一种基于嵌入式与物联网技术的联合收割机视频监控系统的制作方法

本发明涉及视频监控与物联网技术领域，具体为一种基于嵌入式与物联网技术的联合收割机视频监控系统。

背景技术：

联合收割机作业现场往往偏远且分散，机收的组织者及农机厂商要想了解机器状况及作业现场情况，往往只能派人去现场勘查，费时费力，存在着农机作业信息时效性差、信息滞后及监管难度大等问题。此外，近年来，为了改善收割机驾驶员工作条件，机器普遍安装了封闭驾驶室以隔绝粉尘和噪音，使得驾驶员难以依靠声音信息来获知机器运行状况和发现故障。

视频图像作为内容最直观丰富、最为及时准确的信息表现形式，能够将收割机各部件运行情况和驾驶室外作业现场情况准确及时地传递给收割机驾驶员、机收组织者及农机厂商，便于实现对农机的实时监控和管理调度。

一种农机监控终端及农机监控系统(CN201420438543.7)公开了一种基于北斗/GPS定位系统，并将定位信息通过GPRS传输至远程服务器，以实现对农机的监管调度的方案，用于查询农机作业轨迹、统计作业面积并向机手发布作业调度信息等。

一种收割机视频监控系统(CN201410650430.8)公开了一种通过便携式PC并利用CCD摄像头对微型侧挂式或背负式收割机进行视频监控的方案，该系统采用单片机作为主控制器，PC与视频监控终端间的信息交互均通过Wi-Fi模块。

一种收割机实时管理信息采集终端(CN201220162123.1)公开了一种采集终端设备，该终端通过GPS对收割机进行定位，利用摄像头采集收割行数及颗粒脱落信息，使用大容量存储器存储收割机相关信息内容，并利用CDMA/GPRS模块与管理中心进行信息交流。

德国CLAAS公司的CLAAS PROFI CAM摄像机系统，通过在收割机上安装摄像头，可为驾驶员提供额外的视野；美国凯斯纽荷兰工业集团的CX5000/6000机型，可安装摄像机扩大可视性，让驾驶员在翻转、卸粮或检查粮箱高度和切碎效果时更加得心应手。

调研了国内外的联合收割机视频监控系统，国外机型配备的视频监控系统，仅用于为驾驶员提供额外视野；国内的农机监控系统，大多基于位置信息，且多为孤立的单个系统，不利于大规模部署，数据信息大多存储在本地或远程服务器，且鲜有利用视频监控手段来了解收割机工作情况的方案。

技术实现要素：

针对现有农机监控系统大多为孤立的单个系统、不利于大规模管理部署，且鲜有监控系统将农机作业情况视频信息作为监控对象、信息多存储于本地或远程服务器等问题，本发明提出一种基于嵌入式与物联网技术的联合收割机视频监控系统，详细技术方案如下：

一种基于嵌入式与物联网技术的联合收割机视频监控系统，包括：

视频图像采集模块1，用于采集联合收割机割台的运转情况视频图像信息；

视频图像采集模块2，用于采集联合收割机粮箱内当前粮食储量视频图像信息；

视频图像采集模块3，用于采集联合收割机驾驶室内驾驶员操作情况视频图像信息；

视频图像采集模块4，用于采集联合收割机脱粒滚筒部位运转情况视频图像信息；

集线器模块：用于汇集来自所述多个视频图像采集模块的视频信号，其与控制模块相连接；

定位模块：用于实时确定联合收割机位置信息，其与控制模块相连接；

机载LCD监视器模块：安装部署在收割机驾驶室内，用于显示所述视频图像采集模块1、视频图像采集模块2、视频图像采集模块3、视频图像采集模块4所采集到的联合收割机多个部位的实时视频图像信息；

4G无线通信模块：用于将实时视频图像数据、联合收割机地理位置信息通过互联网进行传输；

物联网平台：接收来自4G无线通信模块的数据，为每台联合收割机设备及安装在收割机设备上的每个视频图像采集模块、定位模块分配ID号，并将视频图像数据及设备地理位置信息存储到物联网平台中对应的设备或模块下。

