專利名稱：一種裝有激光接收器的平地系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及平整土地的裝置，特別是采用激光測量后與控制系統(tǒng)連接，組成系統(tǒng)應用于平整土地的裝置。
背景技術：
我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的75.3％，地面灌溉是我國農(nóng)業(yè)灌溉的主要方法，改善農(nóng)田平整狀況，可以有效提高農(nóng)田灌溉水利用率。
土地平整方法包括常規(guī)平地方法和激光控制平地方法。常規(guī)土地平整方法又包括人工平地、半人工半機械平地和機械平地等多種手段，機械平地主要采用推土機、鏟運機和刮平機等設備，其具有土方運移量大、平地費用相對較低等特點，適合在地面起伏較大、土地平整度較差的農(nóng)田進行粗平作業(yè)，可以從總體上改善農(nóng)田地形。常規(guī)的機械平整方法受機具自身缺陷和人工操平精度有限的制約，土地平整精度在達到一定程度后無法繼續(xù)提高，無法達到精細灌溉的要求。激光測量、控制平地技術是利用激光測量平面和用電子控制系統(tǒng)作為非視覺的控制手段，利用控制系統(tǒng)控制液壓調(diào)解系統(tǒng)實現(xiàn)平地鏟的自動升降，避免了人工操作和目測判斷所造成的失誤和較大的誤差，達到農(nóng)田地面的精細平整的目的。激光控制平地系統(tǒng)能夠大幅度提高土地平整精度，其激光接收系統(tǒng)的靈敏度至少比人工視覺判斷和平地機上操作人員的手動液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)準確10～50倍，具有常規(guī)平整方法無法比擬的優(yōu)越性。
國內(nèi)現(xiàn)有技術中，對激光控制平地系統(tǒng)的研究絕大部分集中在平地產(chǎn)和液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)方面，激光接收器等控制裝置仍舊采用進口設備。有少數(shù)科研單位對激光接收、控制系統(tǒng)進行研究，但其因為抗干比擬的優(yōu)越性。
國內(nèi)現(xiàn)有技術中，對激光控制平地系統(tǒng)的研究絕大部分集中在平地產(chǎn)和液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)方面，激光接收器等控制裝置仍舊采用進口設備。有少數(shù)科研單位對激光接收、控制系統(tǒng)進行研究，但其因為抗干擾性不強，或者因為工作半徑太小、作業(yè)精度低或者因為工作效率低等諸多因素都沒有得到應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有平地裝置及測量方法的缺陷，提供一種激光測量接收器，用本發(fā)明的接收器連接控制電路，控制平地機的液壓系統(tǒng)及平地鏟，實現(xiàn)高效精準的平地作業(yè)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是采用一種裝有激光接收器的平地系統(tǒng)，包括激光接收器和控制器，其特征在于所述激光接收器，由濾光片、光電傳感器、前置放大電路、信號整形電路串接而成，將串接而成的裝置安裝在支架上，將所述支架安裝在外殼內(nèi)，在所述外科上裝有有機玻璃罩。
本發(fā)明所述濾光片采用在聚乙烯材料中摻雜一定比例的色素而至制成的吸收型濾光片，所述濾光片的截止波長為600nm；所述有機玻璃罩為激光信號入射窗口，所述有機玻璃采用紅色有機玻璃用于初步濾光。
本發(fā)明所述光電傳感器采用硅光電池。
本發(fā)明所述硅光電池分成4列每列分成13層排放，將所述每列硅電池分別標記為A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M，將其中A、B、C、D并聯(lián)連接，用于表示發(fā)射來的激光信號處于太低的位置；將其中E、F并聯(lián)連接，用于表示發(fā)射來的激光信號處于低的位置；將其中G層表示發(fā)射來的激光信號處于中的位置；將其中的H、I并聯(lián)，表示發(fā)射來的激光信號處于高的位置；將其中J、K、L、M并聯(lián)連接，表示發(fā)射來的激光信號處于太高的位置；將每個接三級采用了射極偏置電路進行溫度補償。
