專利名稱：一種基于無線定位裝置的農(nóng)機(jī)田間定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于定位無線導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種農(nóng)業(yè)機(jī)械田間無線定位方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對農(nóng)業(yè)機(jī)械在生產(chǎn)作業(yè)過程中進(jìn)行定位具有重要作用，農(nóng)業(yè)機(jī)械的精確定位及導(dǎo)航，可以有效保障其可靠運(yùn)行，有助于提高農(nóng)作物產(chǎn)量。目前農(nóng)業(yè)機(jī)械的定位主要有兩種方法，一種是利用GPS進(jìn)行定位，通過GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號進(jìn)行絕對定位，然而，目前GPS定位精度一般在3-10m，定位精度差，其設(shè)備價格昂貴，并且受天氣或遮擋等干擾，精度也會降低，從而限制了 GPS定位在農(nóng)業(yè)機(jī)械定位中的應(yīng)用。另一種定位方式是利用慣性傳感器，通過計(jì)算進(jìn)行相對定位。慣性傳感器的成本低，初始精度較高，但是，對于采用慣性傳感器進(jìn)行定位的裝置具有累積誤差，隨著距離的增長，定位的精度會下降，只能適用于特定的環(huán)境下農(nóng)業(yè)機(jī)械的定位，適用性較差，無法滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械定位要求?；诖?，如何發(fā)明一種農(nóng)業(yè)器械田間定位方法，定位精度高，而且定位精度與機(jī)械行駛距離不相關(guān)，是本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有的農(nóng)機(jī)田間定位方法，提供了一種基于無線定位裝置的農(nóng)機(jī)田間定位方法，可以始終保持較高的定位精度，方法簡單易實(shí)現(xiàn)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種基于無線定位裝置的農(nóng)機(jī)田間定位方法，包括以下步驟(1)、在待定位農(nóng)機(jī)上設(shè)置一個無線定位裝置，設(shè)該無線定位裝置為定位點(diǎn)，在定位區(qū)域中設(shè)置N個無線定位裝置，設(shè)該N個無線定位裝置為參考點(diǎn)，其中N大于或等于3 ；(2)、定位點(diǎn)發(fā)射激活指令激活周圍的參考點(diǎn)；(3)、被激活的參考點(diǎn)發(fā)射攜帶有各自位置信息的位置信號，所述定位點(diǎn)接收各位置信號，并根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算定位點(diǎn)到該參考點(diǎn)的距離；0)、判斷所接收到的參考點(diǎn)個數(shù)，若接收到的參考點(diǎn)個數(shù)小于3，則返回步驟 (2)；否則，控制除距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)之外的所有參考點(diǎn)休眠；(5)、根據(jù)距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)的位置信息計(jì)算定位點(diǎn)位置坐標(biāo)。進(jìn)一步的，在步驟(1)中，所述的參考點(diǎn)包括χ個固定參考點(diǎn)和y個活動參考點(diǎn)， 固定參考點(diǎn)的無線定位裝置設(shè)置在定位區(qū)域的周圍邊界上，活動參考點(diǎn)的無線定位裝置設(shè)置在定位區(qū)域內(nèi)部，其中，χ+y = N。為了防止活動參考點(diǎn)被農(nóng)機(jī)碰到，導(dǎo)致其位置移動，所述y個活動參考點(diǎn)還包括位置修復(fù)的步驟(6)、活動參考點(diǎn)定期向周圍的固定參考點(diǎn)發(fā)送位置請求信號；(7)、接收到位置請求信號的固定參考點(diǎn)被激活并發(fā)射攜帶有各自位置信息的位置信號，所述活動參考點(diǎn)接收各位置信號，并根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算其到該固定參考點(diǎn)的距 1 ；(8)、判斷所接收到的固定參考點(diǎn)個數(shù)，若接收到的固定參考點(diǎn)個數(shù)小于3，則返回步驟(7)；(9)、根據(jù)距離本活動參考點(diǎn)最近的3個固定參考點(diǎn)的位置信息計(jì)算該活動參考點(diǎn)位置坐標(biāo)，控制被其激活的所有固定參考點(diǎn)休眠。