农业机械作业参数综合监测平台及使用方法
【专利摘要】农业机械作业参数综合监测平台及使用方法属农业机械测试【技术领域】，本发明中功能节点Ⅰ、功能节点Ⅱ、功能节点Ⅲ......功能节点n与主节点经由CANH线和CANL线组成的CAN总线连接，终端电阻Ⅰ和终端电阻Ⅱ分别并联于CAN总线两端；利用本发明的农业机械作业状况综合监测平台，可实现多种农业机械作业状况的监测，该农业机械作业状况综合监测平台具有很强的扩展性，在平台各部分连接时采用模块化的设计，可简化平台结构，并有利于提高工作稳定性；本发明非常有利于进行现代农业机械作业参数监测。
【专利说明】农业机械作业参数综合监测平台及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农业机械测试【技术领域】，尤其涉及一种对农业机械的多种作业参数进行监测的综合监测平台及使用方法。
【背景技术】
[0002]农业机械在作业的过程中的作业参数与状况直接影响其作业的质量。为了保证农业机械的作业质量，需要在农业机械作业过程中对机具总体，以及核心部件性能参数进行实时的监测。
[0003]目前，部分的农业机械已有相关的研究人员研制了专用的监测(或监控)系统。例如，针对变量施肥、变量喷药等变量作业的变量作业控制系统；针对播种机作业状况监测的漏播监测系统；针对联合收获机的运转状况的收获机参数监测系统等等。对于科研院所以及研究机构来讲，对每一种机具都开发一种配套的监测系统，不仅造成了资源的浪费，更重要的是每次都需要进行监测系统硬件和软件的设计，需要较长开发的周期。但由于农业机械的种类繁多，不同的作业机器的执行机构又有着较大的差异，制作一个涵盖所有农机具的监测系统是不易于实现的。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提出使用农业机械作业参数综合监测平台及使用方法，用以实现农业机械作业参数的监测。
[0005]本发明的农业机械作业参数综合监测平台由主节点A、功能节点I B、功能节点
II C、功能节点III D......功能节点nN、终端电阻I 5、CANH线6、CANL线7和终端电阻II 8
组成，其中功能节点I B、功能节点II C、功能节点III D......功能节点nN与主节点A经由
CANH线6和CANL线7组成的CAN总线(Controller Area Network,控制器局域网络)连接，终端电阻I 5和终端电阻II 8分别并联于CAN总线两端。
[0006]所述的功能节点I B由CAN接口 II 9、微控制器II 10、执行机构I 11和传感器I 12组成，其中执行机构I 11和传感器I 12与微控制器II 10连接，微控制器II 10经CAN接口
II9与CAN总线连接。
[0007]所述的功能节点II C由CAN接口III 13、微控制器III 14、执行机构II 15和传感器
II16组成，其中执行机构II 15和传感器II 16与微控制器III14连接，微控制器III14经CAN接口III 13与CAN总线连接。
[0008]所述的功能节点III D由CAN接口 IV 17、微控制器IV 18、执行机构III 19和传感器
III20组成，其中执行机构III19和传感器III 20与微控制器IV 18连接，微控制器IV 18经CAN接口 IV 17与CAN总线连接。
[0009]所述的功能节点nN由CAN接口 n21、微控制器n22、执行机构n23和传感器n24组成，其中执行机构n22和传感器n24与微控制器n22连接，微控制器n22经CAN接口 n21与CAN总线连接。[0010]所述的功能节点B-N用于实现特定工作任务。所述的主节点A用于作业信息人机交互。功能节点B-N与主节点A之间通过CAN总线进行连接。
[0011]所述的主节点A由触摸屏1、工控机2和微控制器I 3组成，其中触摸屏I通过数据线与工控机2连接，工控机(2)与微控制器I (3)相连接，微控制器I (3)经CAN接口I 4与由CANH线6和CANL线7组成的CAN总线连接。所述的工控机I上运行由组态软件编写的监测程序软件，可以通过组态监测软件完成作业之前的作业参数初始化工作。在机具作业的过程中通过组态监测软件显示作业过程中作业机具的作业参数信息。监测软件不仅具有清晰地图表显示功能还具有完备的的文件存储能力，可以根据用户的选择将作业参数的关键数据存储到工控机或者移动存储设备上。
