一种基于多传感器的复杂地貌农机耕深监测系统的制作方法

本实用新型涉及农机作业质量监测技术领域,尤其涉及一种基于多传感器的复杂地貌农机耕深监测系统。

背景技术：

随着农业机械化覆盖面积的逐步增加，农机作业监测成为当前农业领域内首要待解决问题，合理监测农机作业状态，可以有效提高农机作业质量。目前，对农机机械化作业存在作业过程无法科学监控，人工监控成本过大等问题，切人工监测过程中存在劳动强度大、效率低、误差大、实时性无法保证等缺点。目前，已经有部分产品可以对农机作业状态进行监测，但也存在一定问题。例如：使用超声波及红外光栅等传感器监测作业深度等数据。该类监测方式，受地面平整度影响较大，测量精度低，误差存在较大随机性。超声波传感器以及红外光栅传感器受作业地面秸秆与土块影响较大，无法准确测量作业耕深。在当前市场已知的产品中，有部分产品使用角度传感器通过数学模型对耕深进行监测，利用机具作业时角度变化与耕深的对应关系进行计数获得，然而该类产品使用单一角度传感器监测耕深作业时对坡地、山地、非平原地块监测误差加大，无法满足作业地貌多样性的需求。因此，本发明重点解决以上问题，提出多传感器农机作业监测系统，解决多地貌下农机作业状态监测问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于多传感器的复杂地貌农机耕深监测系统，该系统能够满足在多种复杂地貌下对农机作业的准确监测，减少人工监测成本，提高监测准确性。

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于多传感器的复杂地貌农机耕深监测系统，包括有车载主机；深度传感器；前、后摄像头；监测管理平台和手机客户端，所述的车载主机安装于驾驶室内的左前方，通过吸盘吸附于前风挡玻璃处，用于实时查看系统状态以及作业信息，所述的深度传感器包括：1号传感器、2号传感器、3号传感器，1号传感器安装于驾驶室内的水平地板上，2号传感器安装于拖拉机与机具连接的下拉杆上，3号传感器安装于机具横梁上；所述的前后摄像头，分别安装于车辆的驾驶外侧前方与驾驶室外侧后方。

所述的1号传感器、2号传感器和3号传感器的芯片内部集成3轴加速度传感器、3轴陀螺仪、3轴磁力计。通过传感器获取作业车辆与机具作业姿态，用于监测作业深度计算。

所述的主机通过主摄像头接口、副摄像头接口与摄像头相连接；主机内部集成4G通信模块，4G通信模块与SIM卡模块通过数据总线相连接，用于与服务器进行通信；LCD与LED构成了系统的报警显示以及数据提醒单元；主机内部集成了深度传感器接口，通过该接口与传感器进行连接，主机内部集成有TF卡，用于存储主机作业数据信息；主机内部集成的GPS模块，用于获取车辆作业时的地理位置信息以及行驶信息。

本实用新型所具有的优点与效果是:

本实用新型一种基于多传感器的复杂地貌农机耕深监测系统，由于包括有车载主机、深度传感器、前后摄像头、监测管理平台和手机客户端，车载主机包含：通信模块、存储模块、时钟模块、显示模块、按键模块等功能单元；传感器具备监测车辆以及机具姿态功能，并且传感器具备方拆卸报警功能，有效防止在未授权情况私自更改机具以及传感器安装状态；本实用新型使用前后摄像头采集作业环境图像信息，保证耕地环境符合相关作业标准的同时实时监测机具作业状态以及作业完成情况。本实用新型能够自动监测作业信息、耕深、作业状态、作业地理位置等作业信息，通过平台统一管理，减少人工监测的劳动强度。本实用新型能够对耕深、作业面积等关键信息全面采集，减少人工测量误差，提高数据可靠性。适用于多种复杂地貌耕地作业，可以完成坡地、山地、水田、林地等多种作业环境需求。本实用新型由于有完整的报警体系，能及时监测系统的运行状态，传感器具备防拆卸功能，有效防止私自更改传感器造成测量不准确等问题，增强系统可靠性。本实用新型能适应不同平整度地面，可以有效避免机具作业时翻起土壤造成的测量误差。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详述：

图1是本实用新型安装在农机上的状态示意图；

图2是主机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本实用新型技术方案的前提下，对本实用新型所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本实用新型的权利要求范围之内。

如图1所示，本实用新型一种基于多传感器的复杂地貌农机耕深监测系统，包括车载主机1、深度传感器和摄像头；安装时主机1安装于车辆驾驶室内的左前方，通过吸盘吸附于前风挡玻璃处，用于实时查看系统状态，显示作业状态以及作业信息。主机包括CPU7、主摄像头接口8、副摄像头接口9，SIM卡10，LCD11、LED12、稳压电路13、深度传感器接口14，TF卡15、RTC时钟16、GPS模块17、4G通信模块18、薄膜按键19。深度传感器包括有1号传感器2、2号传感器3和3号传感器4，1号传感器2安装于车辆驾驶室内平整地板上，传感器与车辆行进方向平行，1号传感器输入端与主机通过连接线连接；2号传感器3安装于机具与车辆的下拉连接杆上，2号传感器输入端与1号传感器输出端通过连接线连接；3号传感器4安装于机具横梁处，3号传感器的输入端通过连接线与2号传感器输出端相连接；前摄像头5安装于车辆驾驶室外侧前方，如图1所示位置，前摄像头通过连接线与主机连接；后摄像头安装于驾驶室外侧后方，如图1所示位置，后摄像头通过连接线与主机连接。前摄像头5用于拍摄作业地块作业前状态，用于存档以及判断秸秆覆盖率；后摄像头6用于拍摄作业后地块状态与监测机具状态，保证机具符合正常作业要求，确保机具没有被私自更改。

