基于ARM的联合收割机远程监测系统机载设备研制

摘要

联合收割机作为农作物收割的重要工具，不仅可以减轻人工作业的压力，同时也可以提高收割效率。国外如CLASS、CASE、洋马及久保田等知名厂商在联合收割机上集成有智能化控制系统、GPS定位系统、自动导航系统以及其它智能化测量显示系统等，实现了联合收割机的智能化控制、智能化导航。国内的智能化联合收割机研究起步较晚，近几年发展速度较快，在联合收割机智能化控制方面的研究水平逐步提高，但是在联合收割机的定位及导航、联合收割机作业信息的远程传输方面研究还不深入。因此，研究联合收割机远程监测系统机载设备具有重要意义。本文设计了基于ARM的联合收割机远程监测系统的机载设备，实现对联合收割机的工作状态信息、地理位置信息的实时监测，通过无线传输模块将处理之后的有效数据传输到上位机，实现真正意义上的远程监测。
　　本文设计的基于ARM的联合收割机远程监测系统由三部分组成:智能控制模块、GPS定位模块以及无线传输模块。智能控制模块由ARM控制器、转速信号采集模块、触摸屏组成，通过对联合收割机工作原理、工作状态的分析，提取联合收割机作业过程中易发生堵塞故障的主要工作部件为研究对象，设计了基于转速差值模式识别控制算法实现前进速度的自动调节;GPS定位模块通过自带天线采集定位信息，通过程序提取定位信息中的有用信息，基于模型变换的动态卡尔曼滤波算法对GPS采集到的地理位置信息数据进行处理，减小了联合收割机运动突变而造成的预测模型变换及其引起的经纬度数据的范围波动偏差;无线传输模块通过CM8150EP WCDMA3G DTU以及Web服务器将控制器处理好的数据传送到上位机;基于触摸屏的人机交互界面能够方便操作人员对转速及位置信息进行监测，也便于操作人员进行手动操作，当联合收割机发生故障或者即将发生故障时，系统能够及时发出警报，触摸屏能够显示故障报警点。
　　对联合收割机远程监测系统机载设备进行了室内调试以及试验，验证系统的稳定性及算法的可行性，最后将远程监测系统机载设备安装到联合收割机上进行田间试验。试验表明设备运转良好，能基本达到预期的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究的目的及意义

1．2 研究现状及发展趋势

1．2．1 国外研究现状及发展趋势

1．2．2 国内研究现状及发展趋势

1．3 本课题的主要研究内容及创新点

1．3．1 课题主要研究内容

1．3．2 课题创新点

第二章 联合收割机远程监测系统机载设备总体结构

2．1 联合收割机工作过程分析

2．2 机载设备功能分析及总体设计

2．3 主控制器模块选择

2．4 转速信号采集模块选择

2．5 人机交互模块选择

2．6 前进速度控制模块选择

2．7 GPS定位模块选择

2．8 无线传输模块选择

2．9 本章小结

第三章 远程监测系统机载设备硬件设计

3．1 控制器端口配置

3．2 转速信号采集模块硬件设计

3．2．1 转速监测传感器的安装

3．2．2 转速信号采集电路设计

3．3 前进速度控制模块的硬件设计

3．3．1 前进速度控制系统

3．3．2 步进电机控制电路设计

3．3．3 手动自动切换模块

3．4 人机交互模块通信接口设计

3．5 声光报警模块接口设计

3．6 GPS定位模块接口设计

3．7 无线传输模块接口设计

3．8 本章小结

第四章 远程监测系统机载设备软件设计

4．1 软件设计基础

4．1．1 建立新工程

4．1．2 添加源文件

4．1．3 编译与链接

4．1．4 系统初始化设置

4．2 软件系统总体设计

4．3 转速信号采集及数据处理子程序设计

4．4 基于转速差值模式识别前进速度控制算法及子程序设计

4．5 人机交互子程序设计

4．5．1 MODBUS通信协议简介

4．5．2 MODBUS中数据传输方式

4．5．3 MODBUS RTU信息帧

4．5．4 ARM与触摸屏通信子程序设计

4．5．5 CRC校验子程序设计

4．5．6 监测数据显示子程序设计

4．5．7 监测参数额定值设定子程序设计

4．6 GPS定位系统子程序设计

4．6．1 GPS定位模块接收信号子程序设计

4．6．2 定位算法及子程序设计

4．7 远程传输系统子程序设计

4．7．1 WCDMA网络通信

4．7．2 WCDMA DTU的配置

4．7．3 Web服务器搭建

4．8 其他子程序设计

4．8．1 报警指示灯子程序设计

4．8．2 手动自动切换按键子程序设计

4．9 本章小结

第五章 机载设备的调试与试验

5．1 机载设备的室内调试

5．1．1 转速信号采集与报警系统的调试

5．1．2 步进电机控制系统调试

5．1．3 串口通信程序调试

5．2 机载设备的室外调试

5．2．1 转速标定

5．2．2 前进速度标定

5．3 模块性能测试

5．3．1 自动控制模块的测试

5．3．2 定位模块的性能测试

5．3．3 无线传输模块测试

5．4 田间试验

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 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