[0012]所述的功能节点(包括:功能节点I B、功能节点II C、功能节点III D......功能节
点nN)由各功能节点的CAN接口、功能节点微控制器、实现特定任务的执行机构和用于信息采集的传感器组成。其中执行机构和传感器与微控制器连接，微控制器经CAN接口与CAN总线连接。CAN接口由CAN控制器和CAN收发器组成，CAN控制器可以由带有CAN控制器的微控制器提供或者由独立的CAN控制器提供。执行机构和传感器不是功能节点所必须的，可以根据节点的任务要求增加或者删除。
[0013]所述的主节点微控制器I 3处理CAN总线上由各功能节点发送来的信息。主节点微控制器I 3将CAN总线上的信息识别以后，进行通讯协议的转换，之后发送给工控机2。
[0014]所述的主节点微控制器I 3与工控机2之间通过RS-232协议进行通讯。
[0015]所述的触摸屏I与工控机2通过数据线进行连接。
[0016]所述的终端电阻I 5和终端电阻II 8并联于由CANH线6和CANL线7组成的CAN总线，其电阻值为120欧，实际的系统中可根据系统的具体结构进行电阻值的匹配。
[0017]所述的系统平台节点间的CAN通讯部分使用符合IS011783协议的通讯方式。
[0018]所述的平台的主节点A与功能节点I B、功能节点II C、功能节点III D......功能
节点nN之间在物理连接时，采用模块化的设计，采用堆积木的方式拼成一个整体，各部分之间通过连接机构进行锁紧。
[0019]使用所述的农业机械作业参数综合监测平台，当需要增加一个新的监测任务时，通过以下步骤完成:
[0020]1.进行新增监测任务的功能节点的硬件设计，在设计时要满足上文提到的功能节点的组成要求；
[0021]2.进行新增监测任务的功能节点的微控制器软件设计，在设计时要保证CAN通讯部分满足ISOl 1783协议的规定；
[0022]3.在组态监测软件中添加用于新任务的监测界面；
[0023]4.在组态监测软件中添加新任务监测界面的驱动代码；
[0024]5.将新设计的功能节点挂接到农业机械作业参数综合监测平台的CAN总线上；
[0025]6.对新功能节点和主节点进行调试、修改，直至满足新监测任务的要求。
[0026]本发明的农业机械作业参数综合监测平台及使用方法具有以下优点:
[0027]1.将传统的单一功能的分立系统变成综合的监测平台，多个监测系统共用一个平台主节点进行信息的显示，以及与用户之间的人机交互。在增加新功能任务时，无需进行主节点硬件的重新设计，将精力集中到实现特定功能的功能节点上；[0028]2.监测平台具有很强的扩展性，当需要增加新功能任务时无论硬件还是软件上都很容易实现平台功能的扩展；
[0029]3.监测平台的监测软件使用组态软件编写，编程简单，可以减轻开发人员花费在设计监测软件界面上的时间；
[0030]4.平台主节点与各功能节点进行物理连接时采用模块化设计，可有效减小平台使用时占据的空间，同时可增强平台工作的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为农业机械作业参数综合监测平台的总体架构图
[0032]图2为农业机械作业参数综合监测平台节点之间的物理连接方式示意图
[0033]图3为农业机械作业参数综合监测平台新增监测任务时的步骤流程图
[0034]其中:A—主节点B—功能节点I C—功能节点II D—功能节点III N—功能节点nl.触摸屏2.工控机3.微控制器I 4.CAN接口 I 5.终端电阻I 6.CANH线7.CANL线
8.终端电阻II 9.CAN接口 II 10.微控制器II 11.执行机构I 12.传感器I 13.CAN接口
III14.微控制器III 15.执行机构II 16.传感器II 17.CAN接口 IV 18.微控制器IV 19.执行机构III 20.传感器III 21.CAN接口 η 22.微控制器η 23.执行机构η 24.传感器η
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的解释和说明。
[0036]图1所示是本发明农业机械作业参数综合监测平台的总体架构图，本发明由主节