本發(fā)明所述信號整形電路采用四電壓比較器，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號，再用所述信號整形電路中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將脈沖進行展寬。
本發(fā)明所述激光接收器與控制器之間通過8芯數(shù)據(jù)線連接。
本發(fā)明所述激光接收器和控制器與激光發(fā)射器、液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、平地鏟組成激光控制平地系統(tǒng)。
本發(fā)明將所述激光發(fā)射器固定在平地鏟的桅桿上。
本發(fā)明所產(chǎn)生的技術效果是1、獨特的光電傳感器結(jié)構(gòu)布局，實現(xiàn)了在360°范圍內(nèi)都能夠接收到激光信號。在垂直方向上接收范圍達到30cm，很好地滿足農(nóng)田平整的要求。
2、采用了吸收型濾光片對自然光噪聲進行濾除，提高了激光信號的信噪比和入射率，使接收激光信號的距離達到200m。避免了光電傳感器在太陽光直接照射下容易飽和而使靈敏度降低的問題，并大大降低了產(chǎn)品的成本。
3、合理地采用三級放大電路對微弱信號進行放大，并使其具有較好的噪聲系數(shù)，在后續(xù)電路能夠較容易進行處理。
4、設計出參數(shù)良好信號整形電路，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號，并使電平信號的寬度很好地滿足后續(xù)電路處理的要求，提高信號的可靠性。
5、合理地設計了激光接收器外殼，解決了激光接收器組裝不方便、防塵功能差、安置不穩(wěn)固的問題。使其達到使用方便，工作穩(wěn)定的要求。


圖1是本發(fā)明激光接收器原理框圖；圖2是本發(fā)明濾波電路原框理圖；
圖3是本發(fā)明放大電路框圖；圖4是本發(fā)明信號整形電路框圖；圖5是本發(fā)明激光接收器光電傳感器空間分布示意圖。
圖中1、太低；2、低；3、中；4、高；5、太高；6、殼體；7、有機玻璃罩；8、電池；9、電路板；10、播座；11、支架。
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
如附圖1所示濾光處理本發(fā)明裝有激光接收器的平地系統(tǒng)，包括激光接收器和控制器，所述激光接收器，由濾光片、光電傳感器、前置放大電路、信號整形電路串接而成，將串接而成的裝置安裝在支架11上，將所述支架安裝在外殼6內(nèi)，在所述外科上裝有有機玻璃罩7。虛線框表示接收器外殼上的紅色有機玻璃，它作為光信號的入射窗口，能夠起到初步的濾光作用，還能夠起到防塵的作用。
濾光片采用的是吸收型的濾光片，濾光片采用普通的聚乙烯材料摻雜一定比例的色素而制成的，濾光片的截止波長為600nm，它是一種低通濾光片，可以濾除波長小于截止頻率的光信號，能夠減小太陽光等自然光線的干擾。
光電傳感器本發(fā)明采用國產(chǎn)硅光電池作為光電傳感器，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，有較高的轉(zhuǎn)換效率和較好特性參數(shù)，大幅地降低了研究成本。
如附圖2、3所示信號的放大本發(fā)明設計出性能優(yōu)越的濾波電路和信號放大電路，使得利用價格較低的硅光電池作為接收激光信號的傳感器成為可能。本發(fā)明的信號放大采用前置放大器的噪聲系數(shù)對整個檢測系統(tǒng)的噪聲特征具有決定性的作用，而放大器的源電阻在等于信號源輸出電阻的情況下，才能使噪聲系數(shù)最小，因此需要選擇合適的放大器件對信號進行放大。本發(fā)明的信號放大電路設計采用三極管分立元件，第一級采用頻率特性較好和輸入阻抗較低的共基極電路，第二級采用共集電極電路，第三級采用了射極偏置電路進行溫度補償。
