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)
[1] 馮佐龍,杜亞尊.淺談農(nóng)機(jī)深松作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)推廣與應(yīng)用[J].河北農(nóng)機(jī),2017(1):13-14.
[2] 鐘文軍.基于機(jī)聯(lián)網(wǎng)的拖拉機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2016.
[3] 尹彥鑫.少免耕播種機(jī)信息流遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法研究[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.
[4] 汪金榮.農(nóng)機(jī)深松作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備在使用過程中存在的問題及改進(jìn)建議[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2017(3):48.