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使用六自由度慣性測量單元作為電子控制單元的一部分有助于提高農(nóng)業(yè)設(shè)備的安全性和效率。
由于起伏的山丘和松軟的地面，農(nóng)業(yè)設(shè)備操作員經(jīng)常面臨翻車的風(fēng)險(xiǎn)，因此操作員安全成為重中之重。同時(shí)，他們需要優(yōu)化農(nóng)作物產(chǎn)量，而農(nóng)用車輛上使用的手動(dòng)功能可以減少這種產(chǎn)量。由于提高安全性和提高作物產(chǎn)量的需求仍然是農(nóng)場經(jīng)營者最關(guān)心的問題，六自由度 (6DOF) 慣性測量單元 (IMU) 作為設(shè)備電子控制系統(tǒng)的一部分的使用現(xiàn)在開始從建筑業(yè)轉(zhuǎn)移到農(nóng)業(yè)設(shè)備。
慣性測量單元——使用多個(gè)加速度計(jì)和陀螺儀來提供準(zhǔn)確和精確的運(yùn)動(dòng)、位置和導(dǎo)航傳感——通過提供平移（上/下、左/右、前/后）和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的測量來改進(jìn)設(shè)備上的運(yùn)動(dòng)傳感（滾動(dòng)、俯仰和偏航）。這些測量提供了關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確和精確地控制車輛的性能。這些好處轉(zhuǎn)化為更高的設(shè)備精度、安全性和穩(wěn)定性以及更高的操作員生產(chǎn)率。
將 6DOF IMU 集成到機(jī)箱中的設(shè)備控制模塊中，以測量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)（無論是收割機(jī)、播種機(jī)、拖拉機(jī)還是噴霧器），都有助于自動(dòng)化和控制手動(dòng)過程。一些示例包括自動(dòng)調(diào)整收割機(jī)上的頭刀片水平或調(diào)整拖拉機(jī)上的播種機(jī)頭，以最大限度地提高作物產(chǎn)量并提高操作員績效。自動(dòng)化其中一些手動(dòng)過程可提供比操作員所能實(shí)現(xiàn)的更精確的控制。
在安全應(yīng)用中，6DOF IMU 可用于穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向控制以及防側(cè)翻。傳感器制造商可以提供與傳感器單元配合使用所需的任何類型的信號(hào)調(diào)理。
IMU 有助于提供行駛/運(yùn)動(dòng)控制，以穩(wěn)定車廂免受過度振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)的影響，尤其是在不平坦的場地上。好處是雙重的：提高操作員的安全性，并通過減少振動(dòng)和機(jī)械應(yīng)力來延長車輛的使用壽命。它還通過在連綿起伏的丘陵等不平坦的表面上提供牽引力來幫助減少操作員的錯(cuò)誤。
IMU 通過將偏航、俯仰和橫滾數(shù)據(jù)與 GPS 結(jié)合使用，提供傾翻數(shù)據(jù)并防止車輛在山坡上側(cè)向移動(dòng)，從而協(xié)助轉(zhuǎn)向控制應(yīng)用。
這些運(yùn)動(dòng)傳感器在防止車輛翻車方面可以發(fā)揮重要作用，尤其是在起伏的丘陵或斜坡上行駛時(shí)。當(dāng)車輛接近傾斜或傾斜角度時(shí)，IMU 可以向操作員發(fā)出警告。來自 IMU 的數(shù)據(jù)也可能觸發(fā)燃油關(guān)閉，或者在翻車情況下，它可能會(huì)根據(jù)設(shè)備制造商的設(shè)計(jì)參數(shù)對車輪和轉(zhuǎn)向進(jìn)行調(diào)整。
準(zhǔn)確和精確的收獲、種植和分級(jí)是農(nóng)場經(jīng)營者最關(guān)心的問題之一，以最大限度地提高作物產(chǎn)量。操作員通常必須密切關(guān)注現(xiàn)場地形。例如，如果他們要上山或下山，他們必須手動(dòng)調(diào)整農(nóng)業(yè)機(jī)械以適應(yīng)不平坦的田地。
