任輝 李禧堯 鄧波 楊鑫宇 盧科

摘要：聯(lián)合收割機是我國最重要的農(nóng)業(yè)裝備之一，但在其工作中普遍面臨田間作業(yè)條件惡劣，存在其故障診斷困難的現(xiàn)象。為實現(xiàn)基于Android客戶端的聯(lián)合收割機工作參數(shù)實時監(jiān)控與故障診斷，本文通過微處理器獲取了工作參數(shù)，設(shè)計了基于目標瞬時變化趨勢的故障診斷方法，采用了SOCKET通信方式將客戶端與云平臺結(jié)合，開發(fā)了基于Android客戶端的聯(lián)合收割機工作參數(shù)故障診斷系統(tǒng)，提供了一種對聯(lián)合收割機進行遠程監(jiān)測及故障診斷的設(shè)計方案，為農(nóng)業(yè)機械故障診斷方法設(shè)計提供了參考。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合收割機;工作參數(shù);遠程監(jiān)測;故障診斷;系統(tǒng)設(shè)計

農(nóng)業(yè)裝備的改善是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)工業(yè)化和現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)，是先進農(nóng)業(yè)技術(shù)能夠被有效使用和推廣的先驗條件。聯(lián)合收割機近年來也得到了前所未有的飛速發(fā)展，正日益向機電一體化、信息化、智能化高速發(fā)展。目前大多聯(lián)合收割機都裝備了帶有空調(diào)的密閉駕駛室，駕駛員用耳朵已經(jīng)很難分辨收割機各部位的運轉(zhuǎn)聲響異常與否[1]，此種條件下僅用人的聽力和視力去識別故障將變得越來越困難，因此聯(lián)合收割機在使用過程中不免會出現(xiàn)各種各樣的故障。

目前聯(lián)合收割機工作的環(huán)境仍然是復(fù)雜多變的，因而近年來，有很多針對聯(lián)合收割機工作狀態(tài)的監(jiān)測控制系統(tǒng)。聯(lián)合收割機的故障頻發(fā)部位多為割臺、輸送槽、脫粒滾筒、輸糧攪龍等，主要為堵塞故障。因此，易堵塞部位和前進速度多為收割機監(jiān)測的重點對象[2]。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以往的人工定期檢修收割機借助個人經(jīng)驗維修收割機己不適應(yīng)當(dāng)今農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，當(dāng)今農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要有更智能的故障診斷方法應(yīng)用于收割機。綜上，聯(lián)合收割機的故障診斷智能化勢在必行，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和智能化道路上必須要解決的重要問題。

1. 聯(lián)合收割機工作參數(shù)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計

1.1整體設(shè)計與工作原理

本系統(tǒng)主要通過C8051F020微處理器外接多霍爾傳感器，實現(xiàn)對聯(lián)合收割機主要工作部件如脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、攪龍轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵信息獲取，在單片機中采用基于目標信號瞬時變化趨勢的故障診斷方法，實現(xiàn)三種工作狀態(tài)的有效判斷，將故障診斷結(jié)果進行傳輸。采集的數(shù)據(jù)通過SIM900A模塊發(fā)送至云平臺，云平臺與客戶端通信采用SOCKET通信方式，經(jīng)客戶端請求獲取云平臺數(shù)據(jù)?；贘AVA在客戶端上相應(yīng)模塊3個模塊對數(shù)據(jù)進行最后的處理與展示，從而實現(xiàn)對農(nóng)田作業(yè)機械關(guān)鍵信息以及故障診斷狀況實時監(jiān)測[3]。

1.2數(shù)據(jù)采集與故障診斷系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與故障診斷系統(tǒng)硬件由測量聯(lián)合收割機各重要工作參數(shù)的傳感器、PLC、自帶ARM系統(tǒng)的顯示器等組成[4]。數(shù)據(jù)采集與故障診斷裝置安裝在聯(lián)合收割機駕駛室內(nèi)，位于駕駛員左側(cè)便于駕駛員查看狀態(tài)信息。

采集系統(tǒng)以微處理器C8051F020為核心。采集信號包括前進速度、輸送槽轉(zhuǎn)速、輸糧攪龍轉(zhuǎn)速、切流滾筒轉(zhuǎn)速、縱流滾筒轉(zhuǎn)速、割臺攪龍轉(zhuǎn)速等信號，用多路霍爾轉(zhuǎn)速傳感器對多路轉(zhuǎn)速信號進行采集。其中前進速度信號與割臺割臺攪龍信號經(jīng)調(diào)理電路處理后分別接入C8051F020的外部中斷，與內(nèi)部定時器配合進行獨立采集與處理。輸送槽轉(zhuǎn)速、輸糧攪龍轉(zhuǎn)速、切流滾筒轉(zhuǎn)速、縱流滾筒轉(zhuǎn)速通過四選一多路模擬開關(guān)CD4052選通后經(jīng)信號調(diào)理電路接入外部中斷2，循環(huán)進行信號采集與處理。

