使用硅光電池作為接收器的光電轉(zhuǎn)換器件，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)傳感器陣列的布局，以及可靠的信號(hào)調(diào)理電路，可以保證激光接收器在360度半徑150米的范圍內(nèi)全方位快速有效地接收到激光信號(hào)，設(shè)計(jì)了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理算法，保證接收器能夠穩(wěn)定工作且有效定位。上面所述的三個(gè)部分有機(jī)的結(jié)合在一起完成了農(nóng)田激光平地機(jī)中激光接收器的設(shè)計(jì)，缺一不可。

附圖說(shuō)明

圖1是農(nóng)田激光平地機(jī)的工作示意圖。

圖2是激光接收器傳感器陣列的總體結(jié)構(gòu)裝配示意圖。

圖3是硅光電池陣列內(nèi)部連線(xiàn)電路圖，圖中標(biāo)號(hào)相同的輸出端子表示連接。

圖4A是激光接收器信號(hào)調(diào)理電路圖。(激光接收器傳感器陣列的7路輸出信號(hào)分別與信號(hào)調(diào)理電路板上的7路輸入信號(hào)連接，通過(guò)采樣電阻將硅光電池傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓，信號(hào)調(diào)理電路將信號(hào)進(jìn)行濾波放大，最后通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)依次選擇需要采樣的通道，單片機(jī)采集所有通道并計(jì)算。)

圖4B是激光接收器電路板框圖。

圖5A是接收器電路板總體電路圖中由低頻運(yùn)算放大器TL064構(gòu)成的兩級(jí)放大和濾波電路圖(放大倍數(shù)為10000倍，濾波器中心頻率為10kHz)。

圖5B是接收器電路板總體電路圖中模擬開(kāi)關(guān)通道選擇電路圖，用于選擇硅光電池陣列的7路輸出信號(hào)，雙通道模擬開(kāi)關(guān)的另一通道輸出接地用于對(duì)峰值采樣電路中的殘余電荷放電處理；

圖5C是接收器電路板總體電路圖中由線(xiàn)性穩(wěn)壓芯片LM7805和電容構(gòu)成的+5v穩(wěn)壓電路為單片機(jī)和模擬開(kāi)關(guān)供電電路圖；

圖5D是接收器電路板總體電路圖中由ICL7660構(gòu)成的+5v轉(zhuǎn)+5v和-5v電路圖，主要為T(mén)L064作雙電源供電；

圖5E是接收器電路板總體電路圖中單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖，包括晶振和復(fù)位電路，單片機(jī)內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器電路。

圖6是接收器底部圓盤(pán)工程圖，圖中單位為mm。

圖7是接收器陣列固定桿工程圖，圖中單位為mm。

圖8是接收器陣列電路板工程圖，圖中單位為mm。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施過(guò)程對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述說(shuō)明，但該描述僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

圖中，7為農(nóng)田土地，8為農(nóng)耕機(jī)，9為激光水平面，10為固定激光接收器的支架，11為激光接收器，12為激光接收器固定桿，13為液壓泵，14為平地鏟，15為激光掃平儀，16為掃平儀固定支架。h1和h2分別為激光水平面到地平面的高度和接收器底端到地平面的高度。

1為接收器底部固定圓盤(pán)，2為固定接收器陣列的L型固定件，3為傳感器信號(hào)輸出接口插槽，4為接收器陣列電路板，5為硅光電池片，6為硅光電池陣列電路板固定支架。

一、首先介紹本發(fā)明的機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明包括固定在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的固定圓盤(pán)，所述固定圓盤(pán)上通過(guò)固定組件固定有若干硅光電池陣列電路板，所述硅光電池陣列電路板的通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與激光接收器信號(hào)調(diào)理電路板相連。

固定組件包括L型固定件和至少四個(gè)支架，支架通過(guò)L型固定件垂直固定在固定圓盤(pán)上從而形成四面立柱的形式，每個(gè)面設(shè)有硅光電池陣列電路板。

在本實(shí)施例中，硅光電池陣列電路板包括若干排成一列的硅光電池，硅光電池長(zhǎng)寬均為2cm，作為光電轉(zhuǎn)換傳感器，利用至少11塊硅光電池作為一列以保證接接收器能夠接收到高程差在-11cm～11cm范圍內(nèi)的變動(dòng)；利用四列硅光電池陣列組成菱形結(jié)構(gòu)分別在四個(gè)縱向排列能夠使激光接收器全方位接收到信號(hào)；將每列硅光電池從上到下分為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7幾個(gè)區(qū)域，其中位于上下兩端的A1、A2、A6、A7區(qū)域是由兩塊硅光電池兩兩并聯(lián)組成，靠近中心位置的A3、A4、A5區(qū)域?yàn)閱蝹€(gè)硅光電池，原來(lái)的11塊硅光電池經(jīng)過(guò)組合和區(qū)域劃分之后留出7路信號(hào)輸出；同理，第二列硅光電池的排列從上到下為B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7，第三列為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，第四列為D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，將每列硅光電池陣列對(duì)應(yīng)區(qū)域的信號(hào)并聯(lián)即可同時(shí)接收處理四路硅光電池陣列的信號(hào)。

如圖4A所示，激光接收器信號(hào)調(diào)理電路板包括：由低頻運(yùn)算放大器TL064加電阻電容構(gòu)成的帶通濾波及放大電路，兩級(jí)放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到10000倍，帶通濾波器的中心頻率為10kHz；利用二極管1N4148和電荷儲(chǔ)存性較好的滌綸電容構(gòu)成的峰值采樣電路；模擬開(kāi)關(guān)MC14066作為采樣通道選擇及峰值檢測(cè)放電電路；線(xiàn)性穩(wěn)壓芯片LM7505構(gòu)成的5V穩(wěn)壓電路和ICL7660實(shí)現(xiàn)的DC-DC正負(fù)電源轉(zhuǎn)換電路；以及單片機(jī)STC12C5608AD最小控制系統(tǒng)電路，該控制器內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)峰值采樣電荷進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

二、下面介紹下本發(fā)明的測(cè)試方法。

1、首先要安裝的是激光接收器傳感器陣列，將圖2中的四個(gè)支架6通過(guò)L型固定件2固定在激光接收器底部固定圓盤(pán)1上，然后需要將硅光電池陣列電路 板固定在支架6上，通過(guò)上下共四個(gè)螺孔固定，注意硅光電池陣列電路板的接線(xiàn)口3要朝著外面便于接線(xiàn)，最后將硅光電池陣列電路板的接線(xiàn)插口通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與激光接收器信號(hào)調(diào)理電路版上的插槽相連。

2、測(cè)試：要測(cè)試激光接收器是否正常工作，主要看它是否能夠準(zhǔn)確定位激光位置。采用激光掃平儀發(fā)出水平的激光平面對(duì)其測(cè)試，當(dāng)激光線(xiàn)打在接收器陣列A1、B1、C1、D1區(qū)域位置上時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路板上1號(hào)燈亮，移開(kāi)激光線(xiàn)1號(hào)燈迅速熄滅；同理，當(dāng)激光線(xiàn)打在接收器陣列其它區(qū)域時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路板上對(duì)應(yīng)位置的燈亮，說(shuō)明激光接收器可以正常工作。

盡管本文較多地使用了激光接收器，硅光電池陣列，高程定位，傅立葉變換，中值濾波等專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。