如附圖4所示的信號整形電路本發(fā)明整形電路中采用LM339四電壓比較器芯片將脈沖信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號，再利用MC14538單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片將脈沖進行展寬，使其在后續(xù)電路中容易處理。
如附圖5所示光電傳感器的分布結(jié)構(gòu)在本發(fā)明中將52個5×20mm的硅光電池8分成4列，每列13層，分別標記A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M。其中A、B、C、D并聯(lián)，表示發(fā)射來的激光信號處于“太低”1的位置；E、F并聯(lián)，表示發(fā)射來的激光信號處于“低”2的位置；G層表示發(fā)射來的激光信號處于“中”3的位置；H、I并聯(lián)，表示發(fā)射來的激光信號處于“高”4的位置；J、K、L、M并聯(lián)，表示激光信號處于“太高”5的位置。每個接收層中相鄰的硅光電池兩兩垂直安裝在電路板9上兩個金屬支架11上，兩個金屬支架11合攏成一個“正六邊形”，該金屬支架安裝在電路板9的兩邊，通過螺絲和電路板連接在一起，這樣即可滿足360°接收激光信號的要求。
本發(fā)明的激光接收器和激光發(fā)射器、控制器、液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、平地鏟組成激光控制平地系統(tǒng)。
激光接收器通過一根8芯導線與控制器插座10相連，從控制器獲得電源，并向控制器傳送地面位置的偏差信號。平地時，將平地鏟放置在與地面平均高度相近的地方，把激光接收器固定在平地鏟的桅桿上，激光發(fā)射器安裝在農(nóng)田地塊邊的三腳架上，使激光接收器中間位置的硅光電池接收到激光信號。發(fā)射器所發(fā)射的激光平面的高度是確定的，所以經(jīng)過調(diào)整接收器在桅桿上安裝位置，就可以使激光接收器中間位置的光電池接收到激光信號，控制器上的指示燈會給出信號指示，然后駕駛拖拉機開始進行平地，隨著地面高程的變化，激光接收器接收到激光信號的硅光電池的位置也相應地變化，激光接收器把這種位置變化信號傳送給控制器，以便控制器根據(jù)所接收到的信號對液壓系統(tǒng)進行控制。
發(fā)射器安裝在三腳架上，三腳架可以放置在農(nóng)田地塊的邊上也可以放在地塊的中間。激光發(fā)射器所發(fā)射的是一個激光平面，它的高度位置是確定的，而激光接收器到鏟車的距離也是一定的，所以在平地過程中地面高度的變化會直接反映到鏟車的高度位置上，這樣就相當于地面高度信息也反映到激光接收器上，這樣就能夠通過激光接收器測量地面高程信息。在接收器的設計中，在每一列中安裝了13塊硅光電池對激光進行接收，每塊光電池的長度約為2.0cm，而每相鄰兩塊光電池之間的間距為2.5mm，這樣能夠接收到激光信號的垂直長度就相當于30cm了，水平測量距離主要是和激光發(fā)射器的功率、激光接收器信號檢測的靈敏度有關系。由于激光發(fā)射器的功率一般都像差不多，所以主要是通過增強激光接收器的探測靈敏度來實現(xiàn)接收距離的增加；本發(fā)明采用透射率更高的吸收性濾光片對光信號進行濾光，硅光電池進行光電轉(zhuǎn)換，以及晶體管放大電路對信號進行放大，實現(xiàn)信號的接收，經(jīng)過測試激光接收器的接收距離能夠達到200m。
本發(fā)明獨特的傳感器結(jié)構(gòu)設計，保證激光接收器在360°范圍都能夠有效地接收到激光信號，并在不增加成本的前提下使接收器垂直接收范圍達到30cm，接收半徑達到200m。
本發(fā)明采用獨特的濾光片設計，使接收器具有很強的抗干擾能力和較強的接收激光信號的能力。
本發(fā)明設計出性能優(yōu)越的濾波電路和信號放大電路，使得利用價格較低的硅光電池作為接收激光信號的傳感器成為可能。
