山地农机植保数字化装备集成平台

一、装备简介：

面向山地花椒种植区地形复杂、人工采样难、数据获取效率低等痛点，研发了一款集成导航、采样、感知、图像采集于一体的智能田间巡检与土壤采样机器人。该装备具备自主导航、定点采样、多参数感知、远程控制等功能，实现农业数据的自动化、精准化采集。

二、系统构成与功能：

履带式动力平台

履带式动力平台包括橡胶履带、驱动轮、4个串联的6V铅酸蓄电池、2个功率为1500W直流电机以及两个直流电机驱动器，尺寸为1310×1019×524mm，最大行驶速度为3km/h。左右履带分别采用2 kW电机驱动，配套1：30减速器，驱动器采用PG Drives Technology S45A，通过0~5v电压信号控制电机转速。

GNSS定位导航系统

导航控制系统采用以ARM  Cortex  M4为内核的STM30F303 VCT6 单片机作为中控器，数据接收、数据 解析、运算处理等任务均由该单片机完成。全球卫星导航系统采用上海华测导航技术股份有限公司的北斗高精度定位测向接收机，搭配有载波相位差分技术，多系统双频，支持双天线定位测向解算，在装备有移动站接收机的基础上，通过搭建基站接收机和无线电台，实现 RTK-GNSS 高精度定位数据的 接收。RTK-GNSS 定位模块利用无线电台接收差分信号，经差分系统校准后， 中控器采取通用异步串行通信方式获取高精度定位数据。将解析数据与设定的期望路径进行比较，利用偏差跟踪算法得到预期驾驶动作，通过控制执行机构以达到路径跟踪的目的。上位机可以监控导航控制系统的工作状态，其与中控器之间采用UART方式并通过 ZigBee和LoRa 无线模块进行数据的相互传输。中控器将解析后的定位信息以及导航过程中所产生的各项导航参数反馈给上位机，在系统发生异常时可通过发送相关指令终止导航作业。

土壤采样与土壤信息随行感知系统

土壤采样包括土壤采集装置与土壤收集装置。同时通过搭载在土壤采集与土壤收集装置上的传感器对土样信息进行获取，其实时可监测的内容包括：土壤温湿度、坚实度、PH值、电导率以及土样重量，从而实现土壤信息的随行感知。

通过土壤土壤采集装置与土壤收集装置搭载的土壤温湿度传感器、电流传感器、土壤称重传感器实时将土壤温湿度、PH值、电导率、土壤坚实、土壤重量信息进行了实时检测，通过单片机将数据解析发送给上位机并进行显示，完成了对土壤的一个随行感知。

高清相机与无线图传系统

本机器搭载海康威视T型网络高清一体化云台，对田地照片进行数据采集与无线传输数据处理与分析，为避免采集的图像中类似土壤等无关背景信息以及处理图像时误分割造成的影响，使用OpenCV中的图像处理函数，将所获取的每幅图像进行图像预处理（图像分割、二值化、开运算等）。

基于QT的人机交互系统

运用了 QT 官方给定的控件和个人实现的自定义组件，规划界面对自动导航数据进行数据可视化。实现欢迎界面、设置及调试界面、运行监控界面、地图创建界面。

控制系统

控制系统主要包括对履带式动力平台及其土壤采样与土壤随行感知系统的控制，同时实现与上位机无线通讯。

三、技术优势：

山地适应性强： 斜坡横向行驶最大爬坡度23°，斜坡纵向行驶最大爬坡度39°，支持遥控/自动双模式切换。

采样智能化： 自动判断采土深度、遇石即停保护、土样自动收集与标记。

数据一体化： 位置、土壤、图像数据同步采集，支持后期分析与决策应用。

四、适用场景：

山地花椒、果园等经济作物的精准管理与数据采集

科研单位田间试验与长期定位监测

智慧农业示范园区无人化作业展示