田間作業機車工況監測范文

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1硬件設計

1．1北斗/GPS模塊衛星信號接收機采用和芯星通公司生產的北斗/GPS雙模接收機G－Mouse，其集成了衛星接收機和天線，可同時接收BD2_B1和GPS_L1信號，具有結構緊湊、功耗低、定位精度高等優點。根據用戶需求G－Mouse可提供RS－232接口或USB接口，在本設計中采用RS－232接口。北斗/GPS雙系統組合定位的原理與GPS單系統定位原理基本相同，不同之處在于北斗系統的導航電文采用CGS2000坐標系，系統時采用BDT［3］。GPS系統采用WGS－84坐標系和GPST。因此，在進行定位解算之前需要將兩個系統的坐標系和系統時進行統一。由于兩個坐標系只有橢球扁率f值存在微小差異，在赤道上只引起毫米級誤差，可以認為CGCS2000坐標系和WGS84坐標系是相容的［4］。另外，當兩個系統的可見衛星數多于4顆時，偽距方程組的數量不少于未知數的數量，能夠完成定位解算［5］。只有當雙系統可見衛星數為4時需要獲取兩個系統的鐘差，從而減少一個未知數，完成定位解算，這個差值可通過解析北斗－2的導航電文獲取［6］。通過以上轉換就可將兩個系統的參數統一到定位方程組中，進而求解出接收機的精確位置。G－Mouse應用電路如圖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模塊輸出的信號為RS－232電平，并且由于硬件系統需要與PC機連接，進行系統調試和數據傳輸等，因此硬件系統設計了兩個COM口:COM1用于連接BD/GPS接收機，接收衛星定位數據;COM2可通過串口線與PC機連接，進行系統調試和數據傳輸。采用MAX232芯片進行電平轉換，芯片采用+5V單電源供電，通過外界幾個0．1μF的電容就可以完成TTL電平與RS－232電平的相互轉換［7］。雙COM口電平轉換電路如圖3所示。

1．3XBee無線數傳模塊XBee是一種遠距離低功耗的數傳模塊。其內置了ZigBee協議［8］，支持低成本、低功耗的應用需求，模塊只需要很小的發射功率，便可以提供遠程設備之間可靠的數據傳輸。無線通信采用直序擴頻(DSSS)技術［9］，16路直接序列頻道可通過軟件進行選擇，且單個序列頻道可容納超過65000個設備，數據傳輸速率最高可達250kbps［10］。XBee模塊應用電路設計如圖4所示。XBeePRO模塊有兩種傳輸模式:API模式和透傳模式［11］。在本設計中XBeePRO模塊采用透傳模式，利用AT命令設置參數，設置格式如下:ATASCII碼命令空格參數(可選)＜CR＞例如，ATDL11F＜CR＞。在各終端參數設置中，先輸入+++，返回OK后成功進入AT命令模式，然后通過ATDNNI＜CR＞來更改發送數據的目標地址，等待返回OK后命令設置成功，然后再通過命令ATCN＜CR＞退出AT命令設置模式。入網流程如圖5所示。無線網絡節點網絡設置相關代碼如下。

2上位機軟件設計

田間作業機車工況監測系統上位機軟件采用C#語言進行開發，開發平臺采用MicrosoftVisualStudio2008［12］。上位機軟件能夠顯示由下位機上傳的田間作業機車的地理位置、行進狀態、作業工況，以及作業機車工作位置的環境溫濕度等。同時，采用Ac-cess2010數據庫對所采集的數據進行儲存，用戶可以方便地對作業機車的數據進行查詢，并且可以將歷史數據導出到Excel表格當中。采用Access2010數據庫的最大優點是，可以將數據庫文件直接加載的軟件的安裝包內，無需單獨安裝和配置數據庫［13］，提高了軟件的可移植性。軟件啟動后能夠自動識別計算機上可用的串口，波特率默認為9600bps［14］;在確認串口的配置正確后，點擊鏈接按鈕，上位機開始采集田間作業機車的信息;通過選擇作業車號，即可顯示所查詢車輛當前作業信息。另外，軟件支持機車編號的修改功能，用戶可以根據需要動態的添加或刪除機車編號，所有添加到系統中的機車的數據都會儲存到數據庫中。如果機車編號被刪除，上位機軟件將不再查詢與機車編號想對應機車的信息。系統界面如圖6所示。

3結論

田間作業機車定位與作業工況監測系統是針對我國國情而設計的一種集多參數于一體的便攜式田間機車定位及農田信息采集系統。其實現了田間車輛多目標監控，建立了田間作業機車數據庫和查詢系統，可方便地進行多種農業機械裝備數據的查詢、添加、刪除及保存等操作。系統可同時接收北斗定位信息和GPS定位信息，二者相互補充，采用多系統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星定位系統進行定位，有效地提高了系統的穩定性。起采用基于ZigBee技術的遠距離無線數據傳輸模塊XBee進行數據傳輸，不僅方便了信息采集，克服了現實環境的束縛，而且大大提高了系統可靠性，同時可采取自組網的方式拓展無線數據的傳輸距離。機車的位置、運行狀態、作業狀態等信息可通過無線方式，上傳到PC機進行存儲、顯示和分析。本系統將田間動態的車輛信息與農業機械裝備相結合，實現了信息的可交互性、可擴展性和通用性。在農業機械空間定位信息獲取、農田生產信息采集方面有著廣泛的應用前景。農田信息采集包括土壤墑情監測、空氣溫度、作物生長信息、病蟲害信息、土壤培肥等方面。通過農業物聯網技術，對農田環境數據進行快速、準確地采集、傳輸、控制與分析，實現農業生產的智能化管理。

作者：辛德奎黃操軍鄧婷婷梁春英單位：黑龍江八一農墾大學信息技術學院