摘要: 拖拉机深松作业是提高耕地质量，保障农作物产量的重要方式，目前，对于深松作业质量的监测多为单终端的监测，难以实现深松作业数据的及时汇总、统计与分析。针对以上问题，本文基于传感器技术、信息处理技术和无线通信技术对拖拉机深松作业关键参数... 展开 拖拉机深松作业是提高耕地质量，保障农作物产量的重要方式，目前，对于深松作业质量的监测多为单终端的监测，难以实现深松作业数据的及时汇总、统计与分析。针对以上问题，本文基于传感器技术、信息处理技术和无线通信技术对拖拉机深松作业关键参数监测系统进行了设计与开发，本研究对实现农业机械的全周期网络化作业管理具有现实意义。 进行了监测系统的总体方案设计。首先，基于拖拉机深松作业关键参数监测系统的需求，确定了系统监测参数为耕作深度、耕作面积、耕作阻力与耕作速度。其次，为实现深松作业数据的可靠传输，提出了基于ZigBee无线通信技术与GPRS无线通信技术的双阶段作业数据无线传输方案。最后，确定了监测系统的总体方案，即感知层-基于数据采集元件的数据采集、网络层-基于ZigBee与GPRS的数据传输、应用层-基于LabVIEW的上位机显示与存储。 进行了监测参数数据采集方法研究。基于倾角传感器，结合三点后悬挂结构特点，利用一阶惯性滤波算法，完成对耕作深度的数据采集；基于后悬挂作业农机具受力特点，确定了基于三点合力测力法的耕作阻力数据采集方法；借助GPS定位装置与自适应卡尔曼滤波方法，提出了基于极坐标的多边形坐标解析耕作面积测算方法；确定了基于轮速传感器的耕作速度数据采集方法。 设计了监测系统的硬件。选用低成本、低能耗的CC2530处理器作为数据传输网络中的核心，分别对数据采集终端节点和ZigBee-GPRS网关协调节点的硬件进行了选型及设计，包括数据采集元件的选型及电路设计、GPRS模块选型及电路设计、电源模块设计、处理器外围电路设计、JTAG电路设计、复位电路设计等。 对数据通信网络进行了软件开发。利用IAR软件和Z-Stack协议栈对系统的数据通信网络进行了开发，具体包括数据采集终端节点的组网和工作过程设计、协调节点组网和工作过程设计、串口通信软件设计、GPRS模块软件设计等，实现深松作业数据的可靠传输。 对上位机监测平台进行了软件开发。上位机监测平台以LabVIEW为开发工具，采用模块化柔性化设计方法，设计了系统登录模块、数据接收模块、数据解析模块、数据显示模块、数据存储模块与数据调用模块等。登录监测系统后，可以实现深松作业参数的显示和历史作业数据的查询等功能。 对监测系统进行了仿真及试验研究。基于Turetime工具箱建立ZigBee网络仿真模型，研究网络时延对ZigBee网络数据传输精度的影响；通过串口进行系统通信能力测试，验证ZigBee-GPRS通信方式的可行性；以某型号国产拖拉机为试验机，进行深松作业，对监测系统的性能进行了试验研究。结果表明，基于数据采集元件的数据采集方法可以实现深松作业数据的准确采集；ZigBee-GPRS通信方式能够实现深松作业数据的准确传输；上位机监测平台可以实现深松作业数据的接收、解析、显示、存储与调用。监测系统能够满足深松作业关键参数监测的监测需求。 收起