控制模块：所述集线器模块、定位模块、机载LCD监视器模块、4G无线通信模块都分别连接至控制模块，用于完成视频图像信息的采集、编码压缩与解码显示及对定位信息的处理，采用ARM Cortex-A15控制器，并运行嵌入式Linux操作系统，其内部集成有视频设备驱动模块、图像采集模块、图像编码压缩模块、图像解码显示模块、嵌入式视频服务器模块及定位信息处理模块。其中，所述视频设备驱动模块用于为视频图像采集模块1、2、3、4提供设备驱动；所述图像采集模块通过调用所述视频设备驱动模块来使用视频图像采集模块硬件，完成视频图像数据的采集；所述图像编码压缩模块对来自所述图像采集模块的数据进行编码压缩，其分别与嵌入式视频服务器模块及图像解码显示模块相连接；所述嵌入式视频服务器模块与所述4G无线通信模块相连，用于接收远程大屏监控中心或移动终端客户的连接请求，并传输经编码压缩的视频图像数据；所述图像解码显示模块与所述机载LCD监视器模块相连接，用于对来自所述图像编码压缩模块的数据进行解码并将解码后的图像数据传输至机载LCD监视器模块进行画面显示；所述定位信息处理模块对来自定位模块的信息进行处理，其与4G无线通信模块相连。

室内大屏监控中心或手持移动监控终端：用于接收实时视频数据信息及联合收割机定位信息，亦可访问物联网平台，根据物联网平台上的设备或模块ID号，来进行设备、数据管理与监控调度。

进一步的，还包括为所述控制模块及与其相连接的多个模块供电的电源模块，所述电源模块为收割机机载电瓶，用于为整个机载前端系统供电；

进一步的，所述视频图像采集模块1、视频图像采集模块2、视频图像采集模块3、视频图像采集模块4均为支持UVC(USB Video Class)标准的USB CMOS摄像头；

进一步的，所述机载LCD监视器模块为HDMI或VGA接口显示器；

进一步的，所述4G无线通信模块，使用TDD-LTE模块或FDD-LTE模块或全网通4G模块；

进一步的，所述定位模块使用GPS或北斗模块，或GPS/北斗双模一体模块。

本发明的有益效果：

1、使用该视频监控系统，驾驶员能够轻松方便地在驾驶室内观察到联合收割机多个部件的运转情况，便于及时调整操作，也能降低驾驶员劳动负荷；此外，远程监控中心或移动终端用户亦能随时随地访问嵌入式视频服务器，及时了解收割机作业情况；

2、通过将视频图像数据及联合收割机地理位置信息上传至物联网平台，可以减少使用本地或远程服务器作为存储设备的成本；

3、便于对联合收割机设备进行统一管理、调度、可视化实时图像监控，远程监控中心可以及时掌握农机作业视频图像及位置信息，当机器出现故障时，也能根据设备ID号及定位信息，及时找到对应设备并处理。当系统中需要加入新的联合收割机设备时，只需新增机载前端监控系统并建立与远程室内大屏监控中心或手持移动监控终端的网络连接，然后在物联网管理平台上，为新添加的设备及模块分配ID号即可。拥有成本低、高度集约化、结构灵活、部署简单的优点。

附图说明

图1是本发明的系统原理框图；

图2是本发明简要架构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于嵌入式与物联网技术的联合收割机视频监控系统，包括视频图像采集模块1、视频图像采集模块2、视频图像采集模块3、视频图像采集模块4、集线器模块、定位模块、机载LCD监视器模块、4G无线通信模块、物联网平台、远程大屏监控中心或移动监控终端、控制模块；所述控制模块分别连接集线器模块、机载LCD监视器模块、4G无线通信模块、定位模块；所述图像采集模块1、视频图像采集模块2、视频图像采集模块3、视频图像采集模块4均与集线器模块相连，所述集线器模块用于汇集来自所述多个视频图像采集模块的视频信号，并支持选通1路或多路视频图像采集模块，实际中可使用每个接口都带有独立开关的USB 3.0或USB 3.1集线器；所述4G无线通信模块连接物联网平台及互联网通信线路，所述远程大屏监控中心或移动监控终端可通过互联网与4G无线通信模块进行连接，亦可直接访问物联网平台。