又進(jìn)一步的，相鄰的兩個參考點(diǎn)之間的距離為10-50m。優(yōu)選的，相鄰的兩個參考點(diǎn)之間的距離為40m。所述的無線定位裝置包括外殼、定位控制單元、天線、以及為所述定位控制單元供電的供電單元，所述定位控制單元設(shè)置在外殼內(nèi)，天線與定位控制單元連接，用于接收或發(fā)送信號，所述的定位控制單元包括無線定位單片機(jī)，所述的天線包括天線接頭，為了提高輸入至無線定位單片機(jī)信號的質(zhì)量，所述天線接頭的輸出端子通過平衡轉(zhuǎn)換芯片與無線定位單片機(jī)的信號輸入端子連接。優(yōu)選的，為了使無線定位裝置適用于戶外作業(yè)，避免不方便充電的弊端，供電單元采用太陽能轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行供電，所述的供電單元包括蓄電池和與其連接的太陽能電池板，所述太陽能電池板固設(shè)在外殼上面，蓄電池設(shè)置在外殼內(nèi)。所述蓄電池優(yōu)選采用鋰電池，其一次充電可工作時間長達(dá)數(shù)月，由于無線定位單片機(jī)的工作電壓為2 3. 6V，因此，保證所述鋰電池的輸出電壓為2 3. 6V。再進(jìn)一步的，所述的天線為全向天線，所述的外殼為防水外殼，保證了無線定位裝置防塵、防水以及抗震。優(yōu)選的，所述的無線定位裝置采用Zigbee協(xié)議通信。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明的農(nóng)機(jī)田間定位方法基于無線定位裝置，采用Zigbee通信協(xié)議，定位精度高，而且定位精度不存在累計(jì)誤差，精度不隨著農(nóng)機(jī)行駛距離而下降，而且本無線定位裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，功耗低，并且使用太陽能供電，節(jié)省成本。結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。


圖1是本發(fā)明所提出的農(nóng)機(jī)田間無線定位方法一種實(shí)施例的流程圖；圖2是本發(fā)明所提出的農(nóng)機(jī)田間無線定位方法一種實(shí)施例的無線定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。實(shí)施例一，參見圖1所示，本實(shí)施例的基于無線定位裝置的農(nóng)機(jī)田間定位方法，包括Si、設(shè)置定位點(diǎn)及參考點(diǎn)；
具體的，包括在待定位農(nóng)機(jī)上設(shè)置一個無線定位裝置，設(shè)該無線定位裝置為定位點(diǎn)，在定位區(qū)域中均勻設(shè)置N個無線定位裝置，設(shè)該N個無線定位裝置為參考點(diǎn)，其中N大于或等于3。S2、激活參考點(diǎn)；具體的，定位點(diǎn)進(jìn)入定位區(qū)域后，定位點(diǎn)發(fā)射激活指令激活周圍的參考點(diǎn)。S3、被激活的參考點(diǎn)發(fā)射位置信號，定位點(diǎn)計(jì)算其與被激活參考點(diǎn)的距離；具體的，被激活的參考點(diǎn)發(fā)射攜帶有各自位置信息的位置信號，所述定位點(diǎn)接收各位置信號，并根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算定位點(diǎn)到該參考點(diǎn)的距離。S4、判斷接收到的被激活參考點(diǎn)個數(shù)是否大于或等于3 ；具體的，定位點(diǎn)判斷所接收到的參考點(diǎn)的個數(shù)，若接收到的參考點(diǎn)個數(shù)小于3，則返回步驟S2 ；否則，控制除距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)之外的所有參考點(diǎn)休眠。S5、計(jì)算定位點(diǎn)位置坐標(biāo)；具體的，根據(jù)距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)的位置信息計(jì)算定位點(diǎn)位置坐標(biāo)。作為一個具體的實(shí)施例，參見圖2所示，所述的無線定位裝置包括外殼1、天線3， 在所述外殼內(nèi)設(shè)置有定位控制單元，天線3與定位控制單元連接，天線3用于接收其他無線定位裝置發(fā)送的信號并傳輸至與其連接的定位控制單元，或者將與其連接的定位控制單元發(fā)射的信號發(fā)送出去。無線定位裝置還包括直流供電單元，用于為所述定位控制單元供電。