摘要:隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、智能化發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，插秧機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)人工插秧存在的作業(yè)強(qiáng)度大、插秧速度慢、秧苗質(zhì)量差等諸多問(wèn)題，具有作業(yè)效率高、秧苗質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)插秧機(jī)的作業(yè)控制仍然需要人工干預(yù)，控制精度低，且在使用過(guò)程中故障率高。針對(duì)以上問(wèn)題，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成了插秧機(jī)作業(yè)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，分析了GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的框架結(jié)構(gòu)，對(duì)插秧機(jī)的機(jī)載終端總體方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)載終端的硬件模塊進(jìn)行選型和電路原理設(shè)計(jì)，并完成了智能插秧機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸通信測(cè)試和功能測(cè)試。結(jié)果表明:基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能插秧機(jī)性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)插秧作業(yè)的精準(zhǔn)遠(yuǎn)程控制，同時(shí)可以監(jiān)控整個(gè)作業(yè)過(guò)程，及時(shí)對(duì)插秧機(jī)的故障進(jìn)行反饋報(bào)警，具有一定的推廣價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞:插秧機(jī);計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);GPRS;監(jiān)控

　　0引言

　　隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)程度越來(lái)越高。插秧作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的環(huán)節(jié)，插秧質(zhì)量的直接影響農(nóng)民的收入。傳統(tǒng)的插秧作業(yè)主要依靠人工完成，作業(yè)強(qiáng)度大，插秧效率低，且秧苗質(zhì)量參差不齊，亟需引進(jìn)先進(jìn)的插秧技術(shù)，改變傳統(tǒng)的插秧作業(yè)模式。傳統(tǒng)的插秧機(jī)需要人工操作，手動(dòng)完成各類控制指令的操作，且由于缺乏對(duì)插秧機(jī)作業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，插秧機(jī)工作狀況很難掌控，在使用過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題和故障。

　　由于無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確找出故障原因和排查故障，因此嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。為進(jìn)一步改善作業(yè)人員的工作環(huán)境，緩解工作壓力，提高插秧效率和秧苗質(zhì)量，同時(shí)做到插秧過(guò)程的全過(guò)程監(jiān)控，設(shè)計(jì)了基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能插秧機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成插秧機(jī)機(jī)載終端與操作終端、后臺(tái)服務(wù)器終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)插秧機(jī)的遠(yuǎn)程控制和運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控，做到對(duì)插秧機(jī)作業(yè)全過(guò)程的精準(zhǔn)控制。

　　1總體方案設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)插秧機(jī)只能通過(guò)人工操作完成相應(yīng)指令的下達(dá)和手動(dòng)控制，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的插秧機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)插秧過(guò)程的全過(guò)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，便于作業(yè)人員實(shí)時(shí)掌握插秧機(jī)的工作狀態(tài)。插秧機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能包括:1)能夠完成插秧機(jī)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，隨時(shí)獲取插秧機(jī)各執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行情況;2)能夠完成插秧機(jī)的遠(yuǎn)程控制，通過(guò)操作終端傳輸控制指令，完成對(duì)相應(yīng)執(zhí)行設(shè)備的遠(yuǎn)程控制;3)能夠完成插秧機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將采集的運(yùn)行參數(shù)、控制指令和用戶信息等數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在后臺(tái)服務(wù)器中。

　　4)能夠?qū)崿F(xiàn)插秧機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)插秧機(jī)、操作終端、后臺(tái)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換;5)能夠完成插秧機(jī)運(yùn)行參數(shù)歷史數(shù)據(jù)的查詢，生成各類變化曲線，便于數(shù)據(jù)分析和處理;6)能夠?qū)崿F(xiàn)插秧機(jī)故障的預(yù)警，當(dāng)插秧機(jī)發(fā)生故障時(shí)，插秧機(jī)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)故障，并將故障信息傳輸至操作終端，便于作業(yè)人員隨時(shí)掌握故障信息。插秧機(jī)作業(yè)控制系統(tǒng)主要包括插秧機(jī)機(jī)載終端系統(tǒng)、操作終端系統(tǒng)和后臺(tái)服務(wù)器終端系統(tǒng)。

　　機(jī)載終端系統(tǒng)為整個(gè)作業(yè)控制系統(tǒng)的核心，用于完成插秧機(jī)各類運(yùn)行參數(shù)的采集、具體控制指令的執(zhí)行以及各類數(shù)據(jù)的分析計(jì)算。操作終端系統(tǒng)有兩種形式，即固定工作站和手持終端。固定工作站設(shè)置在農(nóng)場(chǎng)管理站中，便于作業(yè)人員控制;手持終端使用場(chǎng)所較為廣泛，可以在農(nóng)場(chǎng)任意區(qū)域進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)插秧機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。后臺(tái)服務(wù)器終端系統(tǒng)主要為數(shù)據(jù)處理中心，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、調(diào)取和遠(yuǎn)程分享。機(jī)載終端系統(tǒng)、操作終端系統(tǒng)和后臺(tái)服務(wù)器終端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成的，采用的網(wǎng)絡(luò)類型為GPRS網(wǎng)絡(luò)，在農(nóng)場(chǎng)的適當(dāng)區(qū)域架設(shè)通信基站，并保證通信網(wǎng)絡(luò)的暢聯(lián)。