其中，用于采集联合收割机各部位工作情况的视频图像采集模块1、视频图像采集模块2、视频图像采集模块3、视频图像采集模块4，均采用USB CMOS摄像头，其支持UVC(USB Video Class)标准，能很好地被上述控制模块的视频设备驱动模块支持，拥有体积小、兼容性好、即插即用、安装使用简单、成本低的特点。

用于在驾驶室内显示视频图像采集模块1、视频图像采集模块2、视频图像采集模块3、视频图像采集模块4采集到的视频图像的机载LCD监视器模块，采用HDMI或VGA显示器，其中HDMI传输速率高，能同时传输视频及音频信号，能支持高分辨率下多路视频信号的同时传输，接口体积小，应用广泛，实用性强。若选用其它接口的显示器设备，诸如VGA显示器，可使用HDMI转VGA接口线缆进行连接。

进一步的，用于实时处理视频信号及来自定位模块的位置信息的控制模块，其采用Tegra K1高性能SoC，操作系统为嵌入式Linux，其上运行有视频设备驱动模块、图像采集模块、图像编码压缩模块、图像解码显示模块、嵌入式视频服务器模块、定位信息处理模块。其中Tegra K1SoC是一种ARM Cortex-A15架构的控制芯片，具有制程工艺先进、功耗低、性能高、视频图像处理能力强大的特点，其硬件接口十分丰富，能对多种外设、存储设备提供很好的支持，且支持高分辨率显示设备，有利于与上述机载LCD监视器模块的连接；嵌入式Linux操作系统具有源码开放、运行稳定、可移植性好、网络功能强大的特点；

运行于所述控制模块上的一系列模块，实现了硬件设备驱动、视频采集与压缩编码、解码显示、网络传输、定位信息处理等功能，其中，视频设备驱动模块用于驱动视频图像采集模块1、视频图像采集模块2、视频图像采集模块3、视频图像采集模块4的正常工作运行；图像采集模块通过调用驱动模块来使用视频图像采集模块硬件，完成视频图像数据的采集，其与图像编码压缩模块相连；图像编码压缩模块对来自图像采集模块的视频图像数据进行编码压缩，其分别与嵌入式视频服务器模块及图像解码显示模块相连接；图像解码显示模块与机载LCD监视器模块相连接，用于对来自图像编码压缩模块的数据进行解码；机载LCD监视器模块对解码后的图像数据进行画面显示；嵌入式视频服务器模块用于接收远程大屏监控中心或移动终端客户的连接请求，并传输经编码压缩的视频图像数据，其与4G无线通信模块相连接；定位模块用于实时确定联合收割机位置信息，其与定位信息处理模块相连；定位信息处理模块对来自定位模块的信息进行处理，其与4G无线通信模块相连。

进一步的，4G无线通信模块，用于传输实时视频流、联合收割机地理位置信息，其与物联网平台相连，并通过互联网连接至远程大屏监控中心或移动监控终端；

进一步的，如图2所示，物联网平台，为每台联合收割机设备及安装在收割机设备上的每个视频图像采集模块、定位模块分配ID号，并将经4G无线通信模块传输来的视频图像数据及设备地理位置信息存储到物联网平台中对应的设备或模块下；

进一步的，远程大屏监控中心或移动监控终端，可使用LED大屏设备、手机、平板电脑、PC机等，可通过无线或有线方式接入互联网，可访问嵌入式视频服务器模块实时查看联合收割机作业情况视频画面，并获知收割机地理位置信息；亦可访问物联网平台，并根据联合收割机设备ID号、安装在收割机上的视频图像采集模块或定位模块的ID号，来进行设备、数据管理与机器监控调度；

进一步的，还包括为所述控制模块及与其相连接的多个模块供电的电源模块，所述电源模块为收割机机载电瓶，用于为系统供电，减少了单独外接电源的成本，降低了系统部署难度，提高系统实用性；

进一步的，4G无线通信模块，可使用TDD-LTE或FDD-LTE网络；亦可选用全网通4G模块；

进一步的，定位模块可选用GPS或北斗模块，或GPS/北斗双模一体模块。

上述说明是仅是本发明的较佳可行实施例的详细说明，但本发明专利的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明精神实质及技术原理下所做的改变、修饰、替换、组合、简化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。