農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)

安鶴峰

摘要：選用BDS（北斗）與GPS雙模傳感器、深度傳感器等傳感器，基于自主開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云平臺(tái)，設(shè)計(jì)農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。介紹農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，論述各類傳感器及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)的工作流程，為提高作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)水平提供參考。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；農(nóng)機(jī)作業(yè)；設(shè)計(jì)；傳感器；網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2018）01-0047-03

近年來，隨著農(nóng)機(jī)大戶作業(yè)質(zhì)量意識(shí)的提高，對(duì)監(jiān)測(cè)深松、整地、播種、收獲等作業(yè)質(zhì)量和輔助農(nóng)機(jī)作業(yè)的需求劇增。尤其是深松作業(yè)入土深，檢測(cè)作業(yè)深度和作業(yè)面積更為困難。為此，遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所開發(fā)設(shè)計(jì)了農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用現(xiàn)代化技術(shù)監(jiān)測(cè)深度和面積等作業(yè)情況，全面提高作業(yè)監(jiān)測(cè)質(zhì)量和輔助農(nóng)機(jī)作業(yè)水平。

1 農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括主控機(jī)、BDS（北斗）與GPS雙模傳感器、深度傳感器、輔助傳感器、校驗(yàn)傳感器、視頻監(jiān)控器、機(jī)具識(shí)別傳感器及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)等部分，其系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 北斗/GPS傳感器

采用M8N傳感模塊，可同步運(yùn)行北斗/GPS，獲取和跟蹤不同的GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星）系統(tǒng)，并行接收北斗和GPS，或同時(shí)接收GLONASS（俄衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）和北斗。在衛(wèi)星信號(hào)差的環(huán)境下，模塊也具有很高的可靠性和準(zhǔn)確性，在晴空郊外條件下可達(dá)到最佳定位。模塊還配備了內(nèi)置的智能自動(dòng)切換功能，可根據(jù)衛(wèi)星的可見性和可靠性自動(dòng)切換操作模式，為農(nóng)機(jī)作業(yè)的空間定位、作業(yè)速度、作業(yè)面積計(jì)算提供較為精準(zhǔn)的參數(shù)和輔助。北斗/GPS傳感器啟動(dòng)后，待工作狀態(tài)穩(wěn)定后進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取和存儲(chǔ)，其工作流程見圖2。

2.2 深度傳感器

深度傳感器采用高精度九軸姿態(tài)傳感器，可在低功耗狀態(tài)下解決軸間差問題。根據(jù)三軸陀螺、三軸加速度、三軸磁場(chǎng)參數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算深度作業(yè)狀態(tài)，提供形式行駛方向角、俯仰角等姿態(tài)信息，記錄作業(yè)行駛軌跡，監(jiān)測(cè)深度誤差小于1 cm。處理后的姿態(tài)角度信息顯示在主控制器上，通過主控制器將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，并在服務(wù)器上完成數(shù)據(jù)的顯示和運(yùn)動(dòng)曲線的繪制。深度傳感器工作流程見圖3。

2.3 輔助傳感器

輔助傳感器為高頻高精度的超聲波傳感器，與農(nóng)機(jī)具相配合進(jìn)行深松深度輔助監(jiān)測(cè)。有效監(jiān)測(cè)范圍1～5 m，精度1 mm。輔助傳感器通過發(fā)射超聲波信號(hào)與反饋信號(hào)的時(shí)間差得到距離信號(hào)，通過高速芯片處理后轉(zhuǎn)換為所需信號(hào)或電壓，并進(jìn)行存儲(chǔ)，其工作流程見圖4。

2.4 校驗(yàn)傳感器

校驗(yàn)傳感器為自行設(shè)計(jì)，針對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)深度進(jìn)行校驗(yàn)，主要解決深度傳感器、輔助傳感器相互對(duì)接及測(cè)算問題，確保監(jiān)測(cè)精度和運(yùn)行可靠。

2.5 視頻監(jiān)測(cè)

采用高清、防抖、可夜視功能的視頻監(jiān)測(cè)器實(shí)時(shí)觀察作業(yè)情況。前置和后置視頻將影像圖片發(fā)送至主控機(jī)存儲(chǔ)，由主控機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)送至云服務(wù)器；接收到遠(yuǎn)程指令或激活指令后，實(shí)時(shí)抓拍上傳及存儲(chǔ)。圖像采集工作流程見圖5。

2.6 主控機(jī)

主控機(jī)采用高速100腳核心處理器，綜合性能強(qiáng)，支持多擴(kuò)展模式，高性能低功耗。核心處理器與顯示屏封裝在主控機(jī)內(nèi)，設(shè)置、查詢、監(jiān)測(cè)模式切換可在設(shè)備上完成。主控板內(nèi)置存儲(chǔ)模塊，在無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的狀態(tài)下，也可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)取。同時(shí)，其能自動(dòng)感知網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器。主控機(jī)接收實(shí)時(shí)圖像、定位數(shù)據(jù)、深度傳感器等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息后，進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、上傳。

2.7 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云平臺(tái)

采用綜合性強(qiáng)、快速高效、方便實(shí)用的自主開發(fā)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、查詢、分析、整理、輸出打印等功能。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)采用B/S架構(gòu)，可用瀏覽器登錄。手機(jī)端提供自行開發(fā)APP應(yīng)用，方便用戶操作。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)接收主控機(jī)上傳的數(shù)據(jù)后進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、整理并輸出報(bào)表，并發(fā)送指令至主控板端，進(jìn)行相關(guān)報(bào)警提示及信息互通。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云平臺(tái)工作流程見圖6。

3 結(jié)論

農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)支持深松、翻地、播種、收獲等多類型作業(yè)模式，具有定位、軌跡查詢、深度監(jiān)測(cè)、面積計(jì)算等功能。同時(shí)，系統(tǒng)智能化高，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定準(zhǔn)確，維護(hù)方便，能滿足不同作物連續(xù)作業(yè)要求。但其作業(yè)監(jiān)測(cè)算法還需優(yōu)化，以加強(qiáng)適應(yīng)更多作業(yè)的監(jiān)測(cè)方式的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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