無線定位裝置的電路圖如圖3所示，所述的定位控制單元包括無線定位單片機(jī)U1，所述的天線3包括天線接頭CNl，在本實(shí)施例中，無線定位單片機(jī)Ul采用Tl的8位微處理器 CC2431實(shí)現(xiàn)，天線接頭CNl與無線定位單片機(jī)Ul連接，用于將天線3接收的信號傳輸給無線定位單片機(jī)U1，或者將無線定位單片機(jī)Ul發(fā)射的信號輸送給天線3發(fā)送出去，為了提高信號傳輸距離，克服信號傳輸過程中衰減造成的信號較弱，在所述天線接頭CNl與無線定位單片機(jī)Ul之前還設(shè)置有平衡轉(zhuǎn)換芯片U2，在本實(shí)施例中，U2采用非平衡-平衡轉(zhuǎn)換芯片 BD2425N50200A00實(shí)現(xiàn)，CNl的輸出端子與U2的信號輸入端子連接，CNl輸出單端信號經(jīng)U2 的轉(zhuǎn)換后，輸出差分信號至無線定位單片機(jī)U1。優(yōu)選的，所述的無線定位裝置采用Zigbee 協(xié)議通信，該協(xié)議通信具有近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的優(yōu)點(diǎn)。由于農(nóng)機(jī)在田間戶外工作，不方便為電池充電，為了使無線定位裝置適用于戶外作業(yè)，避免不方便充電的弊端，供電單元采用太陽能電池進(jìn)行供電，所述的供電單元包括蓄電池和與其連接的太陽能電池板2，參見圖1所示，所述太陽能電池板2固設(shè)在外殼1上面， 蓄電池設(shè)置在外殼1內(nèi)，為無線定位單片機(jī)Ul供電。所述蓄電池優(yōu)選采用重量輕、使用壽命長、高低溫適應(yīng)能力強(qiáng)的鋰電池，其一次充電可工作時間長達(dá)數(shù)月，由于無線定位單片機(jī)的工作電壓為2 3. 6V，因此，保證所述鋰電池的輸出電壓為2 3. 6V，或者通過DC-DC逆變器將輸出電壓進(jìn)行變壓后為無線定位單片機(jī)Ul供電。由于參考點(diǎn)與定位點(diǎn)之間的相對位置不固定，所述的天線3優(yōu)選采在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射的全向天線。此外，全向天線還具有覆蓋范圍大的優(yōu)點(diǎn)。所述的外殼1為防水外殼，優(yōu)選采用具有防塵、防水以及抗震的塑料、PVC材料等制成，而且制作成本低。作為一個具體實(shí)施例的詳細(xì)實(shí)時方案，所述的步驟S4中包括
S41、定位點(diǎn)判斷所接收到的參考點(diǎn)個數(shù)，若接收到的參考點(diǎn)個數(shù)小于3，則返回步驟S2 ；S42、若接收到的參考點(diǎn)個數(shù)大于3，定位點(diǎn)比對出距離其最近的3個參考點(diǎn)，保留該3個參考點(diǎn)的位置信息，以及發(fā)射休眠指令使其他參考點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，執(zhí)行步驟S5 ；S43、若接收到的參考點(diǎn)個數(shù)等于3，則該3個參考點(diǎn)視為距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)，執(zhí)行步驟S5。假設(shè)所確定的3個參考點(diǎn)分別為參考點(diǎn)1、參考點(diǎn)2與參考點(diǎn)3，其中，定位點(diǎn)位置的計(jì)算方法為
A2 =(λ - ^)2 + O7I -yf
U22 = (χ2 - χ)2 + (y2 - yf
L32 =(x3 - χ)2 +(y3 -yf⑴解得χ =(八 _·ν2)[(Α2 -L22)+ (X22 -Xl2) + (y22 ~yl2)] + (yl ~y2)[(L22 -L32) + (x32 -x22) + (y32 -y22)]
2[(x2 - X3 )(y2 -乃)-(X1 - x2 )(y3 - >-2)]
γ-.,-.π(x3 -x2)[(Z12 -L22 )+ (x22 -X12) + ^2 ~yl2)] + (xl -x2)[(L22 -L32) + (x32 -X22) +(y32 -y22)]
L0054」 >"=-
