移動噴灑系統(tǒng)方案設(shè)計論文

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1.方案設(shè)計

1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由田間作業(yè)平臺、上位機監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成。田間作業(yè)平臺主要包括移動平臺、ARM控制器、溫濕度傳感器、速度傳感器、超聲波傳感器、電磁閥執(zhí)行器、GPS定位模塊、GPRS無線傳輸模塊等。上位機監(jiān)控系統(tǒng)主要包括終端服務(wù)器及監(jiān)控軟件。

1．2移動噴灑平臺設(shè)計

本設(shè)計選定了ARM公司的STM32F103作為主要的控制器，其具有片內(nèi)資源多，處理速度快等優(yōu)點。同一作物長勢的好壞可以很大程度上從作物的生長高度來反應(yīng)。因此，本系統(tǒng)選擇了低廉、穩(wěn)定的超聲波傳感器在行進條件下測量地面作物的高度作為長勢信息的輸入量。生長高度信息配合上作業(yè)平臺的移動速度，在控制器的綜合分析處理下，計算得出當前點應(yīng)噴灑的液體總量。控制器將噴灑量這一計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成電平信號通過I/O口輸出到執(zhí)行單元，即電磁閥，以實現(xiàn)智能化的變量噴灑功能。GPS定位模塊的引入可以給測量及執(zhí)行數(shù)據(jù)提供位置信息，準確記錄田間作物長勢及噴水情況的分布信息；且為后續(xù)自動行駛提供必要的技術(shù)支持。GPRS無線傳輸模塊選取了SIM900A，該模塊內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)透傳，將田間作業(yè)信息實時傳輸?shù)竭h程終端上位機，方便管理者實時查看、保存數(shù)據(jù)，并可在控制室進行協(xié)調(diào)、指揮。

1．3上位機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控中心的任務(wù)一是接收GPRS發(fā)來的數(shù)據(jù)并保存在數(shù)據(jù)庫中，二是建立友好的人際交互界面，三是將數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)，以便可以從其他終端進行數(shù)據(jù)訪問。因此，上位機監(jiān)控系統(tǒng)分為三個模塊：數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、人機交互界面模塊和web網(wǎng)絡(luò)模塊。本設(shè)計中的監(jiān)控端程序使用了VisualStudio.NET2012(C#)來編寫。C#是專門為.NET應(yīng)用而開發(fā)的一種語言，其很好地繼承了C與C++的Winsock與數(shù)據(jù)庫操作功能，可以將本設(shè)計中上位機監(jiān)控系統(tǒng)的各部分程序融合到一個程序中。本設(shè)計使用了中國移動公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)，其為數(shù)據(jù)傳輸提供了物理層和IP層的連接，傳輸層有TCP和UDP協(xié)議兩種方式。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，本設(shè)計采用TCP協(xié)議的連接。服務(wù)器首先創(chuàng)建一個用于偵聽的套接字，調(diào)用Listen()函數(shù)使它處于偵聽狀態(tài)。客戶端在創(chuàng)建套接字完畢后，調(diào)用Connect()函數(shù)，請求與服務(wù)器套接字連接；服務(wù)器套接字在收到客戶端的連接請求后，調(diào)用Accept()函數(shù)，創(chuàng)建一個用于連接的套接字。應(yīng)用該套接字和客戶端上的連接套接字，用戶就能實現(xiàn)在服務(wù)器和客戶端之間進行數(shù)據(jù)傳輸，即可通過個人計算機或移動終端訪問服務(wù)器，完成對田間作業(yè)實時數(shù)據(jù)的查詢、信息管理、發(fā)送控制指令等操作，實現(xiàn)移動式智能化液體變量噴灑系統(tǒng)的遠程測控。人機界面為監(jiān)控中心管理員提供一個友好的監(jiān)視與控制的界面，是監(jiān)控中心的一個重要的組成部分。其要實現(xiàn)的主要功能為：對數(shù)據(jù)庫的顯示、查詢以及對移動測量平臺的遠程控制等。網(wǎng)絡(luò)程序為ASP.NET文件，Internet網(wǎng)上的任一用戶通過瀏覽器打開時，會自動調(diào)用最新更新的數(shù)據(jù)源，以保證用戶查詢到最新數(shù)據(jù)。

2．結(jié)論

本課題立足農(nóng)業(yè)機械化、信息化、智能化等方面的迫切需求，為了實現(xiàn)農(nóng)作物的變量施肥或灌溉，提出了一套智能化液體變量噴灑系統(tǒng)的設(shè)計方案。系統(tǒng)通過搭建一個移動作業(yè)平臺，以行進中的地面作物高度作為實時輸入量，配合平臺的移動速度，在控制器中計算得出相應(yīng)的噴灑量及時間點，并轉(zhuǎn)換成電平信號控制電磁閥的動作，實現(xiàn)智能化變量噴灑功能。另外，系統(tǒng)方案中還集成了GPRS模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)將采集的原始數(shù)據(jù)、處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)等實時發(fā)送到遠程服務(wù)器，并在上位機終端實現(xiàn)實時的顯示、存檔等功能。該系統(tǒng)設(shè)計合理，成本低，適合農(nóng)田推廣。

作者：李修華 王萌 張四維 梁瀟 單位：廣西大學