采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)探討

高治國，郭 健

（1.石河子開發(fā)區(qū)合創(chuàng)農(nóng)機(jī)裝備有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000）

1 基于導(dǎo)航的采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)

基于導(dǎo)航的采棉機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用導(dǎo)航、地理信息及無線通信技術(shù)，通過調(diào)用Baidu Maps API，結(jié)合JavaScript語言實現(xiàn)采棉機(jī)基本信息管理、定位監(jiān)控、工作狀態(tài)實時顯示等功能。系統(tǒng)主要包括采棉機(jī)車載終端、監(jiān)控服務(wù)中心兩大部分。采棉機(jī)車載終端利用內(nèi)置導(dǎo)航模塊，定位采棉機(jī)位置信息和當(dāng)前日期、時間，及時準(zhǔn)確地獲取采棉機(jī)工況參數(shù)，包括棉箱翻轉(zhuǎn)狀態(tài)、采摘頭升降狀態(tài)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、潤滑脂加注和油耗等關(guān)鍵設(shè)備運行狀態(tài)信息；通過內(nèi)置GPRS模塊，以GPRS流量方式將數(shù)據(jù)回傳至監(jiān)控服務(wù)中心。監(jiān)控服務(wù)中心接收到采棉機(jī)車載終端無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，經(jīng)過通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和解析，將數(shù)據(jù)存儲至監(jiān)控服務(wù)中心數(shù)據(jù)庫，完成對數(shù)據(jù)庫的訪問，并在監(jiān)控系統(tǒng)電子地圖上顯示采棉機(jī)當(dāng)前位置和工況，實現(xiàn)采棉機(jī)的實時定位和路徑導(dǎo)航。當(dāng)采棉機(jī)狀態(tài)信息異常時，監(jiān)控服務(wù)中心的工作人員能夠及時通知駕駛員采取措施，以保證采棉機(jī)正常工作。監(jiān)控服務(wù)中心的WebGIS平臺可采用百度地圖API技術(shù)構(gòu)建。與傳統(tǒng)的WebGIS地圖同步交互手段相比，百度地圖的前端開發(fā)技術(shù)采用AJAX的異步通信方式，在保留其他地圖信息的同時，服務(wù)器直接對客戶端請求作出響應(yīng)，并將用戶需要的信息反饋至客戶端。該監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好、功能完善、使用方便，具有采棉機(jī)實時定位、狀態(tài)信息監(jiān)測、作業(yè)面積統(tǒng)計、歷史軌跡回放等功能，實踐中得到了較好的應(yīng)用。

2 嵌入式采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)指安全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計的專用計算機(jī)系統(tǒng)，執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)，是由一個或者多個預(yù)先編程好的程序來統(tǒng)一執(zhí)行，且由不同的微處理控制器、單片機(jī)來組成。多嵌入式平臺開發(fā)，對于采棉機(jī)智能監(jiān)控的在線監(jiān)控和實時路徑規(guī)劃研究具有重要的參考價值，克服了基于微型單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性、自動化程度低、二次開發(fā)困難。

嵌入式智能監(jiān)控硬件的設(shè)計引入了先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)控制思想，整個系統(tǒng)是由許多個零部件裝置共同組成的，如微處理器模塊、GPS模塊及GPRS模塊等，重點以各個模塊的選型設(shè)計為主，具體實施操作上，包括信息采集電路設(shè)計、蘊(yùn)ED顯示電路系統(tǒng)、電源電路等相關(guān)配套設(shè)備的安裝設(shè)計。而操作系統(tǒng)充分利用了可移植性的特點嵌入到了整個智能監(jiān)控平臺中，可最大限度地增強(qiáng)系統(tǒng)的可讀性。與此同時，在數(shù)據(jù)信息的傳輸層面，運用的是GPRS傳輸方式，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有較充足的經(jīng)驗，整個智能操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性較好。其中，軟件程序的設(shè)計主要分為GPS接受解析、GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送及采棉機(jī)數(shù)據(jù)采集等。在虛擬儀器技術(shù)嵌入上，可以同時制定相應(yīng)的通信協(xié)議，保證終端與監(jiān)控中心的通信效果及執(zhí)行力，實現(xiàn)采棉機(jī)對作業(yè)面積進(jìn)行分析、規(guī)劃。通過成熟開發(fā)，采棉機(jī)作業(yè)位置服務(wù)、工況信息、作業(yè)面積統(tǒng)計及屏幕顯示等配套功能設(shè)計層面，完全實現(xiàn)了自動化、數(shù)字化管控。

3 基于云計算的采棉機(jī)智能監(jiān)控技術(shù)

將多嵌入式平臺引入到智能控制系統(tǒng)中，并采用云處理計算方式對多平臺節(jié)點進(jìn)行連接，能更好實現(xiàn)采棉機(jī)視頻采集和處理的實時性和智能化。云計算平臺集成了巨大的云數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)，可以提供大量的、并行的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的計算和服務(wù)，云計算系統(tǒng)主要包括計算資源管理系統(tǒng)和服務(wù)器集群。其中，計算資源管理系統(tǒng)可有效地調(diào)度計算資源、動態(tài)地部署、配置、調(diào)度和回收資源；服務(wù)器集群負(fù)責(zé)高并發(fā)量的用戶請求處理、大運算量的計算處理，為了滿足大數(shù)據(jù)存儲的需求，使用相關(guān)數(shù)據(jù)分割算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使用并行計算的方式上傳和下載數(shù)據(jù)。

采棉機(jī)的云處理數(shù)據(jù)平臺主要使用在駕駛室，設(shè)計采用階梯式的結(jié)構(gòu)，為了實現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的云處理計算功能，采用階梯式的結(jié)構(gòu)對云處理計算平臺進(jìn)行開發(fā)。其中，全局監(jiān)控服務(wù)器負(fù)責(zé)整合局部監(jiān)控服務(wù)器的信息，局部監(jiān)控負(fù)責(zé)監(jiān)控代理數(shù)據(jù)的整合，從而完成多嵌入式平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的整合，實現(xiàn)并行計算的數(shù)據(jù)處理方式。利用云數(shù)據(jù)處理計算方法可以有效提高計算速度，實現(xiàn)路徑的實時規(guī)劃，采棉機(jī)利用其風(fēng)力輸送、液壓傳動、棉箱等部件與梳脫式采摘臺掛接；智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計在駕駛室，利用多嵌入式平臺實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的實時采集和圖像處理。利用云計算可以有效提高計算速度，且可以處理干擾信號線的圖像，完成路徑規(guī)劃。農(nóng)業(yè)實踐表明，其路徑追蹤能力較強(qiáng)，在2m范圍內(nèi)便可以追蹤到路徑，采棉效果較好，采凈率高、落地棉率和含雜率較低，符合采棉機(jī)的各項性能設(shè)計要求。

4 結(jié)語

采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)雖然在部分頂尖技術(shù)層面還尚存缺陷，但總體發(fā)展趨勢已經(jīng)成熟。無論是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的要求，還是國內(nèi)棉花市場的巨大需求，采棉機(jī)在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，以及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和推廣，已是大勢所趨，有待于進(jìn)一步研究和挖掘。