2[(y2 -y3)(x2-x1)~ Cy1 ->>2)(x3 -x2)]式中(x，y)_定位點(diǎn)的坐標(biāo)Ll-參考點(diǎn)1到定位點(diǎn)的距離(xl，yl)_參考點(diǎn)1的坐標(biāo)L2-參考點(diǎn)2到定位點(diǎn)的距離(x2, y2)-參考點(diǎn)2的坐標(biāo)L3-參考點(diǎn)3到定位點(diǎn)的距離(x3, y3)-參考點(diǎn)3的坐標(biāo)式中的參數(shù)L1、L2、L3是定位點(diǎn)中的無線定位單片機(jī)Ul根據(jù)接收到得信號強(qiáng)度 (RSSI)計(jì)算出來的，(xl，yl)、(x2, y2)、(x3, y3)是預(yù)先分別設(shè)置在參考點(diǎn)1、參考點(diǎn)2、參考點(diǎn)3中的，當(dāng)參考點(diǎn)被定位點(diǎn)激活后，參考點(diǎn)發(fā)送的包含其位置信號即包含有其坐標(biāo)位置。因此，一旦3個參考點(diǎn)被確定，定位點(diǎn)中的無線定位單片機(jī)Ul很容易將定位點(diǎn)的坐標(biāo) (x，y)計(jì)算出來。N個參考點(diǎn)中，參考點(diǎn)之間的距離可以根據(jù)實(shí)際田間狀況進(jìn)行設(shè)置，保證其相鄰的兩個參考點(diǎn)之間的距離為10-50m。相鄰的兩個參考點(diǎn)之間的距離優(yōu)選設(shè)置為40m。在步驟(1)中，所述的參考點(diǎn)包括χ個固定參考點(diǎn)和y個活動參考點(diǎn)，固定參考點(diǎn)的無線定位裝置設(shè)置在定位區(qū)域的周圍邊界上，其坐標(biāo)位置固定不變，活動參考點(diǎn)的無線定位裝置設(shè)置在定位區(qū)域內(nèi)部，活動參考點(diǎn)的坐標(biāo)位置可能會受到不可抗因素(比如被農(nóng)機(jī)碰到等)而發(fā)生改變，其中，χ+y = N。為了防止農(nóng)機(jī)在作業(yè)過程中觸碰到參考點(diǎn)，導(dǎo)致參考點(diǎn)的位置發(fā)生變化，所述y 個活動參考點(diǎn)還包括位置修復(fù)的步驟S6、活動參考點(diǎn)定期向周圍的固定參考點(diǎn)發(fā)送位置請求信號；S7、接收到位置請求信號的固定參考點(diǎn)被激活并發(fā)射攜帶有各自位置信息的位置信號，所述活動參考點(diǎn)接收各位置信號，并根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算其到該固定參考點(diǎn)的距離；S8、判斷所接收到的固定參考點(diǎn)個數(shù)，若接收到的固定參考點(diǎn)個數(shù)小于3，則返回步驟S7 ；S9、根據(jù)距離本活動參考點(diǎn)最近的3個固定參考點(diǎn)的位置信息計(jì)算該活動參考點(diǎn)位置坐標(biāo)，控制被其激活的所有固定參考點(diǎn)休眠。根據(jù)上述的3個已知點(diǎn)確定一個未知點(diǎn)的方法，便可以計(jì)算出該活動參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)信息，該活動參考點(diǎn)將新的位置坐標(biāo)信息保存，并進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待定位點(diǎn)的激活指令。本實(shí)施例的農(nóng)機(jī)田間定位方法基于無線定位裝置，參考點(diǎn)具有自動位置修復(fù)功能，提供的位置坐標(biāo)準(zhǔn)確，定位精度高，采用Zigbee通信協(xié)議，而且定位精度不存在累計(jì)誤差，精度不隨著農(nóng)機(jī)行駛距離而下降，而且本無線定位裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，功耗低，并且使用太陽能供電，十分適合在開闊的田間或農(nóng)業(yè)大棚中應(yīng)用。當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于無線定位裝置的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、在待定位農(nóng)機(jī)上設(shè)置一個無線定位裝置，設(shè)該無線定位裝置為定位點(diǎn)，在定位區(qū)域中設(shè)置N個無線定位裝置，設(shè)該N個無線定位裝置為參考點(diǎn)，其中N大于或等于3 ；(2)、定位點(diǎn)發(fā)射激活指令激活周圍的參考點(diǎn)；(3)、被激活的參考點(diǎn)發(fā)射攜帶有各自位置信息的位置信號，所述定位點(diǎn)接收各位置信號，并根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算定位點(diǎn)到該參考點(diǎn)的距離；(4)、判斷所接收到的參考點(diǎn)個數(shù)，若接收到的參考點(diǎn)個數(shù)小于3，則返回步驟(2)；否貝U，控制除距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)之外的所有參考點(diǎn)休眠；(5)、根據(jù)距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)的位置信息計(jì)算定位點(diǎn)位置坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的參考點(diǎn)包括χ個固定參考點(diǎn)和y個活動參考點(diǎn)，固定參考點(diǎn)的無線定位裝置設(shè)置在定位區(qū)域的周圍邊界上，活動參考點(diǎn)的無線定位裝置設(shè)置在定位區(qū)域內(nèi)部，其中，x+y=N。