本發(fā)明還設計出合理的信號整形電路，將模擬電信號很好地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使后續(xù)電路容易進行處理，系統(tǒng)可靠、工作穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種裝有激光接收器的平地系統(tǒng)，包括激光發(fā)射器、激光接收器和控制器，其特征在于所述激光接收器，由濾光片、光電傳感器、前置放大電路、信號整形電路串接而成，將串接而成的裝置安裝在支架上，將所述支架安裝在外殼內(nèi)，在所述外殼上裝有有機玻璃罩。
2.如權(quán)利要求1所述的用于平地系統(tǒng)的激光接收器，其特征在于所述濾光片采用在聚乙烯材料中摻雜一定比例的色素而制成的吸收型濾光片，所述濾光片的截止波長為600nm；所述有機玻璃罩為激光信號入射窗口，所述有機玻璃采用紅色有機玻璃用于初步濾光。
3.如權(quán)利要求1所述的用于平地系統(tǒng)的激光接收器，其特征在于所述光電傳感器采用硅光電池。
4.如權(quán)利要求3所述的用于平地系統(tǒng)的激光接收器，其特征在于所述硅光電池分成4列每列分成13層排放，所述每列硅電池分別標記為A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M，其中A、B、C、D并聯(lián)連接，用于表示發(fā)射來的激光信號處于太低的位置；其中E、F并聯(lián)連接，用于表示發(fā)射來的激光信號處于低的位置；其中G層表示發(fā)射來的激光信號處于中的位置；其中的H、I并聯(lián)連接，表示發(fā)射來的激光信號處于高的位置；其中J、K、L、M并聯(lián)連接，表示發(fā)射來的激光信號處于太高的位置；將每個接收層中相鄰的硅光電池兩兩垂直安裝在電路板上方兩個金屬支架上，將所述兩個金屬支架設置成一個正六邊形。
5.如權(quán)利要求1所述的用于平地系統(tǒng)的激光接收器，其特征在于所述前置放大電路采用三極管分立元件，第一級采用頻率特性穩(wěn)定和輸入阻抗低的共基極電路，第二級采用共集電極電路，第三級采用了射極偏置電路進行溫度補償。
6.如權(quán)利要求1所述的用于平地系統(tǒng)的激光接收器，其特征在于所述信號整形電路采用四電壓比較器，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號，再用所述信號整形電路中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將脈沖進行展寬。
7.如權(quán)利要求1所述的用于平地系統(tǒng)的激光接收器，其特征在于所述激光接收器與控制器之間通過8芯數(shù)據(jù)線連接。
8.如權(quán)利要求1所述的用于平地系統(tǒng)的激光接收器，其特征在于所述激光接收器和控制器與激光發(fā)射器、液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、平地鏟組成激光控制平地系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及平整土地的裝置，特別是用激光測量后與控制系統(tǒng)連接，組成應用于平整土地的裝置。一種裝有激光接收器的平地系統(tǒng)，包括激光接收器和控制器，所述激光接收器，由濾光片、光電傳感器、前置放大電路、信號整形電路串接而成，將串接而成的裝置安裝在支架上，將所述支架安裝在外殼內(nèi)，在所述外殼上裝有有機玻璃罩。將硅光電池分成4列每列13分成層排放，將每個接收層中相鄰的硅光電池兩兩垂直安裝在電路板上方兩個金屬支架上，將所述兩個金屬支架設置成一個正六邊形。發(fā)明獨特的傳感器結(jié)構(gòu)設計，保證激光接收器在360°范圍都能夠有效地接收到激光信號，并在不增加成本的前提下使接收器垂直接收范圍達到30cm，接收半徑達到200m。
文檔編號G01C7/00GK101078620SQ20071011849
公開日2007年11月28日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者劉剛, 呂慶飛, 楊政, 林建涵, 司永勝, 李鑫磊, 謝幸福 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學