大马力精播机的田间无线调度系统设计

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1、大马力精播机的田间无线调度系统设计　　引言　　目前，全国大中型农场已基本实现农业机械化。以黑龙江垦区为例，垦区现有9个农场管理局、113个国有农牧场，农业机械总动力近600万kCU1的P3．4，采样控制器对频率信号进行处理、计算，获得转轴转速信息与种肥信息。　　采样控制器输出设计为SDI－12接口，与主控制器相连。光电阵列进入MCU2的P1．7、P1．6、P1．5引脚进行采样，判断导种管与肥管的堵塞状态，并将之通过SDI－12接口传送给主控制器。　　1．2作业速度与作业面积测量　　为提高系统测量精度，采用双轮监测法测量作业速度，进而计算机车行走距离;将作业幅宽乘以行进距离，计算作

2、业面积。采用多传感器融合技术(即作业速度采用光电编码器)与GPS联合测量。光电编码器测量驱动轮转速与地轮转速。机车行驶过程中，存在地轮空转、驱动轮与地轮打滑现象。单一测量地轮与驱动轮不能精确获得机车速度，与GPS定位传感器联合测量，采用多传感器融合方法，可获得精准作业的速度与位置信息。设置数据融合控制器，光电编码器将地轮/驱动轮角位移转换为电脉冲，进入单片机控制器统计脉冲个数，初步获得机车行驶速度。　　GPS信号以定位为主，采样频率为1s，田间机车行驶速度3～11km/h(约0．83～3．05m/s)，通过测量地轮/驱动轮转动周数，得到机车速度。对GPS速度信息与两个光电编码器获

3、得的地轮与驱动轮转速进行数据融合，进而获得机车作业速度。　　在没有打滑与空转发生时，联合GPS测量值，获得精准机车速度。地轮与驱动轮打滑情况下机车作业速度为0;地轮空转情况下，即使作业机前行，但作业为无效作业，短时间空转不做处理，只需存储打滑时间，从而计算作业质量。长时间空转则需报警，在有打滑或空转发生时，判断空转与打滑是机车作业速度精准测量的关键。2BJM－7型驱动轮与地轮的转速比为周长比，考虑测量误差，约为4:1，小于此值的转速比认为有地轮空转发生;在3s时间内GPS数据无变化，同时ATS665传感器有测量值，则认为地轮或驱动轮在打滑。3个传感器采用串并联数据融合结构进行表决

4、，传感器输出与一个融合逻辑器相连，该融合逻辑器事先结合了各传感器的先验知识。表决算法基于布尔代数，GPS传感器信任级别最高，驱动轮转速传感器次之，地轮转速传感器最低，如表1所示。【表1】　　　　系统的检测率为【公式】　　　　B、C的信任级别为x(x=1，2，3)的检测率;对应的Pfa(Ax)、Pfa(Bx)、Pfa(Cx)为虚警率。经计算，系统的检测率为0．84，虚警率为9．910－7，小于10－6，与单个传感器相比，提高了测量的准确度，降低了测量误差。上述数据融合过程在融合控制器中完成。　　1．3射频导纳原理的机车油耗传感器bit/s，传输距离可达几公里。作业机单个节点连接方式

5、见图2所示。【图2】　　　　图2中，AT89S52为核心控制器，接收来自SDI－12接口的采集数据，将其通过RS485串行口与UT620连接;UT620为数据转换器，将ＲS485的串行数据形式转换为EngeniusX桥所用的ＲJ45的X络数据格式;POE电源为X桥供电。所有电源均为直流形式，不超过12V，采用机载电平供电。　　作业机终端数据通过无线X传输给控制室内调度机。X络主要构成包括无线链路链接路由器和终端设备，X络中的任何无线设备及节点都可以同时作为AP和路由器，每个节点都可以发送和接收数据，与一个或者多个对等节点进行直接通信。设置节点以1km为有效距离，每个节点布置在边长

6、为1km的正六边形中心，保证作业机工作中移动到任何位置均在X络内。每个节点具有收集数据功能，又具有路由功能，由两个EngeniusX桥构成:一个用于对多个车载终端信号的接收，设置为AP方式;另一个用于数据路由器，工作于WDS－Brigde形式。田间固定X络节点布置及X络拓扑图如图3所示。图3中未画出所有路由方式。控制室终端收集所有田间固定点信息，为WDS－Brigde形式，设置智能天线，扩大其覆盖范围。【图3】　　　　3上位机调度管理　　田间作业机群无线调度系统上位机采用的Delphi语言进行系统的软件设计，主要包括作业机群实时监控界面、播种机信息管理界面、播种机工作状态界面、工

7、作区块管理界面及播种机调度管理界面。调度系统部署说明如下:　　1)作业机群车载主控终端采用无线X桥的无线X络实现和调度室的数据传输，即时将机群所处位置把GPS定位数据及工作状态，通过无线X络报送到X站数据接收服务器。　　2)调度室通过远程调度软件监控机群中每个播种机的工作状态，包括是否工作完成、完成了多少、作业速度、油耗、机械的工作状态等信息。　　3)农业机械到达作业地点之后将完成所指派作业任务，之后将作业完毕信息通过无线X络发送到调度指挥中心。　　4)调度中心获得播种机的详细地