故障診斷系統(tǒng)包括基于目標信號瞬時變化趨勢的故障診斷方法與3種判斷情況子程序。系統(tǒng)基于差分理論完成瞬時變化趨勢預(yù)測[5]，對經(jīng)過調(diào)理電路處理后的數(shù)據(jù)執(zhí)行3種判斷情況子程序的判斷，當(dāng)系統(tǒng)判定信號出現(xiàn)預(yù)警狀態(tài)，觸發(fā)預(yù)警中斷子程序，發(fā)送數(shù)據(jù)“1”;當(dāng)系統(tǒng)判定信號出現(xiàn)報警狀態(tài)，觸發(fā)報警子程序，發(fā)送數(shù)據(jù)“2”;轉(zhuǎn)速正常情況下，發(fā)送數(shù)據(jù)“0”，數(shù)據(jù)均通過SIM900A模塊發(fā)送至云平臺再接收至Android客戶端中的數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊。

1.3物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計

采用SIM900A模塊通過UART0串行接口與C8051F020單片機連接，發(fā)送TCP連接至OneNet物聯(lián)網(wǎng)平臺[6]。通過注冊登錄OneNet平臺，在創(chuàng)建的項目中分別為作業(yè)數(shù)據(jù)采集與故障信息處理各創(chuàng)建6個設(shè)備、6個數(shù)據(jù)流以及1個設(shè)備應(yīng)用。數(shù)據(jù)流接收工作狀態(tài)參數(shù)與故障診斷信號。

1.4 基于Android客戶端設(shè)計

Android客戶端主要分為數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊，故障信息處理模塊和數(shù)據(jù)存取模塊3個模塊，采用Android JAVA開發(fā)，所有源代碼編譯完成后打包生成APK文件，即為該系統(tǒng)的安裝文件[7]。將APK文件直接安裝在Android手機上，相比于傳統(tǒng)的聯(lián)合收割機監(jiān)控系統(tǒng)，本設(shè)計不受時間、地域、環(huán)境、距離等因數(shù)限制，用戶可隨時輕松安裝該系統(tǒng)，操作方便靈活。

數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊可實時獲取如縱切流滾筒、滾筒轉(zhuǎn)速、輸糧攪龍轉(zhuǎn)速等部位實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示采用經(jīng)典三段式儀表盤式樣顯示，可繪制實時數(shù)據(jù)折線圖便于數(shù)據(jù)監(jiān)測。故障信息處理模塊用于接收“0”、“1”、“2”數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“0”表示正常，“1”表示預(yù)警，“2”表示報警的數(shù)據(jù)報警方案，報警顯示同樣采用經(jīng)典三段式儀表盤式樣顯示。數(shù)據(jù)存取模塊由手機自帶SQLite數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地存儲和管理，人工故障診斷信息采集界面和參數(shù)設(shè)置界面[8]。

2. 聯(lián)合收割機田間故障診斷性能測試

將本文設(shè)計的基于Android客戶端的聯(lián)合收割機工作參數(shù)故障診斷系統(tǒng)安裝在水稻聯(lián)合收割機上進行水稻田間收割試驗及其工作參數(shù)故障診斷驗證。田間試驗表明：智能控制和診斷系統(tǒng)可以在保證最佳作業(yè)性能和不發(fā)生堵塞等故障的情況下，實現(xiàn)聯(lián)合收割機作業(yè)的信息讀取，實時遠程監(jiān)測與故障診斷，提高了聯(lián)合收割機的工作效率和降低了故障率，減輕了駕駛員的勞動強度。

將基于C8051F020的數(shù)據(jù)采集與故障診斷系統(tǒng)與聯(lián)合收割機智能控制模擬試驗臺連接，進行信息采集、傳輸、顯示及儲存等試驗，數(shù)據(jù)采集顯示。采集的數(shù)據(jù)通過SIM900A模塊發(fā)送至云平臺，經(jīng)客戶端請求獲取云平臺數(shù)據(jù)。經(jīng)分析，數(shù)據(jù)接收延時在2s內(nèi)，數(shù)據(jù)丟失率控制在5‰以內(nèi)。

3.結(jié)果與討論

基于Android客戶端可以將聯(lián)合收獲機的實時數(shù)據(jù)監(jiān)測與故障狀況監(jiān)測結(jié)合起來，實現(xiàn)多源信息融合，增強數(shù)據(jù)互補，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)測與故障實時診斷。本設(shè)計數(shù)據(jù)丟失率小于5‰，信息獲取延遲時間小于2s，報警及時、正確，滿足聯(lián)合收獲機戶外工作遠程信息采集與故障監(jiān)測要求，具有良好推廣運用前景。

參考文獻

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