　　2通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　由插秧機(jī)作業(yè)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案可知，機(jī)載終端系統(tǒng)、操作終端系統(tǒng)和后臺(tái)服務(wù)器終端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸是關(guān)鍵，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性決定插秧機(jī)作業(yè)控制系統(tǒng)控制精度。因此，深入分析了計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)GPRS技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)在各分系統(tǒng)之間傳輸?shù)穆窂胶蛡鬏斄鞒踢M(jìn)行優(yōu)化，便于在數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)及時(shí)查找問(wèn)題并解決問(wèn)題。GPRS網(wǎng)絡(luò)是以GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，搭載其他類型的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體(包括GSN、PCU等)，為客戶提供不同類型的無(wú)線IP連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等，從而完成不同分組數(shù)據(jù)的傳輸。

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)主體包括用戶終端設(shè)備、基站首發(fā)信臺(tái)(BTS)、基站控制器(BSC)和分組控制單元(PCU)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)包括分組交換業(yè)務(wù)和電路交換業(yè)務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)的傳輸、RS232/485串口通信與GPRS網(wǎng)絡(luò)通信之間的通信轉(zhuǎn)換等功能。

　　3機(jī)載終端硬件總體設(shè)計(jì)

　　機(jī)載終端系統(tǒng)為插秧機(jī)作業(yè)控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、分析、計(jì)算和處理。插秧機(jī)機(jī)載終端主要由處理器、GPRS模塊、GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和攝像頭組成。處理器為機(jī)載終端最重要的部件，用于接收數(shù)據(jù)采集卡采集的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)計(jì)算分析處理后再下達(dá)至各執(zhí)行設(shè)備，完成相應(yīng)的控制。

　　GPRS模塊為機(jī)載終端與操作終端系統(tǒng)、后臺(tái)服務(wù)器終端系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉屑~，用于完成數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)信息的交換。數(shù)據(jù)采集卡與傳感器檢測(cè)模塊連接，用于實(shí)時(shí)接收傳感器采集的各類參數(shù)，同時(shí)數(shù)據(jù)采集卡的輸出端口還可以輸出各類控制信號(hào)，包括機(jī)載設(shè)置、斷油和轉(zhuǎn)向控制等。

　　4車載終端硬件設(shè)計(jì)

　　4.1傳感器模塊設(shè)計(jì)

　　傳感器模塊主要用于獲取插秧機(jī)各類運(yùn)行參數(shù)和工況信息，包括速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器和油溫傳感器等，用于完成插秧機(jī)行進(jìn)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及前輪轉(zhuǎn)速的采集。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采用的是CSP38B/6增量式編碼器，可以產(chǎn)生A、B、Z等3路信號(hào)。當(dāng)A、B兩路信號(hào)正交時(shí)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度，即可換算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　4.2圖像采集模塊設(shè)計(jì)

　　由于插秧機(jī)具有監(jiān)控秧苗質(zhì)量的功能，因此在插秧機(jī)機(jī)載終端系統(tǒng)中安裝有攝像頭，用于完成秧苗種植圖像的采集。采用的攝像頭為工業(yè)攝像頭，型號(hào)為MV-EM120C。該攝像頭采用的是CCD感光元件，可以實(shí)現(xiàn)圖像的定時(shí)采集。相機(jī)內(nèi)部包含兩個(gè)接口，即千兆網(wǎng)GigE接口和電源與觸發(fā)線接口。千兆網(wǎng)GigE接口為圖像輸出和信號(hào)輸入端口，用于完成采集圖像的輸出和控制信號(hào)的輸入。同時(shí)還提供了應(yīng)用接口庫(kù)，可以通過(guò)調(diào)用庫(kù)函數(shù)來(lái)完成攝像頭其他指定功能。

　　4.3GPRS通信模塊設(shè)計(jì)

　　GPRS通信模塊是插秧機(jī)機(jī)載終端與操作終端系統(tǒng)和后臺(tái)服務(wù)器終端系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉屑~，選用的GPRS模塊為WG-8010模塊，通過(guò)RS232接口實(shí)現(xiàn)與機(jī)載終端處理器之間的連接，通過(guò)接收GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。

　　5GPRS通信測(cè)試

　　插秧機(jī)機(jī)載終端與其他終端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，因此GPRS網(wǎng)絡(luò)通信的準(zhǔn)確性十分重要。在后臺(tái)服務(wù)器終端上安裝網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手，負(fù)責(zé)為GPRS模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，在機(jī)載終端上安裝串口調(diào)試助手，并連接好GPRS模塊，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)。

　　6結(jié)論

　　為解決傳統(tǒng)插秧機(jī)插秧質(zhì)量差、作業(yè)效率低、過(guò)程監(jiān)控難等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的插秧機(jī)作業(yè)控制系統(tǒng)，對(duì)該作業(yè)控制系統(tǒng)總體方案進(jìn)行研究，完成了GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和插秧機(jī)機(jī)載終端硬件系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，并對(duì)插秧機(jī)機(jī)載終端中傳感器模塊、圖像采集模塊以及GPRS模塊進(jìn)行硬件選型和電路原理設(shè)計(jì)。完成了GPRS模塊的通信測(cè)試，結(jié)果表明:基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的插秧機(jī)作業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確度高，系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)插秧機(jī)作業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，并可將插秧機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至后臺(tái)服務(wù)器中，便于實(shí)時(shí)調(diào)用和查看。

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　　作者：舍樂(lè)莫

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