基于嵌入式計(jì)算機(jī)的氣吸式免耕玉米播種機(jī)智能監(jiān)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械智能監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣吸式免耕玉米播種 機(jī)智能監(jiān)控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)玉米總產(chǎn)量居世界第2位，玉米播種連續(xù)田間作業(yè)面積大，特別適合大馬力 玉米精播機(jī)械作業(yè)，并已成為實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)使用的玉米精播機(jī)大多數(shù)是 機(jī)械式和氣力式的，播種作業(yè)過程是全封閉的，一旦播種過程出現(xiàn)"斷條"漏播、漏施現(xiàn)象， 僅憑人的視聽無法直接連續(xù)監(jiān)測(cè)，尤其對(duì)播種、施肥作業(yè)使用的免耕玉米播種機(jī)來說，由于 作業(yè)地表秸桿覆蓋，環(huán)境條件比精播機(jī)工作時(shí)更加惡劣，會(huì)頻繁發(fā)生一行或數(shù)行"斷條"漏 播、漏施現(xiàn)象。據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)年平均漏播率為1%，接近于日本的總耕種面 積。隨著電子信息技術(shù)和播種技術(shù)的發(fā)展，玉米播種技術(shù)在工作效率和智能化水平也有了 新的發(fā)展空間。國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者依據(jù)單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域控制監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)勢(shì)，不斷將 此技術(shù)應(yīng)用到播種、施肥作業(yè)，再加上播種自動(dòng)漏播補(bǔ)種系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，解決了玉米精播機(jī)在 播種、施肥作業(yè)時(shí)出現(xiàn)"斷條"漏播、漏施及用戶對(duì)施肥量不能控制的問題。同時(shí)，由于玉米 精播機(jī)采用先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)，將大大減少種肥的使用量，提高種肥的利用率，也從一定程度 上減少過量使用化肥而造成的環(huán)境污染。
[0003] 在最初設(shè)計(jì)玉米播種機(jī)監(jiān)控裝置時(shí)，考慮采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能強(qiáng)、成本低、體 積小，下位機(jī)選用15片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)12個(gè)種箱、12根種管、3個(gè)肥箱和12根肥管的監(jiān)控，上 位機(jī)用嵌入式工控機(jī)實(shí)現(xiàn)種肥計(jì)量、報(bào)警等顯示功能，通過CAN總線完成上位機(jī)與下位機(jī) 之間的通信。經(jīng)田間使用發(fā)現(xiàn)，15片單片機(jī)供電接線多，再加上有線通信，布線復(fù)雜，安放位 置不容易確定，供電接線多，尤其在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)工作是通過輪詢的方式采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn) 的信息，程序運(yùn)行時(shí)間多處使用延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間決定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息能否被采集到。比 如，同樣的報(bào)警程序在第15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)正常報(bào)警，而在第1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)不報(bào)警的現(xiàn)象，可 靠性差，反應(yīng)速度慢、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，容易出現(xiàn)系統(tǒng)故障，從而影響實(shí)時(shí)監(jiān)控的性能。另外，為 了提高大型玉米播種機(jī)作業(yè)質(zhì)量，依據(jù)實(shí)際田間播種作業(yè)所需，還應(yīng)增加耕深、播深及玉米 播種機(jī)械性能參數(shù)監(jiān)控，單片機(jī)數(shù)量會(huì)成倍增加，輪詢檢測(cè)的時(shí)間更不易控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的問題，研制了一種基于嵌入式計(jì) 算機(jī)的氣吸式免耕玉米播種機(jī)智能監(jiān)控裝置。
[0005] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)解決方案是：基于嵌入式計(jì)算機(jī)的氣吸式免耕玉米播種機(jī) 智能監(jiān)控裝置，其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為上位機(jī)硬件和下位機(jī)硬件兩部分：
[0006] (1)上位機(jī)硬件安裝在玉米播種機(jī)駕駛室內(nèi)，上位機(jī)硬件部分由嵌入式工控機(jī)、 GPS模塊和兩個(gè)無線通訊模塊組成，上位機(jī)硬件是整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)提供系統(tǒng)用戶界 面，發(fā)送和接收各種信號(hào)，顯示玉米播種機(jī)所在的經(jīng)度、煒度、機(jī)車行進(jìn)方向和速度；根據(jù)用 戶給定的值自動(dòng)調(diào)整施肥量；實(shí)現(xiàn)播種量和施肥量計(jì)算和顯示，實(shí)現(xiàn)種肥箱排空、種肥管空 堵情況報(bào)警。