点Α、功能节点I B、功能节点II C、功能节点III D......功能节点nN、CANH线6、CANL线7，
以及CAN总线网络需要的终端电阻I 5和终端电阻II 8构成。所述的功能节点用于实现特定的功能任务，比如变量施肥、漏播报警、机具作业速度检测等。功能节点由CAN接口，功能节点微控制器，实现特定任务的执行机构和用于信息采集的传感器组成。CAN接口由CAN控制器和CAN收发器组成，CAN控制器可以有带有CAN控制器的微控制器提供或者由独立的CAN控制器提供。功能节点通过CAN接口连接到系统CAN总线上。执行机构和传感器不是功能节点所必须的，可以根据节点的任务要求增加或者删除。由于功能节点功能的差异性，执行机构和传感器的种类会有较大的差异。
[0037]所述的主节点A由工控机2、主节点微控制器I 3和用于信息交互的触摸屏I组成。主节点A用于作业信息的人机交互。在开始作业之前，用户可以通过主节点A输入作业的初始化信息，例如:机具的宽度、速度传感器的特征、存储什么类型的作业参数数据以及存储的路径等信息。在机具作业过程中，机器作业参数的信息通过主节点A的触摸屏I进行显示。主节点微控制器I 3监测着CAN总线上传递的信息，当检测到CAN总线上有功能节点发送给主节点A的信息时，将此信息进行读取。考虑到大部分工控机不具有CAN接口，而都具有RS-232接口。为保证系统的通用性，主节点微控制器I 3与工控机2之间通过RS-232总线进行连接，使用RS-232协议进行通讯。主节点微控制器I 3将读取到的信息转化为符合RS-232通讯协议的格式，发送给工控机2，工控机2处理接收到的信息，将相应的信息使用触摸屏I进行显示。同时，根据用户的选择将某些数据以文件的方式存储到工控机2或者移动存储设备上。[0038]所述的工控机2上运行由组态软件编写的监测软件，由组态软件易于设计出直观、简洁的图形化的监测界面，有利于与用户进行交互。并且组态软件具有编程简单的特点，有利于监测平台进行新任务扩展。在机具作业之前，可以通过监测软件完成作业参数的初始化工作。在机具作业的过程中通过监测软件显示作业过程中作业机具的参数信息。
[0039]农业机械作业参数综合监测平台的主节点A主要完成作业前作业参数的初始化和作业过程中作业参数的显示工作，不做特定任务的实时控制任务，控制任务有特定的功能节点B-N来完成。采用这种设计结构，有以下原因:第一，工控机2运行通用的操作系统(例如window),这种系统不是实时的操作系统，不能保证控制的实时性。而通过功能节点的微控制器可以做到控制的实时性；第二，由功能节点的微控制器来完成实时的控制，可以减轻主节点A的负担，主节点在机具作业过程中仅完成作业参数信息的显示以及存储就可以了。
[0040]所述的触摸屏I通过数据线连接至工控机2，用于信息的输入和显示。系统中没有物理键盘，通过触摸屏I虚拟键盘进行信息输入。
[0041]所述的终端电阻I 5和终端电阻II 8是组成CAN网络所必须的，其电阻值为120欧，系统在实际应用中可以根据系统的具体结构进行电阻值的匹配，使CAN网络工作在最佳状态。
[0042]系统平台节点间的CAN通讯部分使用符合IS011783协议的通讯方式。系统CAN总线上传递的报文的29位ID标号都是按照ISOl 1783协议规定命名的，这有利地保证系统在新增任务节点时与原系统的兼容性。
[0043]图2所示是本发明农业机械作业参数综合监测平台节点之间的物理连接方式示意图，所述的平台的主节点A与功能节点B-N之间在物理连接时，采用模块化设计，采用堆积木的方式拼成一个整体，各部分之间通过连接机构进行锁紧。当需要哪些功能节点时，将该节点连接到平台上，将不需要的功能节点去除，可有效减小系统的体积、增强系统的稳定性。
[0044]图3所示是本发明农业机械作业参数综合监测平台新增监测任务时的步骤流程图。使用所述的农业机械作业参数综合监测平台，当需要增加一个新的监测任务时，通过以下步骤完成:
[0045]1.进行新增监测任务的功能节点的硬件设计，在设计时要满足上文提到的功能节点的组成要求；
[0046]2.进行新增监测任务的功能节点的微控制器软件设计，在设计时要保证CAN通讯部分满足ISOl 1783协议的规定；
[0047]3.在组态监测软件中添加用于新任务的监测界面；
