基于计算机网络技术的插秧机作业控制研究

　　摘要:随着我国农业自动化、智能化发展进程的推进，插秧机在农业生产中得到了广泛应用，克服了传统人工插秧存在的作业强度大、插秧速度慢、秧苗质量差等诸多问题，具有作业效率高、秧苗质量好等优点。但是，传统插秧机的作业控制仍然需要人工干预，控制精度低，且在使用过程中故障率高。针对以上问题，基于计算机网络技术，完成了插秧机作业控制系统的总体方案设计，分析了GPRS通信网络的框架结构，对插秧机的机载终端总体方案进行优化设计，对机载终端的硬件模块进行选型和电路原理设计，并完成了智能插秧机的数据传输通信测试和功能测试。结果表明:基于计算机网络技术的智能插秧机性能稳定，数据传输准确，能够实现对插秧作业的精准远程控制，同时可以监控整个作业过程，及时对插秧机的故障进行反馈报警，具有一定的推广价值。

　　关键词:插秧机;计算机网络;GPRS;监控

　　0引言

　　随着精准农业的发展，农业生产精细程度越来越高。插秧作业是农业生产最基本的环节，插秧质量的直接影响农民的收入。传统的插秧作业主要依靠人工完成，作业强度大，插秧效率低，且秧苗质量参差不齐，亟需引进先进的插秧技术，改变传统的插秧作业模式。传统的插秧机需要人工操作，手动完成各类控制指令的操作，且由于缺乏对插秧机作业过程的实时监控，插秧机工作状况很难掌控，在使用过程中常常会出现各种问题和故障。

　　由于无法及时准确找出故障原因和排查故障，因此严重影响生产进度。为进一步改善作业人员的工作环境，缓解工作压力，提高插秧效率和秧苗质量，同时做到插秧过程的全过程监控，设计了基于计算机网络技术的智能插秧机，通过计算机网络技术完成插秧机机载终端与操作终端、后台服务器终端之间的数据传输，从而实现插秧机的远程控制和运行参数监控，做到对插秧机作业全过程的精准控制。

　　1总体方案设计

　　传统插秧机只能通过人工操作完成相应指令的下达和手动控制，基于计算机网络技术的插秧机可以实现对插秧过程的全过程监控和远程控制，便于作业人员实时掌握插秧机的工作状态。插秧机控制系统的主要功能包括:1)能够完成插秧机运行参数的实时采集，随时获取插秧机各执行设备的运行情况;2)能够完成插秧机的远程控制，通过操作终端传输控制指令，完成对相应执行设备的远程控制;3)能够完成插秧机相关数据的实时存储，通过计算机网络技术将采集的运行参数、控制指令和用户信息等数据储存在后台服务器中。

　　4)能够实现插秧机相关数据的远程传输，通过GPRS网络通信技术实现插秧机、操作终端、后台服务器之间的数据传输和数据交换;5)能够完成插秧机运行参数历史数据的查询，生成各类变化曲线，便于数据分析和处理;6)能够实现插秧机故障的预警，当插秧机发生故障时，插秧机控制系统可以自动监测故障，并将故障信息传输至操作终端，便于作业人员随时掌握故障信息。插秧机作业控制系统主要包括插秧机机载终端系统、操作终端系统和后台服务器终端系统。

　　机载终端系统为整个作业控制系统的核心，用于完成插秧机各类运行参数的采集、具体控制指令的执行以及各类数据的分析计算。操作终端系统有两种形式，即固定工作站和手持终端。固定工作站设置在农场管理站中，便于作业人员控制;手持终端使用场所较为广泛，可以在农场任意区域进行操作，实现对插秧机的远程监控和控制。后台服务器终端系统主要为数据处理中心，负责完成数据存储、调取和远程分享。机载终端系统、操作终端系统和后台服务器终端系统之间的数据传输是通过计算机网络完成的，采用的网络类型为GPRS网络，在农场的适当区域架设通信基站，并保证通信网络的畅联。

