邓玲黎,沈 侃

(苏州工业园区职业技术学院,江苏 苏州 215012)

0 引言

农业的发展关系到人民和国家的利益,农业机械的发展对于农业生产尤为关键[1-2]。随着信息时代的发展,智能控制技术和信息技术的不断创新,农业机械的发展和使用逐渐实现自动化,农业机械的自动控制技术拥有很大发展空间[3-5]。自动化技术包括开环控制和闭环控制,以适用于不同场合[6-7]。自动控制技术应用到农业机械中可以提升农业机械的工作效率、保障农业机械安全生产避免发生故障、简化农业机械操作方式实现精准化作业等[8-9]。国外农业机械的电气自动化发展迅速,通过农业机械的闭环控制方式、有线传输技术、无线通信技术实现农业机械的远程监控[10]。我国对于农业机械电气自动化控制,在农业机械安装大量传感器采集数据,使用总线技术将数据采集并储存到控制器中,技术人员通过移动设备进行读取和分析,农业机械在农业生产中,由于缺乏定期维护和保养使机械运转故障,产生农业生产安全问题,对于提升控制系统的智能化发展尤为关键[11]。因此,通过研究分析农业机械电气自动化系统的远程监控与控制技术,研究总线技术、无线通信技术、GNSS技术,微型控制器技术和传感器技术的发展至关重要,为推动农业机械电气自动化系统的发展打下基础。

1 系统的网络构架

智能农业机械电气自动化系统集总线技术、无线通信技术、GNSS技术、微型控制器技术和传感器技术等于一体,从作业数据的采集、传输,并通过农业机械智能监控中心,存储、分析农业机械运行工作的具体数据,实现工作人员对农业机械的远程监测和管理。农业机械远程监控系统分为三个部分,主要由感知层、应用层及网络层组成。网络层中的中心服务器用于收集和存储参数数据,监控中心主要运行农业机械监控软件,对农业机械进行自动调控;操作人员使用数据查询功能,记录、查询、农业机械管理的数据参数。远程移动通信电脑终端和智能手机终端通过网络登陆监控中心的中心服务器查看农业机械的基本工作信息并进行远程调控。监控系统网络架构如图1所示。

图1 监控系统网络架构

2 系统组成

整个系统主要由监控中心、通信网络、农业机械系统终端3个部分组成。农业机械系统终端利用RS232、RS485、CAN总线采集农业机械作业的各种环境参数和农业机械运作参数信息,并记录在储存器中。利用移动通信技术构建通信网络,将环境参数和农业机械运作参数信息传输并储存到中心服务器中。监控中心收集分析利用移动通信技术接收到的农业机械传感器数据,通过与监测终端建立通信,实现农业机械运作信息监测和农业机械的远程控制。远程监控系统如图2所示。

图2 远程监控系统

2.1 农业机械系统终端

农业机械终端由安装在农业机械上的传感器、控制器、无线模块组成。传感器用于采集各项运行参数。控制器用于对数据的采集分析并打包发送。无线模块可以建立农业机械和移动通信网络、中心服务器之间的有效连接,农业机械作业时,终端实时发送数据信息,中心服务器将数据信息收集并储存到数据库中,确定农业机械的运行状态,构建信息传输网路,实现对农业机械的精准化实时的监控。农业机械控制器可以接收到来自监控中心的调控命令,从而对农业机械的运作进行监测和调控。

2.2 通信网络

如今,GPRS无线通信技术发展迅速,通信范围广,数据传输快,广泛应用在远程监控系统中。无线通信技术具有的IP协议能够利用不同的组网方式建立广阔的Internet网络,建立终端机与GPRS稳定安全的数据通信。

2.3 农业机械监控中心

农业机械监控中心主要由计算机平台、数据库组成,可以对农业机械运行参数信息进行储存和分析。监控中心和服务器建立连接,服务器数据库实时储存数据并发送给农业机械监控中心,智能终端通过监控中心对农业机械作业进行实时远程监控,传输的通信协议确保数据传输不会遗失。

3 工作原理

农业机械远程监控系统中农业机械运行参数数据使用总线技术与农业机械控制器连接。农业机械运行时,无线发送器模块通过移动无线通信网络与监控中心服务器建立通信。无线发送器会实时将农业机械的工作信息传输给中心服务器,监控中心将收到的数据进行储存分析,并对农业机械进行运行的调控。当出现异常数据时,就会触发系统的报警功能,并将报警信心储存到数据库的信息表中。操作人员使用智能终端与监控中心连接,从而可以查看农业机械的运行状况和报警信息,进行农业机械远程的调控,减少农业机械的错误工作和危险工作。

4 系统功能

为了便于操作人员使用,进行系统软件的整体设计,登录成功后和服务器、数据库建立联系进入系统界面,选择不同的功能模块。系统软件流程如图3所示。系统功能主要由5个部分组成,分别为数据采集显示、远程控制报警、历史记录查询、专家指导诊断及系统设置。系统功能框架如图4所示。

图3 系统软件流程

图4 系统功能框架

数据采集显示功能是农业机械远程系统通过传感器采集农业机械运行参数数据,农业机械监控中心通过农业机械运行情况输送的参数数据形成模块化数字动态显示仪表,实时监控农业机械的作业情况。远程控制报警功能使监控人员可以随时通过信息系统查询农业机械的工作状态,监控农业机械是否进行正常作业,对农业机械进行调控;当农业机械产生异常作业故障时,农业机械控制器会将报警信号和故障代码发送至监控中心,使监控人员及时作出判断。报警信息主要包括作业错误报警、故障报警。历史记录查询功能是监控系统运行时会记录每次的运行数据,可以提供给监控人员和技术人员以往的历史数据。设计监控系统的数据分析功能,对农业机械运行的历史数据和报警记录进行统计和分析,让监控人员更好地对农业机械进行管理维修和保养。专家指导诊断功能是在农业机械产生故障或生产问题时,提供给技术人员支参考信息的功能模块,相关领域的专家将指导建议发送到服务器,由服务器将信息储存并提供给技术人员。系统设置功能是调整系统的通信参数和功能模块的参数。

5 结论

在农业机械电气自动化系统的远程监控融合了传感器技术、总线技术、计算机技术、移动无线通信技术等关键技术,使操作人员更简易、智能地调控管理农业机械。农业机械的远程监控能够根据实际作业情况精准分析和调控,达到作业计划目标,减少成本投入,有效提高了农业机械的安全生产。在信息时代的应用背景下,随着高新技术的不断发展,农业机械的自动化控制技术更加智能化,我国农业机械远程监控系统拥有广阔的发展空间和应用前景。