鄧玲黎,沈 侃

(蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院,江蘇 蘇州 215012)

0 引言

農業(yè)的發(fā)展關系到人民和國家的利益,農業(yè)機械的發(fā)展對于農業(yè)生產尤為關鍵[1-2]。隨著信息時代的發(fā)展,智能控制技術和信息技術的不斷創(chuàng)新,農業(yè)機械的發(fā)展和使用逐漸實現(xiàn)自動化,農業(yè)機械的自動控制技術擁有很大發(fā)展空間[3-5]。自動化技術包括開環(huán)控制和閉環(huán)控制,以適用于不同場合[6-7]。自動控制技術應用到農業(yè)機械中可以提升農業(yè)機械的工作效率、保障農業(yè)機械安全生產避免發(fā)生故障、簡化農業(yè)機械操作方式實現(xiàn)精準化作業(yè)等[8-9]。國外農業(yè)機械的電氣自動化發(fā)展迅速,通過農業(yè)機械的閉環(huán)控制方式、有線傳輸技術、無線通信技術實現(xiàn)農業(yè)機械的遠程監(jiān)控[10]。我國對于農業(yè)機械電氣自動化控制,在農業(yè)機械安裝大量傳感器采集數(shù)據(jù),使用總線技術將數(shù)據(jù)采集并儲存到控制器中,技術人員通過移動設備進行讀取和分析,農業(yè)機械在農業(yè)生產中,由于缺乏定期維護和保養(yǎng)使機械運轉故障,產生農業(yè)生產安全問題,對于提升控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展尤為關鍵[11]。因此,通過研究分析農業(yè)機械電氣自動化系統(tǒng)的遠程監(jiān)控與控制技術,研究總線技術、無線通信技術、GNSS技術,微型控制器技術和傳感器技術的發(fā)展至關重要,為推動農業(yè)機械電氣自動化系統(tǒng)的發(fā)展打下基礎。

1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡構架

智能農業(yè)機械電氣自動化系統(tǒng)集總線技術、無線通信技術、GNSS技術、微型控制器技術和傳感器技術等于一體,從作業(yè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸,并通過農業(yè)機械智能監(jiān)控中心,存儲、分析農業(yè)機械運行工作的具體數(shù)據(jù),實現(xiàn)工作人員對農業(yè)機械的遠程監(jiān)測和管理。農業(yè)機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)分為三個部分,主要由感知層、應用層及網(wǎng)絡層組成。網(wǎng)絡層中的中心服務器用于收集和存儲參數(shù)數(shù)據(jù),監(jiān)控中心主要運行農業(yè)機械監(jiān)控軟件,對農業(yè)機械進行自動調控;操作人員使用數(shù)據(jù)查詢功能,記錄、查詢、農業(yè)機械管理的數(shù)據(jù)參數(shù)。遠程移動通信電腦終端和智能手機終端通過網(wǎng)絡登陸監(jiān)控中心的中心服務器查看農業(yè)機械的基本工作信息并進行遠程調控。監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡架構如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡架構

2 系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡、農業(yè)機械系統(tǒng)終端3個部分組成。農業(yè)機械系統(tǒng)終端利用RS232、RS485、CAN總線采集農業(yè)機械作業(yè)的各種環(huán)境參數(shù)和農業(yè)機械運作參數(shù)信息,并記錄在儲存器中。利用移動通信技術構建通信網(wǎng)絡,將環(huán)境參數(shù)和農業(yè)機械運作參數(shù)信息傳輸并儲存到中心服務器中。監(jiān)控中心收集分析利用移動通信技術接收到的農業(yè)機械傳感器數(shù)據(jù),通過與監(jiān)測終端建立通信,實現(xiàn)農業(yè)機械運作信息監(jiān)測和農業(yè)機械的遠程控制。遠程監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 農業(yè)機械系統(tǒng)終端

農業(yè)機械終端由安裝在農業(yè)機械上的傳感器、控制器、無線模塊組成。傳感器用于采集各項運行參數(shù)?？刂破饔糜趯?shù)據(jù)的采集分析并打包發(fā)送。無線模塊可以建立農業(yè)機械和移動通信網(wǎng)絡、中心服務器之間的有效連接,農業(yè)機械作業(yè)時,終端實時發(fā)送數(shù)據(jù)信息,中心服務器將數(shù)據(jù)信息收集并儲存到數(shù)據(jù)庫中,確定農業(yè)機械的運行狀態(tài),構建信息傳輸網(wǎng)路,實現(xiàn)對農業(yè)機械的精準化實時的監(jiān)控。農業(yè)機械控制器可以接收到來自監(jiān)控中心的調控命令,從而對農業(yè)機械的運作進行監(jiān)測和調控。