　　2通信网络结构设计

　　由插秧机作业控制系统的总体设计方案可知，机载终端系统、操作终端系统和后台服务器终端系统之间的数据传输是关键，数据传输的准确性决定插秧机作业控制系统控制精度。因此，深入分析了计算机通信网络GPRS技术的网络结构，对数据在各分系统之间传输的路径和传输流程进行优化，便于在数据传输出现错误时及时查找问题并解决问题。GPRS网络是以GSM网络为基础，搭载其他类型的网络实体(包括GSN、PCU等)，为客户提供不同类型的无线IP连接网络服务，包括点对点、点对多点等，从而完成不同分组数据的传输。

　　GPRS网络主体包括用户终端设备、基站首发信台(BTS)、基站控制器(BSC)和分组控制单元(PCU)。网络服务包括分组交换业务和电路交换业务，可以实现分组数据的传输、RS232/485串口通信与GPRS网络通信之间的通信转换等功能。

　　3机载终端硬件总体设计

　　机载终端系统为插秧机作业控制系统的核心，负责数据采集、分析、计算和处理。插秧机机载终端主要由处理器、GPRS模块、GPS接收机、数据采集卡和摄像头组成。处理器为机载终端最重要的部件，用于接收数据采集卡采集的运行参数，通过计算分析处理后再下达至各执行设备，完成相应的控制。

　　GPRS模块为机载终端与操作终端系统、后台服务器终端系统数据传输的枢纽，用于完成数据类型的转换和数据信息的交换。数据采集卡与传感器检测模块连接，用于实时接收传感器采集的各类参数，同时数据采集卡的输出端口还可以输出各类控制信号，包括机载设置、断油和转向控制等。

　　4车载终端硬件设计

　　4.1传感器模块设计

　　传感器模块主要用于获取插秧机各类运行参数和工况信息，包括速度传感器、转速传感器、前轮转角传感器和油温传感器等，用于完成插秧机行进速度、发动机转速以及前轮转速的采集。发动机转速传感器采用的是CSP38B/6增量式编码器，可以产生A、B、Z等3路信号。当A、B两路信号正交时，检测发动机飞轮转过的角度，即可换算发动机转速。

　　4.2图像采集模块设计

　　由于插秧机具有监控秧苗质量的功能，因此在插秧机机载终端系统中安装有摄像头，用于完成秧苗种植图像的采集。采用的摄像头为工业摄像头，型号为MV-EM120C。该摄像头采用的是CCD感光元件，可以实现图像的定时采集。相机内部包含两个接口，即千兆网GigE接口和电源与触发线接口。千兆网GigE接口为图像输出和信号输入端口，用于完成采集图像的输出和控制信号的输入。同时还提供了应用接口库，可以通过调用库函数来完成摄像头其他指定功能。

　　4.3GPRS通信模块设计

　　GPRS通信模块是插秧机机载终端与操作终端系统和后台服务器终端系统数据传输的枢纽，选用的GPRS模块为WG-8010模块，通过RS232接口实现与机载终端处理器之间的连接，通过接收GPRS网络实现数据的远程传输。

　　5GPRS通信测试

　　插秧机机载终端与其他终端系统之间的数据传输是通过GPRS网络实现的，因此GPRS网络通信的准确性十分重要。在后台服务器终端上安装网络调试助手，负责为GPRS模块发送数据，在机载终端上安装串口调试助手，并连接好GPRS模块，负责接收数据。

　　6结论

　　为解决传统插秧机插秧质量差、作业效率低、过程监控难等问题，设计了基于计算机网络技术的插秧机作业控制系统，对该作业控制系统总体方案进行研究，完成了GPRS网络结构的优化设计和插秧机机载终端硬件系统总体方案的设计，并对插秧机机载终端中传感器模块、图像采集模块以及GPRS模块进行硬件选型和电路原理设计。完成了GPRS模块的通信测试，结果表明:基于计算机网络技术的插秧机作业控制系统数据传输准确度高，系统运行安全稳定，能够实现对插秧机作业过程的实时监控和远程控制，并可将插秧机的实时运行数据远程传输至后台服务器中，便于实时调用和查看。

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　　作者：舍乐莫