田間作業(yè)機(jī)車工況監(jiān)測(cè)范文

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1硬件設(shè)計(jì)

1．1北斗/GPS模塊衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)采用和芯星通公司生產(chǎn)的北斗/GPS雙模接收機(jī)G－Mouse，其集成了衛(wèi)星接收機(jī)和天線，可同時(shí)接收BD2_B1和GPS_L1信號(hào)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)用戶需求G－Mouse可提供RS－232接口或USB接口，在本設(shè)計(jì)中采用RS－232接口。北斗/GPS雙系統(tǒng)組合定位的原理與GPS單系統(tǒng)定位原理基本相同，不同之處在于北斗系統(tǒng)的導(dǎo)航電文采用CGS2000坐標(biāo)系，系統(tǒng)時(shí)采用BDT［3］。GPS系統(tǒng)采用WGS－84坐標(biāo)系和GPST。因此，在進(jìn)行定位解算之前需要將兩個(gè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系和系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一。由于兩個(gè)坐標(biāo)系只有橢球扁率f值存在微小差異，在赤道上只引起毫米級(jí)誤差，可以認(rèn)為CGCS2000坐標(biāo)系和WGS84坐標(biāo)系是相容的［4］。另外，當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)的可見衛(wèi)星數(shù)多于4顆時(shí)，偽距方程組的數(shù)量不少于未知數(shù)的數(shù)量，能夠完成定位解算［5］。只有當(dāng)雙系統(tǒng)可見衛(wèi)星數(shù)為4時(shí)需要獲取兩個(gè)系統(tǒng)的鐘差，從而減少一個(gè)未知數(shù)，完成定位解算，這個(gè)差值可通過解析北斗－2的導(dǎo)航電文獲取［6］。通過以上轉(zhuǎn)換就可將兩個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)統(tǒng)一到定位方程組中，進(jìn)而求解出接收機(jī)的精確位置。G－Mouse應(yīng)用電路如圖2所示。

1．2串口通信模塊由于微處理器采用TTL電平，而BD/GPS模塊輸出的信號(hào)為RS－232電平，并且由于硬件系統(tǒng)需要與PC機(jī)連接，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋虼擞布到y(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)COM口:COM1用于連接BD/GPS接收機(jī)，接收衛(wèi)星定位數(shù)據(jù);COM2可通過串口線與PC機(jī)連接，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和數(shù)據(jù)傳輸。采用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，芯片采用+5V單電源供電，通過外界幾個(gè)0．1μF的電容就可以完成TTL電平與RS－232電平的相互轉(zhuǎn)換［7］。雙COM口電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

1．3XBee無線數(shù)傳模塊XBee是一種遠(yuǎn)距離低功耗的數(shù)傳模塊。其內(nèi)置了ZigBee協(xié)議［8］，支持低成本、低功耗的應(yīng)用需求，模塊只需要很小的發(fā)射功率，便可以提供遠(yuǎn)程設(shè)備之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸。無線通信采用直序擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)［9］，16路直接序列頻道可通過軟件進(jìn)行選擇，且單個(gè)序列頻道可容納超過65000個(gè)設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)250kbps［10］。XBee模塊應(yīng)用電路設(shè)計(jì)如圖4所示。XBeePRO模塊有兩種傳輸模式:API模式和透?jìng)髂Ｊ剑?1］。在本設(shè)計(jì)中XBeePRO模塊采用透?jìng)髂Ｊ剑肁T命令設(shè)置參數(shù)，設(shè)置格式如下:ATASCII碼命令空格參數(shù)(可選)＜CR＞例如，ATDL11F＜CR＞。在各終端參數(shù)設(shè)置中，先輸入+++，返回OK后成功進(jìn)入AT命令模式，然后通過ATDNNI＜CR＞來更改發(fā)送數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址，等待返回OK后命令設(shè)置成功，然后再通過命令A(yù)TCN＜CR＞退出AT命令設(shè)置模式。入網(wǎng)流程如圖5所示。無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置相關(guān)代碼如下。

2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

田間作業(yè)機(jī)車工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用C#語言進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)平臺(tái)采用MicrosoftVisualStudio2008［12］。上位機(jī)軟件能夠顯示由下位機(jī)上傳的田間作業(yè)機(jī)車的地理位置、行進(jìn)狀態(tài)、作業(yè)工況，以及作業(yè)機(jī)車工作位置的環(huán)境溫濕度等。同時(shí)，采用Ac-cess2010數(shù)據(jù)庫對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，用戶可以方便地對(duì)作業(yè)機(jī)車的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并且可以將歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格當(dāng)中。采用Access2010數(shù)據(jù)庫的最大優(yōu)點(diǎn)是，可以將數(shù)據(jù)庫文件直接加載的軟件的安裝包內(nèi)，無需單獨(dú)安裝和配置數(shù)據(jù)庫［13］，提高了軟件的可移植性。軟件啟動(dòng)后能夠自動(dòng)識(shí)別計(jì)算機(jī)上可用的串口，波特率默認(rèn)為9600bps［14］;在確認(rèn)串口的配置正確后，點(diǎn)擊鏈接按鈕，上位機(jī)開始采集田間作業(yè)機(jī)車的信息;通過選擇作業(yè)車號(hào)，即可顯示所查詢車輛當(dāng)前作業(yè)信息。另外，軟件支持機(jī)車編號(hào)的修改功能，用戶可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)的添加或刪除機(jī)車編號(hào)，所有添加到系統(tǒng)中的機(jī)車的數(shù)據(jù)都會(huì)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中。如果機(jī)車編號(hào)被刪除，上位機(jī)軟件將不再查詢與機(jī)車編號(hào)想對(duì)應(yīng)機(jī)車的信息。系統(tǒng)界面如圖6所示。

3結(jié)論

田間作業(yè)機(jī)車定位與作業(yè)工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)我國國情而設(shè)計(jì)的一種集多參數(shù)于一體的便攜式田間機(jī)車定位及農(nóng)田信息采集系統(tǒng)。其實(shí)現(xiàn)了田間車輛多目標(biāo)監(jiān)控，建立了田間作業(yè)機(jī)車數(shù)據(jù)庫和查詢系統(tǒng)，可方便地進(jìn)行多種農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備數(shù)據(jù)的查詢、添加、刪除及保存等操作。系統(tǒng)可同時(shí)接收北斗定位信息和GPS定位信息，二者相互補(bǔ)充，采用多系統(tǒng)組合定位的方式提高了定位精度，并且在沒有GPS定位信息的情況下可以使用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。起采用基于ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸模塊XBee進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不僅方便了信息采集，克服了現(xiàn)實(shí)環(huán)境的束縛，而且大大提高了系統(tǒng)可靠性，同時(shí)可采取自組網(wǎng)的方式拓展無線數(shù)據(jù)的傳輸距離。機(jī)車的位置、運(yùn)行狀態(tài)、作業(yè)狀態(tài)等信息可通過無線方式，上傳到PC機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和分析。本系統(tǒng)將田間動(dòng)態(tài)的車輛信息與農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了信息的可交互性、可擴(kuò)展性和通用性。在農(nóng)業(yè)機(jī)械空間定位信息獲取、農(nóng)田生產(chǎn)信息采集方面有著廣泛的應(yīng)用前景。農(nóng)田信息采集包括土壤墑情監(jiān)測(cè)、空氣溫度、作物生長信息、病蟲害信息、土壤培肥等方面。通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地采集、傳輸、控制與分析，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化管理。

作者：辛德奎黃操軍鄧婷婷梁春英單位：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院