[0048]4.在组态监测软件中添加新任务监测界面的驱动代码；
[0049]5.将新设计的功能节点挂接到农业机械作业参数综合监测平台的CAN总线上；
[0050]6.对新功能节点和主节点进行调试、修改直到满足新监测任务的要求。
【权利要求】
1.一种农业机械作业参数综合监测平台，其特征在于由主节点(A)、功能节点I (B)、功能节点II (C)、功能节点III (D)......功能节点η (N)、终端电阻I (5)、CANH线(6)、CANL线(7)和终端电阻II⑶组成，其中功能节点I (B)、功能节点II (C)、功能节点III⑶......功能节点η (N)与主节点(A)经由CANH线(6)和CANL线(7)组成的CAN总线连接，终端电阻I (5)和终端电阻II (8)分别并联于CAN总线两端。
2.按权利要求1所述的农业机械作业参数综合监测平台，其特征在于所述的主节点(A)由触摸屏(I)、工控机(2)和微控制器I (3)组成，其中触摸屏⑴通过数据线与工控机⑵连接，工控机⑵与微控制器I (3)相连接，微控制器I (3)经CAN接口 I (4)与由CANH线(6)和CANL线(7)组成的CAN总线连接，微控制器I (3)与工控机⑵之间通过RS-232协议进行通讯。
3.按权利要求1所述的农业机械作业参数综合监测平台，其特征在于所述的功能节点I(B)由CAN接口 II (9)、微控制器II (10)、执行机构I (11)和传感器I (12)组成，其中执行机构I (11)和传感器I (12)与微控制器II (10)连接，微 控制器II (10)经CAN接口II(9)与CAN总线连接。
4.按权利要求1所述的农业机械作业参数综合监测平台，其特征在于所述的功能节点II(C)由CAN接口III (13)、微控制器III (14)、执行机构II (15)和传感器II (16)组成，其中执行机构II (15)和传感器II (16)与微控制器III (14)连接，微控制器III (14)经CAN接口III(13)与CAN总线连接。
5.按权利要求1所述的农业机械作业参数综合监测平台，其特征在于所述的功能节点III⑶由CAN接口IV (17)、微控制器IV (18)、执行机构III (19)和传感器III (20)组成，其中执行机构III (19)和传感器III (20)与微控制器IV (18)连接，微控制器IV (18)经CAN接口IV(17)与CAN总线连接。
6.按权利要求1所述的农业机械作业参数综合监测平台，其特征在于所述的功能节点η (N)由CAN接口 η(21)、微控制器η(22)、执行机构η(23)和传感器η(24)组成，其中执行机构η (22)和传感器η (24)与微控制器η (22)连接，微控制器η (22)经CAN接口 η (21)与CAN总线连接。
7.按权利要求1所述的农业机械作业参数综合监测平台，其特征在于所述的终端电阻I(5)和终端电阻II (8)的典型值为120欧。
8.按权利要求1所述的农业机械作业参数综合监测平台，其特征在于所述的主节点(A)与功能节点I (B)、功能节点II (C)、功能节点III (D)......功能节点η (N)之间在物理连接时采用模块化的设计，采用堆积木的方式拼成一个整体，各部分之间通过连接机构进行锁紧。
9.按权利要求1所述农业机械作业参数综合监测平台的使用方法，其特征在于当需要增加一个新的监测任务时，通过以下步骤完成: 9.1进行新增监测任务的功能节点的硬件设计，在设计时要满足权利要求3所述功能节点的组成要求； 9.2进行新增监测任务的功能节点的微控制器软件设计，在设计时要保证CAN通讯部分满足ISOl 1783协议的规定； 9.3在组态监测软件中添加用于新任务的监测界面；·9.4在组态监测软件中添加新任务监测界面的驱动代码；·9.5将新设计的功能节点挂接到农业机械作业参数综合监测平台的CAN总线上；·9.6对新功能节点和主节点进行调试、修改，直至满足新监测任务的要求。
【文档编号】G01D21/02GK103453933SQ201310358877
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月18日 优先权日:2013年8月18日
【发明者】贾洪雷, 冯先臻, 齐江涛, 范旭辉, 庄健, 姜鑫铭 申请人:吉林大学