农机作业远程监测系统的开发与设计

安鹤峰

摘要：选用BDS（北斗）与GPS双模传感器、深度传感器等传感器，基于自主开发的网络服务云平台，设计农机作业远程监测系统。介绍农机作业远程监测系统的总体结构，论述各类传感器及网络服务平台的工作流程，为提高作业质量监测水平提供参考。

关键词：远程监测；农机作业；设计；传感器；网络平台

中图分类号：S126 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0047-03

近年来，随着农机大户作业质量意识的提高，对监测深松、整地、播种、收获等作业质量和辅助农机作业的需求剧增。尤其是深松作业入土深，检测作业深度和作业面积更为困难。为此，辽宁省农业机械化研究所开发设计了农机作业远程监测系统，用现代化技术监测深度和面积等作业情况，全面提高作业监测质量和辅助农机作业水平。

1 农机作业远程监测系统总体设计

农机作业远程监测系统主要包括主控机、BDS（北斗）与GPS双模传感器、深度传感器、辅助传感器、校验传感器、视频监控器、机具识别传感器及网络服务平台等部分，其系统组成如图1所示。

2 农机作业远程监测系统设计方案

2.1 北斗/GPS传感器

采用M8N传感模块，可同步运行北斗/GPS，获取和跟踪不同的GNSS（全球导航卫星）系统，并行接收北斗和GPS，或同时接收GLONASS（俄卫星导航系统）和北斗。在卫星信号差的环境下，模块也具有很高的可靠性和准确性，在晴空郊外条件下可达到最佳定位。模块还配备了内置的智能自动切换功能，可根据卫星的可见性和可靠性自动切换操作模式，为农机作业的空间定位、作业速度、作业面积计算提供较为精准的参数和辅助。北斗/GPS传感器启动后，待工作状态稳定后进行相关数据的读取和存储，其工作流程见图2。

2.2 深度传感器

深度传感器采用高精度九轴姿态传感器，可在低功耗状态下解决軸间差问题。根据三轴陀螺、三轴加速度、三轴磁场参数准确计算深度作业状态，提供形式行驶方向角、俯仰角等姿态信息，记录作业行驶轨迹，监测深度误差小于1 cm。处理后的姿态角度信息显示在主控制器上，通过主控制器将数据发送给服务器，并在服务器上完成数据的显示和运动曲线的绘制。深度传感器工作流程见图3。

2.3 辅助传感器

辅助传感器为高频高精度的超声波传感器，与农机具相配合进行深松深度辅助监测。有效监测范围1～5 m，精度1 mm。辅助传感器通过发射超声波信号与反馈信号的时间差得到距离信号，通过高速芯片处理后转换为所需信号或电压，并进行存储，其工作流程见图4。

2.4 校验传感器

校验传感器为自行设计，针对农机作业深度进行校验，主要解决深度传感器、辅助传感器相互对接及测算问题，确保监测精度和运行可靠。

2.5 视频监测

采用高清、防抖、可夜视功能的视频监测器实时观察作业情况。前置和后置视频将影像图片发送至主控机存储，由主控机实时发送至云服务器；接收到远程指令或激活指令后，实时抓拍上传及存储。图像采集工作流程见图5。

2.6 主控机

主控机采用高速100脚核心处理器，综合性能强，支持多扩展模式，高性能低功耗。核心处理器与显示屏封装在主控机内，设置、查询、监测模式切换可在设备上完成。主控板内置存储模块，在无网络信号的状态下，也可进行数据存储和远程实时调取。同时，其能自动感知网络信号，自动上传数据至服务器。主控机接收实时图像、定位数据、深度传感器等实时数据信息后，进行计算、存储、显示、上传。

2.7 网络服务云平台

采用综合性强、快速高效、方便实用的自主开发云平台，实现数据监测、查询、分析、整理、输出打印等功能。网络服务平台采用B/S架构，可用浏览器登录。手机端提供自行开发APP应用，方便用户操作。网络服务平台接收主控机上传的数据后进行存储、分析、整理并输出报表，并发送指令至主控板端，进行相关报警提示及信息互通。网络服务云平台工作流程见图6。

3 结论

农机作业远程监测系统支持深松、翻地、播种、收获等多类型作业模式，具有定位、轨迹查询、深度监测、面积计算等功能。同时，系统智能化高，数据采集稳定准确，维护方便，能满足不同作物连续作业要求。但其作业监测算法还需优化，以加强适应更多作业的监测方式的数据统计。

参考文献

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