所述的1号传感器、2号传感器和3号传感器内部采用复合芯片，芯片内部集成3轴加速度传感器、3轴陀螺仪、3轴磁力计。通过传感器获取作业车辆与机具作业姿态，用于监测作业深度计算。根据1号传感器与2号传感器获取的不同方向重力加速度等参数，可以判断车辆目前的车身姿态与航向角等，通过姿态判断算法，计算出车辆在当前耕地环境下的作业姿态用以校正计算出的深度信息。使用3号传感器与2号传感器相互配合，可以计算出机具当前的作业状态、作业深度、左右倾斜等重要数据，配合车身的姿态校正算法，最终获得准确的作业信息。深度传感器具备防拆卸功能，安装完毕后的传感器在未经授权情况下被私自拆卸改动时，传感将会发送报警信息，保证系统的高可靠性与准确性。

设备安装完毕后需要对设备进行初始化安装以及校准，使用安装客户端程序输入机具基本参数，例如：机具参数、机手基本信息、车辆信息等信息后，授权车载主机进行初始化安装；安装时通过主机上按键，对主机进行操作进入到安装模式，并根据具体提示进行安装流程；主机在执行完安装流程后，主机将会记录下车辆以及机具的基本作业信息，此时主机已经可以监测机具的作业状态，此时将车辆进行实际作业，并测量实际作业深度与监测深度是否一致，如存在一定误差可通过手机端提供校准流程对主机进行校准，保证监测数据准备，并在完成安装校准后，关闭安装授权，防止在误操作等情况下改动配置参数。

如图2所示，主机通过主摄像头接口8、副摄像头接口9与摄像头相连接，获取作业时车辆前后的图像信息，保证作业地块符合作业要求并保证作业时机具作业状态合格；主机内部集成4G通信模块18，该模块与SIM卡模块10通过数据总线相连接，用于与服务器进行通信，上报作业数据与获取服务器控制命令；LCD11与LED12两部分功能单元构成了系统的报警显示以及数据提醒单元，主要用于显示作业时的主要参数，当作业不符合相关标准时，主机将通过屏幕以及led两种方式通知机手对作业状态进行调整，防止长时间作业不达标等现象出现，使用该两种方式的优点在可以保证在强烈阳光直射下已经可以清晰看见报警信息；主机内部集成了深度传感器接口14，通过该接口与传感器进行连接，主机工作时会定时向传感器获取当前作业所需参数，保证数据的准确性与实时性。主机内部集成有TF卡15，用于存储主机作业数据信息，防止由于4G信号不佳时造成数据上传丢失等现象发生，并在通信恢复后重新上传未成功上报的数据；主机内部集成的GPS模块17，用于获取车辆作业时的地理位置信息以及行驶信息，配合采集的作业数据，平台即可完整的监控作业全过程。

作业时，主机将实时监测机具以及车辆的作业状态以及耕深等数据信息，主机通过1号传感器获取车辆姿态，判断车辆所处位置的地形信息，通过与2号传感器、3号传感器进行数据融合，解决车辆在非平整地面作业时产生的测量误差，大大提高本系统在不同地貌下的适用性。当机具在作业时由于土壤硬度不同时导致机具产生较大振幅震动时，2号传感器与3号传感器相互配合，实时监测机具的作业状态，通过主机内部的自适应算法，准确获取当前耕深等信息，提高监测数据的准确性。

通过车载主机内部的GPS定位模块，获取作业时的地理位置与车辆行驶信息，通过主机内部的无线通信模块将实时定位信息上传至服务器平台，平台根据车辆的行驶位置信息以及耕深等作业信息，通过自适应算法将农机作业的详细数据进行整理分析，生成可供导出的作业详细报表。

所述的监测管理平台用于实时管理所有作业车辆信息，通过物联网平台，能够支持多台作业农机同时作业，具有高并发、高稳定性等特点。该平台允许用户通过网站进行作业状态信息查询；平台对所有作业数据进行整理分析，计算作业面积，地块等信息，支持所有作业信息以报表格式进行输出；管理平台内部包含高精度的面积计算算法，对作业面积进行准确计算；报警监测体系实时监测主机作业状态，系统异常时及时提示通知机手对设备进行检查。

所述的手机客户端是指安装于机手手机内的农机监测手机应用app，允许机手随时查看已完成作业的具体信息。手机客户端主要用于实时查询作业历史信息，具体包括：作业位置、面积、耕深、合格率、重耕面积、漏耕面积、设备报警信息等。可以通过手机客户端实时获取当前车辆位置信息，监控车辆运行轨迹以及作业状态。

最后需要说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改和等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围。