农机工作状态实时无线监测系统设计与实现

摘要

本文针对黑龙江省农垦耕作面积大、农机数量庞大等实际情况导致农机工作状态监测困难的问题,借鉴了西方发达国家先进的农业概念—精准农业,研制实时无线监测系统。本文融入先进的智能农业模型、无线通信技术、嵌入式技术、定位技术、图像监测技术,设计了能够采集农场中的各类农业机械工作状态的远程监测系统。为了缩小农机的定位误差,本文对系统的定位信息进行了有效的数据滤波处理。
　　首先,定义了农机监测系统的功能需求,搭建了系统框架。农机监测系统将执行部件模块化,提高系统的可靠性。系统采用了多种先进的智能技术,如嵌入式技术、全球定位技术、图像监测技术等,更翔实的监测农机工作状态。系统下位机由嵌入式系统搭建,负责采集农机的工作状态;监测软件负责将上传的信息解析并实时显示、更新;嵌入式终端配备的通信模块,借助无线网络通信技术将二者紧密联系在一起。
　　其次,设计了农机监测系统的嵌入式终端硬件电路,并编写了程序代码。硬件制作时考虑专板专用,模块化设计方式忽略了冗余的电路,并且对于工作环境中的低温、潮湿、震动等具有抵抗作用。精简的操作系统内核,增强了系统的运行速度和稳定性。面向对象的程序设计思想,大量封装、使用了对象类,仅留出功能程序接口供流程调用。这样不仅提高了编程效率,更便于程序的维护和升级,降低程序的复杂度、提高健壮性。
　　再次,为了消除农机监测过程中的噪声对系统定位精度的影响,建立了农机运动数学模型,设计了消除模型误差的Kalman滤波算法。通过将虚拟噪声引入数学模型中,克服了由于数学模型的误差削弱滤波效果的问题。仿真结果表明,本文设计的滤波算法有效的将定位误差缩小到[-1,1]之内。
　　最后,对系统进行模块功能测试和整体联调,改正系统存在的不足,提出进一步提升性能的意见。测试结果表明基于嵌入式技术的监测平台可扩展性强,功能实现良好,性能稳定,具有重要的工程应用价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.2 精准农业的发展状况

1.3 嵌入式技术的发展状况

1.4 全球卫星定位系统的发展现状

1.5 GPRS无线通信技术的发展现状

1.6 论文研究的主要内容

第2章 农机工作状态实时无线监测系统的方案设计

2.1 系统的工作原理

2.2 系统监测软件方案设计

2.3 系统嵌入式终端方案设计

2.4 本章小结

第3章 农机工作状态实时无线监测系统嵌入式终端硬件设计

3.1 系统嵌入式终端硬件结构

3.2 系统嵌入式终端功能板硬件设计

3.3 系统通信模块硬件设计

3.4 本章小结

第4章 农机工作状态实时无线监测系统软件设计

4.1 系统监测软件设计

4.2 系统嵌入式终端软件设计

4.3 定位信息数据滤波处理

4.4 本章小结

第5章 农机工作状态实时无线监测系统现场测试及结果分析

5.1 系统功能测试方案

5.2 系统功模块调试

5.3 系统集成及现场测试

5.4 系统现场测试结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