[0007] (2)下位機(jī)硬件安裝在玉米播種機(jī)側(cè)面自制的封閉控制箱內(nèi)，下位機(jī)硬件部分包 括由IntelPXA270芯片和CPLD擴(kuò)展電路構(gòu)成的智能控制及處理模塊、數(shù)據(jù)釆集模塊、步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊及無線通訊模塊，智能控制及處理模塊控制數(shù)據(jù)釆集模塊釆 集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)完畢后，智能控制及處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算及智能分析處理，并將智能分析處理結(jié)果輸出至智能控制模塊，并將處理 后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊傳送到上位機(jī)，下位機(jī)硬件負(fù)責(zé)完成玉米播種機(jī)模擬信號(hào)和數(shù) 字信號(hào)采集，并依據(jù)監(jiān)測(cè)的種箱排空、種管空堵情況自動(dòng)實(shí)現(xiàn)漏播補(bǔ)種，并通過下位機(jī)軟件 的無線通訊模塊將監(jiān)控分析處理結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)監(jiān)控中心。
[0008] 本實(shí)用新型的技術(shù)效果是：該裝置將傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)應(yīng) 用到現(xiàn)代玉米播種、施肥作業(yè)過程中，采用PXA270+CPLD+IPC(先進(jìn)RISC處理器+復(fù)雜可 編程邏輯器件+嵌入式工控機(jī)）的體系結(jié)構(gòu)及無線通訊傳輸方式，集數(shù)據(jù)采集、計(jì)量、報(bào)警、 控制及通信功能于一體。此裝置數(shù)據(jù)采集部分全部由一片CPLD處理器控制，保證各監(jiān)測(cè)點(diǎn) 數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)、高效；控制部分全部由一片PXA270處理器實(shí)現(xiàn)，保證控制過程的實(shí)時(shí)、準(zhǔn) 確，增加監(jiān)控點(diǎn)容易，可擴(kuò)展性強(qiáng)，出現(xiàn)故障檢修方便；整個(gè)裝置占用空間小，可安放在玉米 播種機(jī)側(cè)面自制的封閉控制箱內(nèi)，避免田間潮濕、灰塵等環(huán)境因素影響；更主要的是本裝置 是基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（WindowsCE)系統(tǒng)環(huán)境，采用C++語言編程，PXA270處理程序 通過線程管理整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件資源，提高系統(tǒng)資源的使用效率，不會(huì)再出現(xiàn)輪詢檢測(cè)不 報(bào)警的問題，運(yùn)行穩(wěn)定。另外，在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了解決玉米播種機(jī)開始作業(yè)時(shí)，由于種 子和化肥到達(dá)檢測(cè)位置需要一定時(shí)間，雖然很短，但會(huì)出現(xiàn)種肥管空?qǐng)?bào)警，在上位機(jī)系統(tǒng)用 戶界面添加一個(gè)"啟動(dòng)報(bào)警"按鈕。
[0009] 本研究提出了一種基于嵌入式計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控玉米播種、施肥作業(yè)情況的裝 置，并結(jié)合北方寒地氣吸式免耕玉米播種施肥的實(shí)際田間作業(yè)情況，開發(fā)一套安裝方便、準(zhǔn) 確度高、反應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，體積小，運(yùn)行穩(wěn)定、易維護(hù)、可擴(kuò)展、抗污染的氣吸式免耕玉 米播種機(jī)智能監(jiān)控裝置。
【附圖說明】
[0010] 圖1系統(tǒng)下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)方框圖；
[0011] 圖2系統(tǒng)上位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)方框圖；
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述：
[0013] 1.系統(tǒng)硬件組成
[0014] 本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)安裝在玉米播種機(jī)駕駛室 內(nèi)，包括嵌入式工控機(jī)、GPS模塊和兩個(gè)無線通訊模塊；下位機(jī)安裝在玉米播種機(jī)側(cè)面自制 的控制箱內(nèi)。下位機(jī)電路板長(zhǎng)為15cm，寬為10cm，包括智能控制及處理模塊、數(shù)據(jù)釆集模 塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、無線通訊模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。其硬件結(jié)構(gòu)方框圖如圖1(下位機(jī))、 圖2 (上位機(jī)）所示。各模塊【具體實(shí)施方式】如下：
[0015] 1. 1嵌入式工控機(jī)
[0016]DW-101TPC-B3嵌入式工控機(jī)為12V直流輸入，整機(jī)功耗約20W，機(jī)器預(yù)裝Winows XP，穩(wěn)定性好，可長(zhǎng)時(shí)間開機(jī)工作。
[0017] (1)安裝：上位機(jī)安裝在玉米播種機(jī)駕駛室內(nèi)。
[0018] (2)作用：提供系統(tǒng)用戶界面，發(fā)送和接收各種信號(hào)指令，實(shí)現(xiàn)排種器播種量和排 肥軸施肥量計(jì)算，用戶通過上位機(jī)自動(dòng)調(diào)整所需施肥量；
[0019] 1. 2GPS模塊
[0020] 本系統(tǒng)選用GPS接收器GS-216 (MT3339)，它是一款完全外置式GPS接收器，使用 非常方便。
[0021] (1)接口信號(hào)連接：GS-216接收器通過USB接口與DW-101TPC-B3嵌入式工控機(jī)連 接。
[0022] (2)作用：負(fù)責(zé)獲取玉米播種機(jī)所在的經(jīng)度、煒度、機(jī)車行進(jìn)方向和速度。
[0023] 1. 3無線通訊模塊
[0024]XL4432 -D01無線通訊模塊是一塊體積小巧的、低功耗的完整無線收發(fā)模塊。
[0025] (1)接口信號(hào)連接：上位機(jī)的無線通訊模塊通過USB接口與DW-101TPC-B3嵌入式 工控機(jī)連接；下位機(jī)的無線通訊模塊通過串口與PXA270處理器連接。
[0026] (2)作用：通過上位機(jī)通訊模塊和下位機(jī)通訊模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制命令發(fā)