2.2 通信網(wǎng)絡

如今,GPRS無線通信技術發(fā)展迅速,通信范圍廣,數(shù)據(jù)傳輸快,廣泛應用在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中。無線通信技術具有的IP協(xié)議能夠利用不同的組網(wǎng)方式建立廣闊的Internet網(wǎng)絡,建立終端機與GPRS穩(wěn)定安全的數(shù)據(jù)通信。

2.3 農業(yè)機械監(jiān)控中心

農業(yè)機械監(jiān)控中心主要由計算機平臺、數(shù)據(jù)庫組成,可以對農業(yè)機械運行參數(shù)信息進行儲存和分析。監(jiān)控中心和服務器建立連接,服務器數(shù)據(jù)庫實時儲存數(shù)據(jù)并發(fā)送給農業(yè)機械監(jiān)控中心,智能終端通過監(jiān)控中心對農業(yè)機械作業(yè)進行實時遠程監(jiān)控,傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議確保數(shù)據(jù)傳輸不會遺失。

3 工作原理

農業(yè)機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)中農業(yè)機械運行參數(shù)數(shù)據(jù)使用總線技術與農業(yè)機械控制器連接。農業(yè)機械運行時,無線發(fā)送器模塊通過移動無線通信網(wǎng)絡與監(jiān)控中心服務器建立通信。無線發(fā)送器會實時將農業(yè)機械的工作信息傳輸給中心服務器,監(jiān)控中心將收到的數(shù)據(jù)進行儲存分析,并對農業(yè)機械進行運行的調控。當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時,就會觸發(fā)系統(tǒng)的報警功能,并將報警信心儲存到數(shù)據(jù)庫的信息表中。操作人員使用智能終端與監(jiān)控中心連接,從而可以查看農業(yè)機械的運行狀況和報警信息,進行農業(yè)機械遠程的調控,減少農業(yè)機械的錯誤工作和危險工作。

4 系統(tǒng)功能

為了便于操作人員使用,進行系統(tǒng)軟件的整體設計,登錄成功后和服務器、數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系進入系統(tǒng)界面,選擇不同的功能模塊。系統(tǒng)軟件流程如圖3所示。系統(tǒng)功能主要由5個部分組成,分別為數(shù)據(jù)采集顯示、遠程控制報警、歷史記錄查詢、專家指導診斷及系統(tǒng)設置。系統(tǒng)功能框架如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)軟件流程

圖4 系統(tǒng)功能框架

數(shù)據(jù)采集顯示功能是農業(yè)機械遠程系統(tǒng)通過傳感器采集農業(yè)機械運行參數(shù)數(shù)據(jù),農業(yè)機械監(jiān)控中心通過農業(yè)機械運行情況輸送的參數(shù)數(shù)據(jù)形成模塊化數(shù)字動態(tài)顯示儀表,實時監(jiān)控農業(yè)機械的作業(yè)情況。遠程控制報警功能使監(jiān)控人員可以隨時通過信息系統(tǒng)查詢農業(yè)機械的工作狀態(tài),監(jiān)控農業(yè)機械是否進行正常作業(yè),對農業(yè)機械進行調控;當農業(yè)機械產生異常作業(yè)故障時,農業(yè)機械控制器會將報警信號和故障代碼發(fā)送至監(jiān)控中心,使監(jiān)控人員及時作出判斷。報警信息主要包括作業(yè)錯誤報警、故障報警。歷史記錄查詢功能是監(jiān)控系統(tǒng)運行時會記錄每次的運行數(shù)據(jù),可以提供給監(jiān)控人員和技術人員以往的歷史數(shù)據(jù)。設計監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能,對農業(yè)機械運行的歷史數(shù)據(jù)和報警記錄進行統(tǒng)計和分析,讓監(jiān)控人員更好地對農業(yè)機械進行管理維修和保養(yǎng)。專家指導診斷功能是在農業(yè)機械產生故障或生產問題時,提供給技術人員支參考信息的功能模塊,相關領域的專家將指導建議發(fā)送到服務器,由服務器將信息儲存并提供給技術人員。系統(tǒng)設置功能是調整系統(tǒng)的通信參數(shù)和功能模塊的參數(shù)。

5 結論

在農業(yè)機械電氣自動化系統(tǒng)的遠程監(jiān)控融合了傳感器技術、總線技術、計算機技術、移動無線通信技術等關鍵技術,使操作人員更簡易、智能地調控管理農業(yè)機械。農業(yè)機械的遠程監(jiān)控能夠根據(jù)實際作業(yè)情況精準分析和調控,達到作業(yè)計劃目標,減少成本投入,有效提高了農業(yè)機械的安全生產。在信息時代的應用背景下,隨著高新技術的不斷發(fā)展,農業(yè)機械的自動化控制技術更加智能化,我國農業(yè)機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)擁有廣闊的發(fā)展空間和應用前景。