基于LabVIEW的联合收割机远程故障诊断方法的研究

摘要

作为农业机械化进程中的关键角色，联合收割机在近年来得到了快速发展。联合收割机能够极大地改善农民的劳动条件，减轻农民收割作业负担，并有效提高农忙时期谷物的收获效率。当前国内生产的联合收割机仍主要依靠操作人员根据以往的作业经验进行手动控制，智能化水平有待提高;联合收割机的结构复杂，工作环境复杂多变，田间作业条件恶劣，作业故障率较高。因此，研究联合收割机故障诊断技术对于联合收割机实现智能化非常重要，但当前国内的联合收割机故障诊断技术多为收割机机载监测系统，实验监测人员往往必须跟随联合收割机才能实时观测到监测参数，这不方便也不利于科研工作的展开及生产企业对所生产销售产品的质量监控和售后服务。因此，联合收割机远程故障监测对联合收割机乃至精准农业的发展都有着重要意义。
　　本文设计了基于LabVIEW的联合收割机远程故障诊断系统。通过分析联合收割机的作业过程，选取收割机作业过程中易出故障的部位如割台搅龙、输送槽、切流滚筒、纵流滚筒、输粮搅龙、发动机等作为系统监测的对象，由ARM控制系统采集各部位的传感信号、经由远程数据传输模块DTU(Data Transfer Unit)接收并发送至上位机，上位机采用LabVIEW软件进行编程，对接收数据进行实时图形和数字显示，并通过故障诊断程序对数据进行诊断、显示和提示报警。上位机显示界面显示有三种颜色的指示灯:绿、黄和红，分别表示收割机对应监测部位处于正常、预警和报警三种工作状态。当某一监测信号出现异常时，相应的灯会亮起以提醒监测人员。系统通过支持向量机进行故障诊断，并通过MATLAB进行样本训练和测试，在较短的时间内(1.064s)得到了较高的测试正确率(97.444％)。此外，系统还设计了故障数据库，便于进行收割机故障的查询，有助于进行故障的快速诊断与排除工作。
　　为了使系统更加具有实用性，本文进行了室内模拟实验与田间实地收割试验，并对结果进行分析总结。试验结果表明，上位机显示器能够准确地显示各监测部件的实时运转状况;当监测到收割机出现故障时，上位机显示界面能够进行预警或报警。系统工作稳定，可以实现远程数据传输，实时进行故障诊断。该系统能减轻监测人员劳动强度，并能及时为科研人员和生产企业提供联合收割机工作状态信息，积累故障库，为联合收割机的优化设计、产品制造和售后服务提供指导。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源、课题背景及研究目的和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究目的和意义

1．2 研究现状和发展趋势

1．2．1 国外联合收割机故障诊断研究现状及趋势

1．2．2 国内联合收割机故障诊断研究现状

1．3 课题主要研究内容、技术路线、预期效果及创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 创新点

1．3．3 课题的预期效果

第二章 联合收割机远程故障诊断系统总体设计

2．1 联合收割机工作过程简介

2．2 联合收割机远程故障诊断系统功能定义

2．3 联合收割机远程故障诊断系统设计方案

2．4 本章小结

第三章 联合收割机远程故障诊断系统的硬件设计

3．1 信号采集模块的硬件设计

3．1．1 监测对象及传感器的选择

3．2 远程数据传输模块

3．2．1 模块选取及特点

3．2．2 模块组成及工作原理

3．2．3 远程数据传输功能的实现

3．2．4 DTU通信数据格式说明

3．3 本章小结

第四章 联合收割机故障诊断算法设计

4．1 SVM算法简介

4．1．1 支持向量机分类

4．1．2 核函数

4．1．3 支持向量机用于多类型样本分类

4．2 SVM算法在联合收割机故障诊断中的应用

4．3 本章小结

第五章 联合收割机远程故障诊断系统软件设计

5．1 LabVIEW简介

5．1．1 LabVIEW介绍

5．1．2 LabVIEW特点

5．2 LabVIEW软件程序设计实现

5．2．1 主界面设计

5．2．2 配置参数模块设计

5．3 数据库选择

5．3．1 Microsoft SQL Server 2005简介

5．4 系统故障数据库的建立

5．4．1 数据库对象

5．4．2 SQL Server 2005系统数据库

5．4．3 数据库建立

5．5 数据库与LabVIEW的通信实现

5．5．1 LabVIEW访问数据库的方法

5．5．2 LabSQL工具包简介

5．5．3 LabVIEW中加入LabSQL

5．5．4 LabSQL的配置

5．5．5 利用LabSQL实现故障数据库的访问

5．6 本章小结

第六章 远程故障诊断系统的调试及试验

6．1 系统室内调试

6．1．1 DTU通信调试

6．2 系统安装

6．3 系统标定

6．4 田间试验

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的科研项目与科研成果