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，所述y個活動參考點(diǎn)還包括位置修復(fù)的步驟(6)、活動參考點(diǎn)定期向周圍的固定參考點(diǎn)發(fā)送位置請求信號；(7)、接收到位置請求信號的固定參考點(diǎn)被激活并發(fā)射攜帶有各自位置信息的位置信號，所述活動參考點(diǎn)接收各位置信號，并根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算其到該固定參考點(diǎn)的距離；(8)、判斷所接收到的固定參考點(diǎn)個數(shù)，若接收到的固定參考點(diǎn)個數(shù)小于3，則返回步驟(7)；(9)、根據(jù)距離本活動參考點(diǎn)最近的3個固定參考點(diǎn)的位置信息計(jì)算該活動參考點(diǎn)位置坐標(biāo)，控制被其激活的所有固定參考點(diǎn)休眠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，相鄰的兩個參考點(diǎn)之間的距離為10-50m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，相鄰的兩個參考點(diǎn)之間的距離為40m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，所述的無線定位裝置包括外殼、定位控制單元、天線、以及為所述定位控制單元供電的供電單元， 所述定位控制單元設(shè)置在外殼內(nèi)，天線與定位控制單元連接，用于接收或發(fā)送信號，所述的定位控制單元包括無線定位單片機(jī)，所述的天線包括天線接頭，天線接頭的輸出端子通過平衡轉(zhuǎn)換芯片與無線定位單片機(jī)的信號輸入端子連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，所述的供電單元包括蓄電池和與其連接的太陽能電池板，所述太陽能電池板固設(shè)在外殼上面，蓄電池設(shè)置在外殼內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的農(nóng)業(yè)機(jī)械田間無線定位裝置，其特征在于，所述蓄電池為鋰電池，輸出電壓為2 3. 6V。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，所述的天線為全向天線，所述的外殼為防水外殼。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的農(nóng)機(jī)田間定位方法，其特征在于，所述的無線定位裝置采用 Zigbee協(xié)議通信。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線定位裝置的農(nóng)機(jī)田間定位方法，包括以下步驟:(1)、設(shè)置定位點(diǎn)及參考點(diǎn)；(2)、定位點(diǎn)發(fā)射激活指令激活周圍的參考點(diǎn)；(3)、被激活的參考點(diǎn)發(fā)射攜帶有各自位置信息的位置信號，所述定位點(diǎn)接收各位置信號，并根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算定位點(diǎn)到該參考點(diǎn)的距離；(4)、判斷所接收到的參考點(diǎn)個數(shù)，若接收到的參考點(diǎn)個數(shù)小于3，則返回步驟(2)；否則，控制除距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)之外的所有參考點(diǎn)休眠；(5)、根據(jù)距離定位點(diǎn)最近的3個參考點(diǎn)的位置信息計(jì)算定位點(diǎn)位置坐標(biāo)。本發(fā)明的農(nóng)業(yè)器械田間定位方法，定位精度高，定位精度與機(jī)械行駛距離不相關(guān)，功耗低，節(jié)約成本。
文檔編號G01S5/10GK102508201SQ20111033045
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者儀垂杰, 林海波 申請人:青島理工大學(xué)