田间作业机车工况监测范文

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1硬件设计

1．1北斗/GPS模块卫星信号接收机采用和芯星通公司生产的北斗/GPS双模接收机G－Mouse，其集成了卫星接收机和天线，可同时接收BD2_B1和GPS_L1信号，具有结构紧凑、功耗低、定位精度高等优点。根据用户需求G－Mouse可提供RS－232接口或USB接口，在本设计中采用RS－232接口。北斗/GPS双系统组合定位的原理与GPS单系统定位原理基本相同，不同之处在于北斗系统的导航电文采用CGS2000坐标系，系统时采用BDT［3］。GPS系统采用WGS－84坐标系和GPST。因此，在进行定位解算之前需要将两个系统的坐标系和系统时进行统一。由于两个坐标系只有椭球扁率f值存在微小差异，在赤道上只引起毫米级误差，可以认为CGCS2000坐标系和WGS84坐标系是相容的［4］。另外，当两个系统的可见卫星数多于4颗时，伪距方程组的数量不少于未知数的数量，能够完成定位解算［5］。只有当双系统可见卫星数为4时需要获取两个系统的钟差，从而减少一个未知数，完成定位解算，这个差值可通过解析北斗－2的导航电文获取［6］。通过以上转换就可将两个系统的参数统一到定位方程组中，进而求解出接收机的精确位置。G－Mouse应用电路如图2所示。

1．2串口通信模块由于微处理器采用TTL电平，而BD/GPS模块输出的信号为RS－232电平，并且由于硬件系统需要与PC机连接，进行系统调试和数据传输等，因此硬件系统设计了两个COM口:COM1用于连接BD/GPS接收机，接收卫星定位数据;COM2可通过串口线与PC机连接，进行系统调试和数据传输。采用MAX232芯片进行电平转换，芯片采用+5V单电源供电，通过外界几个0．1μF的电容就可以完成TTL电平与RS－232电平的相互转换［7］。双COM口电平转换电路如图3所示。

1．3XBee无线数传模块XBee是一种远距离低功耗的数传模块。其内置了ZigBee协议［8］，支持低成本、低功耗的应用需求，模块只需要很小的发射功率，便可以提供远程设备之间可靠的数据传输。无线通信采用直序扩频(DSSS)技术［9］，16路直接序列频道可通过软件进行选择，且单个序列频道可容纳超过65000个设备，数据传输速率最高可达250kbps［10］。XBee模块应用电路设计如图4所示。XBeePRO模块有两种传输模式:API模式和透传模式［11］。在本设计中XBeePRO模块采用透传模式，利用AT命令设置参数，设置格式如下:ATASCII码命令空格参数(可选)＜CR＞例如，ATDL11F＜CR＞。在各终端参数设置中，先输入+++，返回OK后成功进入AT命令模式，然后通过ATDNNI＜CR＞来更改发送数据的目标地址，等待返回OK后命令设置成功，然后再通过命令ATCN＜CR＞退出AT命令设置模式。入网流程如图5所示。无线网络节点网络设置相关代码如下。

2上位机软件设计

田间作业机车工况监测系统上位机软件采用C#语言进行开发，开发平台采用MicrosoftVisualStudio2008［12］。上位机软件能够显示由下位机上传的田间作业机车的地理位置、行进状态、作业工况，以及作业机车工作位置的环境温湿度等。同时，采用Ac-cess2010数据库对所采集的数据进行储存，用户可以方便地对作业机车的数据进行查询，并且可以将历史数据导出到Excel表格当中。采用Access2010数据库的最大优点是，可以将数据库文件直接加载的软件的安装包内，无需单独安装和配置数据库［13］，提高了软件的可移植性。软件启动后能够自动识别计算机上可用的串口，波特率默认为9600bps［14］;在确认串口的配置正确后，点击链接按钮，上位机开始采集田间作业机车的信息;通过选择作业车号，即可显示所查询车辆当前作业信息。另外，软件支持机车编号的修改功能，用户可以根据需要动态的添加或删除机车编号，所有添加到系统中的机车的数据都会储存到数据库中。如果机车编号被删除，上位机软件将不再查询与机车编号想对应机车的信息。系统界面如图6所示。

3结论

田间作业机车定位与作业工况监测系统是针对我国国情而设计的一种集多参数于一体的便携式田间机车定位及农田信息采集系统。其实现了田间车辆多目标监控，建立了田间作业机车数据库和查询系统，可方便地进行多种农业机械装备数据的查询、添加、删除及保存等操作。系统可同时接收北斗定位信息和GPS定位信息，二者相互补充，采用多系统组合定位的方式提高了定位精度，并且在没有GPS定位信息的情况下可以使用北斗卫星定位系统进行定位，有效地提高了系统的稳定性。起采用基于ZigBee技术的远距离无线数据传输模块XBee进行数据传输，不仅方便了信息采集，克服了现实环境的束缚，而且大大提高了系统可靠性，同时可采取自组网的方式拓展无线数据的传输距离。机车的位置、运行状态、作业状态等信息可通过无线方式，上传到PC机进行存储、显示和分析。本系统将田间动态的车辆信息与农业机械装备相结合，实现了信息的可交互性、可扩展性和通用性。在农业机械空间定位信息获取、农田生产信息采集方面有着广泛的应用前景。农田信息采集包括土壤墒情监测、空气温度、作物生长信息、病虫害信息、土壤培肥等方面。通过农业物联网技术，对农田环境数据进行快速、准确地采集、传输、控制与分析，实现农业生产的智能化管理。

作者：辛德奎黄操军邓婷婷梁春英单位：黑龙江八一农垦大学信息技术学院