移動(dòng)噴灑系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)論文

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1.方案設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由田間作業(yè)平臺(tái)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成。田間作業(yè)平臺(tái)主要包括移動(dòng)平臺(tái)、ARM控制器、溫濕度傳感器、速度傳感器、超聲波傳感器、電磁閥執(zhí)行器、GPS定位模塊、GPRS無(wú)線傳輸模塊等。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括終端服務(wù)器及監(jiān)控軟件。

1．2移動(dòng)噴灑平臺(tái)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選定了ARM公司的STM32F103作為主要的控制器，其具有片內(nèi)資源多，處理速度快等優(yōu)點(diǎn)。同一作物長(zhǎng)勢(shì)的好壞可以很大程度上從作物的生長(zhǎng)高度來(lái)反應(yīng)。因此，本系統(tǒng)選擇了低廉、穩(wěn)定的超聲波傳感器在行進(jìn)條件下測(cè)量地面作物的高度作為長(zhǎng)勢(shì)信息的輸入量。生長(zhǎng)高度信息配合上作業(yè)平臺(tái)的移動(dòng)速度，在控制器的綜合分析處理下，計(jì)算得出當(dāng)前點(diǎn)應(yīng)噴灑的液體總量。控制器將噴灑量這一計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)通過(guò)I/O口輸出到執(zhí)行單元，即電磁閥，以實(shí)現(xiàn)智能化的變量噴灑功能。GPS定位模塊的引入可以給測(cè)量及執(zhí)行數(shù)據(jù)提供位置信息，準(zhǔn)確記錄田間作物長(zhǎng)勢(shì)及噴水情況的分布信息；且為后續(xù)自動(dòng)行駛提供必要的技術(shù)支持。GPRS無(wú)線傳輸模塊選取了SIM900A，該模塊內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透?jìng)鳎瑢⑻镩g作業(yè)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程終端上位機(jī)，方便管理者實(shí)時(shí)查看、保存數(shù)據(jù)，并可在控制室進(jìn)行協(xié)調(diào)、指揮。

1．3上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心的任務(wù)一是接收GPRS發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，二是建立友好的人際交互界面，三是將數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)，以便可以從其他終端進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)。因此，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為三個(gè)模塊：數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、人機(jī)交互界面模塊和web網(wǎng)絡(luò)模塊。本設(shè)計(jì)中的監(jiān)控端程序使用了VisualStudio.NET2012(C#)來(lái)編寫(xiě)。C#是專(zhuān)門(mén)為.NET應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的一種語(yǔ)言，其很好地繼承了C與C++的Winsock與數(shù)據(jù)庫(kù)操作功能，可以將本設(shè)計(jì)中上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各部分程序融合到一個(gè)程序中。本設(shè)計(jì)使用了中國(guó)移動(dòng)公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)，其為數(shù)據(jù)傳輸提供了物理層和IP層的連接，傳輸層有TCP和UDP協(xié)議兩種方式。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，本設(shè)計(jì)采用TCP協(xié)議的連接。服務(wù)器首先創(chuàng)建一個(gè)用于偵聽(tīng)的套接字，調(diào)用Listen()函數(shù)使它處于偵聽(tīng)狀態(tài)。客戶(hù)端在創(chuàng)建套接字完畢后，調(diào)用Connect()函數(shù)，請(qǐng)求與服務(wù)器套接字連接；服務(wù)器套接字在收到客戶(hù)端的連接請(qǐng)求后，調(diào)用Accept()函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)用于連接的套接字。應(yīng)用該套接字和客戶(hù)端上的連接套接字，用戶(hù)就能實(shí)現(xiàn)在服務(wù)器和客戶(hù)端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即可通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端訪問(wèn)服務(wù)器，完成對(duì)田間作業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢(xún)、信息管理、發(fā)送控制指令等操作，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式智能化液體變量噴灑系統(tǒng)的遠(yuǎn)程測(cè)控。人機(jī)界面為監(jiān)控中心管理員提供一個(gè)友好的監(jiān)視與控制的界面，是監(jiān)控中心的一個(gè)重要的組成部分。其要實(shí)現(xiàn)的主要功能為：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的顯示、查詢(xún)以及對(duì)移動(dòng)測(cè)量平臺(tái)的遠(yuǎn)程控制等。網(wǎng)絡(luò)程序?yàn)锳SP.NET文件，Internet網(wǎng)上的任一用戶(hù)通過(guò)瀏覽器打開(kāi)時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用最新更新的數(shù)據(jù)源，以保證用戶(hù)查詢(xún)到最新數(shù)據(jù)。

2．結(jié)論

本課題立足農(nóng)業(yè)機(jī)械化、信息化、智能化等方面的迫切需求，為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的變量施肥或灌溉，提出了一套智能化液體變量噴灑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)通過(guò)搭建一個(gè)移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)，以行進(jìn)中的地面作物高度作為實(shí)時(shí)輸入量，配合平臺(tái)的移動(dòng)速度，在控制器中計(jì)算得出相應(yīng)的噴灑量及時(shí)間點(diǎn)，并轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)控制電磁閥的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)智能化變量噴灑功能。另外，系統(tǒng)方案中還集成了GPRS模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)將采集的原始數(shù)據(jù)、處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，并在上位機(jī)終端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的顯示、存檔等功能。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，成本低，適合農(nóng)田推廣。

作者：李修華 王萌 張四維 梁瀟 單位：廣西大學(xué)