農機作業遠程監測系統的開發與設計

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，基于自主開發的網絡服務云平臺，設計農機作業遠程監測系統。介紹農機作業遠程監測系統的總體結構，論述各類傳感器及網絡服務平臺的工作流程，為提高作業質量監測水平提供參考。

關鍵詞：遠程監測；農機作業；設計；傳感器；網絡平臺

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0047-03

近年來，隨著農機大戶作業質量意識的提高，對監測深松、整地、播種、收獲等作業質量和輔助農機作業的需求劇增。尤其是深松作業入土深，檢測作業深度和作業面積更為困難。為此，遼寧省農業機械化研究所開發設計了農機作業遠程監測系統，用現代化技術監測深度和面積等作業情況，全面提高作業監測質量和輔助農機作業水平。

1 農機作業遠程監測系統總體設計

農機作業遠程監測系統主要包括主控機、BDS（北斗）與GPS雙模傳感器、深度傳感器、輔助傳感器、校驗傳感器、視頻監控器、機具識別傳感器及網絡服務平臺等部分，其系統組成如圖1所示。

2 農機作業遠程監測系統設計方案

2.1 北斗/GPS傳感器

采用M8N傳感模塊，可同步運行北斗/GPS，獲取和跟蹤不同的GNSS（全球導航衛星）系統，并行接收北斗和GPS，或同時接收GLONASS（俄衛星導航系統）和北斗。在衛星信號差的環境下，模塊也具有很高的可靠性和準確性，在晴空郊外條件下可達到最佳定位。模塊還配備了內置的智能自動切換功能，可根據衛星的可見性和可靠性自動切換操作模式，為農機作業的空間定位、作業速度、作業面積計算提供較為精準的參數和輔助。北斗/GPS傳感器啟動后，待工作狀態穩定后進行相關數據的讀取和存儲，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傳感器，可在低功耗狀態下解決軸間差問題。根據三軸陀螺、三軸加速度、三軸磁場參數準確計算深度作業狀態，提供形式行駛方向角、俯仰角等姿態信息，記錄作業行駛軌跡，監測深度誤差小于1 cm。處理后的姿態角度信息顯示在主控制器上，通過主控制器將數據發送給服務器，并在服務器上完成數據的顯示和運動曲線的繪制。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，與農機具相配合進行深松深度輔助監測。有效監測范圍1～5 m，精度1 mm。輔助傳感器通過發射超聲波信號與反饋信號的時間差得到距離信號，通過高速芯片處理后轉換為所需信號或電壓，并進行存儲，其工作流程見圖4。

2.4 校驗傳感器

校驗傳感器為自行設計，針對農機作業深度進行校驗，主要解決深度傳感器、輔助傳感器相互對接及測算問題，確保監測精度和運行可靠。

2.5 視頻監測

采用高清、防抖、可夜視功能的視頻監測器實時觀察作業情況。前置和后置視頻將影像圖片發送至主控機存儲，由主控機實時發送至云服務器；接收到遠程指令或激活指令后，實時抓拍上傳及存儲。圖像采集工作流程見圖5。

2.6 主控機

主控機采用高速100腳核心處理器，綜合性能強，支持多擴展模式，高性能低功耗。核心處理器與顯示屏封裝在主控機內，設置、查詢、監測模式切換可在設備上完成。主控板內置存儲模塊，在無網絡信號的狀態下，也可進行數據存儲和遠程實時調取。同時，其能自動感知網絡信號，自動上傳數據至服務器。主控機接收實時圖像、定位數據、深度傳感器等實時數據信息后，進行計算、存儲、顯示、上傳。

2.7 網絡服務云平臺

采用綜合性強、快速高效、方便實用的自主開發云平臺，實現數據監測、查詢、分析、整理、輸出打印等功能。網絡服務平臺采用B/S架構，可用瀏覽器登錄。手機端提供自行開發APP應用，方便用戶操作。網絡服務平臺接收主控機上傳的數據后進行存儲、分析、整理并輸出報表，并發送指令至主控板端，進行相關報警提示及信息互通。網絡服務云平臺工作流程見圖6。

3 結論

農機作業遠程監測系統支持深松、翻地、播種、收獲等多類型作業模式，具有定位、軌跡查詢、深度監測、面積計算等功能。同時，系統智能化高，數據采集穩定準確，維護方便，能滿足不同作物連續作業要求。但其作業監測算法還需優化，以加強適應更多作業的監測方式的數據統計。

參考文獻

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