田间作业机车工况监测系统设计

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1、2015年9月农机化研究第9期田间作业机车工况监测系统设计辛德奎，黄操军，邓婷婷，梁春英(黑龙江八一农垦大学信息技术学院，黑龙江大庆163319)摘要:为了能够快速、准确地获取田间作业机车的现场数据，设计开发了一种集车辆定位、作业工况监测、作业面积测量和环境信息检测功能与一体的农机信息采集系统，可采用北斗和GPS组合定位方式获取机车的位置及速度等信息，并利用数据传输距离单跳可达10km的XBeePＲO无线收发模块进行组网。为此，设计并优化了硬件系统结构，使用C语言编写了相应的驱动程序。上位机软件采用C#语言进行编写，通过无线收发模块与硬

2、件系统进行远程通信，获取田间作业机车的作业工况和环境温湿度等信息，并且能够对采集的信息进行显示、存储和查询，为田间机车的智能化管理和调度提供了可靠依据。关键词:XBee;北斗;GPS;精细农业;自组网;田间作业机车中图分类号:S24;S127文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)09－0122－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.027监测系统，如图1所示。系统分为上位机和下位机两0引言部分，下位机即安装在农用机车上的信息采集监测系传统的定位调度系统主要采用GPS和GSM相结统，能够完成

3、对机车当前位置、运行状态、作业状态、［1－2］合的方式实现定位和无线通信的功能。近几年，机车所在位置的环境信息等进行采集，并通过无线模在我国卫星导航终端市场GPS产品仍然占有垄断地块上传给远端服务器;上位机由无线收发模块、协调位。出于战略方面的考虑，在某些非常时期(比如战器和PC机组成。协调器负责控制无线模块收发数争)美国可能关闭GPS卫星定位信号，如果我们的系据，当无线模块接收到下位机上传的数据时，数据通统完全依赖于GPS，势必会造成很大的损失。2012年过协调器进行解析，将信息上传给PC机;PC机中的12月，我国北斗导航系统正式对亚

4、太地区提供无源定信息采集监测软件可以显示由下位机上传的所有信位、导航、授时和短报文通信服务。我国北斗系统虽息，并可以对这些信息进行分析和存储。然已经正式运营，但系统还未构建完全，定位精度还比较低。GSM网络是最常用的现代网络之一，但人烟稀少的偏远地区等仍然存在着通信盲区;并且，采用GSM通信方式需要向移动运营商交纳使用费用。虽然我国北斗卫星导航系统具有短报文收发功能，但是报文长度受限，并且通信费用较高，不适合农业应用。图1硬件系统框图基于以上的原因，设计一种基于北斗/GPS的双模远程Fig．1Systemdiagramofhardwar

5、e无线农机信息采集系统便很有必要。2硬件设计1总体设计2．1北斗/GPS模块本文目的是设计并实现农业机车定位与作业工况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收稿日期:2014－09－02线，可同时接收BD2_B1和GPS_L1信号，具有结构紧基金项目:研究生创新科研项目(YJSCX2014－Y52);国家科技支撑计划项目子项目(MW－2013－SJ011);黑龙江省教育厅科凑、功耗低、定位精度高等优点。根据用户需求G－学计划项目(12521373)Mouse可提供ＲS－232接口

6、或USB接口，在本设计中作者简介:辛德奎(1987－)，男，黑龙江鸡西人，硕士研究生，(E－采用ＲS－232接口。mail)373448207@qq．com。通讯作者:黄操军(1966－)，男，重庆忠县人，教授，硕士生导师，(E－北斗/GPS双系统组合定位的原理与GPS单系统mail)huangcaojun@163．com。定位原理基本相同，不同之处在于北斗系统的导航电·122·2015年9月农机化研究第9期［3］文采用CGS2000坐标系，系统时采用BDT。GPS系2．3XBee无线数传模块统采用WGS－84坐标系和GPST。因此，在

7、进行定位XBee是一种远距离低功耗的数传模块。其内置［8］解算之前需要将两个系统的坐标系和系统时进行统了ZigBee协议，支持低成本、低功耗的应用需求，模一。由于两个坐标系只有椭球扁率f值存在微小差块只需要很小的发射功率，便可以提供远程设备之间异，在赤道上只引起毫米级误差，可以认为CGCS2000可靠的数据传输。无线通信采用直序扩频(DSSS)技［4］［9］坐标系和WGS84坐标系是相容的。另外，当两个术，16路直接序列频道可通过软件进行选择，且单系统的可见卫星数多于4颗时，伪距方程组的数量不个序列频道可容纳超过65000个设备，数据传

8、输速率［5］［10］少于未知数的数量，能够完成定位解算。只有当双最高可达250kbps。XBee模块应用电路设计如图4系统可见卫星数为4时需要获取两个系统的钟差，从所示。而减少一个未知数，完成定位解算，这个