IMU 測量農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤的運(yùn)動(dòng)，在所有六個(gè)方向上感應(yīng)。它測量底盤是向左還是向右旋轉(zhuǎn)，角度傾斜（向上或向下）以及是否有任何滾動(dòng)或傾倒。這種運(yùn)動(dòng)感應(yīng)可以通過兩種方式幫助操作員。它優(yōu)化了機(jī)器性能，操作員不再需要對設(shè)備進(jìn)行不斷的調(diào)整和調(diào)整，因此不會(huì)感到疲勞。它還允許技術(shù)水平較低的操作員運(yùn)行設(shè)備。
如果操作員能夠準(zhǔn)確和精確地控制收割機(jī)頭刀片的高度，例如，相對于車輛的地面位置或角度，則在收割過程中留在田地中的作物將更少。借助來自 6DOF IMU 的數(shù)據(jù)，農(nóng)場經(jīng)營者可以通過確保平坦的種植場地來優(yōu)化種植和收獲任務(wù)，和/或自動(dòng)調(diào)整收割機(jī)刀片和播種機(jī)頭，以最大限度地提高滾動(dòng)田地的作物產(chǎn)量。
產(chǎn)量損失通常與收割機(jī)上設(shè)置為單一高度的葉片有關(guān)。IMU 可以感知場地的起伏丘陵或地形差異，在從平坦的平坦地面移動(dòng)到連綿起伏的丘陵時(shí)相應(yīng)地自動(dòng)調(diào)整鏟刀高度。
影響作物產(chǎn)量的其他關(guān)鍵過程包括種子深度和施肥。例如，有許多因素可能會(huì)影響種子深度。這些包括可能導(dǎo)致苗床“凸起”的作物殘留物，導(dǎo)致植物深度變淺，以及下雨時(shí)經(jīng)常沉降到半英寸的松散苗床。如果最后一次耕作與種植方向成一定角度，也可能發(fā)生“顛簸”效應(yīng)。
所有這些因素都可能導(dǎo)致整個(gè)田地的不同發(fā)芽模式。來自6DOF IMU的數(shù)據(jù)可用于對播種機(jī)頭進(jìn)行調(diào)整，以確保根據(jù)陸地地形將種子全部種植在相同的深度。
在選擇IMU時(shí)，農(nóng)用設(shè)備制造商應(yīng)注意幾個(gè)設(shè)計(jì)特征。其中包括耐用性、寬工作溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性、易于集成以及準(zhǔn)確和精確的測量。
傳感器應(yīng)提供堅(jiān)固的封裝，以保護(hù)其免受惡劣環(huán)境的影響，包括灰塵、污垢、石頭、壓力清洗、濕度和化學(xué)品。寬工作溫度范圍有助于承受極端高溫，防止設(shè)備故障。這些設(shè)備還應(yīng)符合 IP67 和 IP69K 防護(hù)等級(jí)，以提供額外的環(huán)境保護(hù)，以及電磁干擾 （EMI） 和電磁兼容性 （EMC） 防護(hù)等級(jí)，以防止射頻。
IMU 應(yīng)符合 CAN SAEJ1939 標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議，適用于建筑和重型車輛的通信。這允許傳感器的輸出與車輛的電子控制單元（ECU）通信。
雖然使用加速度計(jì)或傾角計(jì)通常比在農(nóng)場設(shè)備應(yīng)用中使用 IMU 成本更低的解決方案，但它需要大量的前期設(shè)計(jì)工作。通常，當(dāng)將加速度計(jì)或傾角計(jì)集成到車輛的ECU中時(shí)，工程師必須設(shè)計(jì)一個(gè)外殼來保護(hù)設(shè)備，找出處理溫度漂移的方法，并確定將其集成到電路板中并將傳感器連接到車輛控制系統(tǒng)的最佳方法。
IMU 的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是易于集成。通過在單個(gè)堅(jiān)固的封裝中提供 6DOF 運(yùn)動(dòng)傳感，它可以顯著減少設(shè)計(jì)人員將傳感器單元集成到車輛控制系統(tǒng)中所需的時(shí)間。它還提供更精確和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)傳感數(shù)據(jù)，以確保設(shè)備操作員的安全，同時(shí)降低設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。最終，設(shè)備制造商需要根據(jù)其總擁有成本評(píng)估不同的解決方案。
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