专利名称：基于远程数据传输的智能测产系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种信息技术领域的测量系统，具体是一种基于远程数据传输的智能测产系统。
背景技术：
目前采用的产量测定系统一般包括遥感测量和在线测量两种类型。其中遥感测量包括卫星遥感和航空遥感，因为分辨率低、精度差而一般仅用来进行总产量评估。在线测量是在联合收割机作业的同时进行实时产量测定，因而分辨率较高。常用的在线测量系统包括容积式测量系统，利用光电传感器测定刮板提升机谷物厚度来确定产量。因谷物密度变化较大及光电传感器抗灰尘污染能力较弱等问题导致可靠性和测量精度都不理想。放射线测量系统，通过测量射线穿透谷物流后的衰减程度来确定谷物产量，精度较高，但因为附属设备复杂和放射性污染等问题一般较少采用。称重式测量系统，通过重量传感器测量监视重量变化或设置专门的螺旋式输粮器来检测重量变化。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号200310117204.5，名称“一种联合收割机粮食产量流量监视方法及装置”，该装置由驱动装置、螺旋推输送器、称重传感器和车载计算机组成，通过水平安装在机架上的螺旋推输送器将粮食输送至粮仓。螺旋推输送器的两端装有称重传感器，将称重传感器测得的信号经积分处理后得到粮食产量。这种系统的主要问题是受外界干扰严重，由于收割机在田间行驶时地面崎岖不平，外界激励通过车体很容易传递到重量传感器上形成不规则的强干扰噪声，而且车体或装置自身因加速度产生的惯性力也很难去除，单纯的减震并不能有效解决上述问题。此外，该系统需要对现有收割机作较大修改，安装困难。冲量式传感器测量系统，即在收割机籽粒提升器出口设置板状或指状冲量传感器来获得产量信息。如何解决谷物流速度(与籽粒提升机的速度有关)对产量测定的影响问题是这种方法的难点。冲量式系统国内目前尚无研究文献出现。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足和缺陷，提供一种基于远程数据传输的智能测产系统。使其能设置在联合收割机上，收割过程中各个传感器实时采集田间的产量、湿度和收割机行走速度等信息，辅以此时收割机所处的经度、纬度，就可以得出每一位置点周围局部区域内的产量信息，同时，还可以获得收割田地的总面积和累积产量。这些数据可用来制作作物产量分布图，结合农业专家系统，即可为下一轮的农业生产制定合理的管理策略。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括主控系统、稳压电源、行走速度传感器、冲量传感器、湿度传感器、割台传感器、GPS(全球定位系统)传感器、无线传输模块和籽粒提升机速度传感器。其连接方式为主控系统放置在收割机驾驶室内部上方，实现各传感器信号的接收和数据的计算处理、存储等；稳压电源通过导线与主控系统相连，为系统提供稳定的电源；行走速度传感器设置在收割机主动轮的轮轴上方，并通过导线与主控系统相连，可通过测量车轮转数获得收割机行走速度V；冲量传感器设置在收割机粮仓顶部籽粒提升机出口处，并通过导线与主控系统相连，用来实时测量从籽粒提升机出来的谷物流产生的冲量W；湿度传感器固定在收割机粮仓内部籽粒提升机出口处，通过导线与主控系统相连，测量作物湿度h；割台传感器固定在割台上方，通过导线与主控系统相连，通过判断割台的升降状态监测收割机工作情况；GPS传感器通过磁力吸附固定在收割机驾驶舱顶部，并通过导线与主控系统相连，接受GPS卫星传来的定位信号，获得收割机所处位置的经度和纬度的实时数据并通过导线传至主控系统；籽粒提升机速度传感器设置在提升机主动轮轴附近，通过导线与主控系统相连，主要用来测量提升机速度R信息，并经导线传递给主控系统。主控系统接通过导线接收上述各传感器传递的信息后，一方面进行处理计算并将数据存储在内部存储器，一方面通过导线由无线传输模块传送至监控中心的计算机，实现谷物产量的实时在线测量。
主控系统接收到上述各传感器信息后，首先根据籽粒提升机速度R、谷物流冲量W，由冲量函数W＝f(m，R)就可以得到谷物质量信息m。再由收割机行走速度V和割台宽度L得到某一时间内的收割面积S＝V·L，则产量Y=(1-h)km/S]]>就测量出来了(这里k为修正系数，实际使用时通过计算测量值和称量值的比例关系标定得到)。然后主控系统一方面把产量和坐标数据存储在内部存储器，一方面通过导线由无线传输模块传送至监控中心的计算机，从而集中准确地进行产量统计和分析。且由于采用了移动通信平台，传输距离不受限制。
主控系统由主控计算机、存储模块、触摸屏式人机界面和模拟量调理转换模块、数字量隔离输入模块、两个串行接口组成。其中主控计算机是主控系统的核心；存储模块负责储存系统程序和采集到的数据；触摸屏式人机界面用来实时显示产量等信息，并提供一个参数调整的窗口和手段；模拟量调理转换模块用来把冲量传感器和湿度传感器传来的模拟量信号转换成数字信号供主控计算机使用；数字量隔离输入模块主要处理割台传感器、行走速度传感器和籽粒提升机速度传感器传来的脉冲信号隔离变换成主控计算机能够适应的电压水平；两个串行接口负责利用串行RS-232协议与GPS传感器和无线传输模块进行信息交换。
无线传输模块由无线信号收发模块、串行接口和数据协议转换模块组成。串行接口接受到主控系统传来的信息后经数据协议转换模块打包转换为符合移动通信协议要求的数据帧，通过无线信号收发模块向外传送。
本发明实现了实时测量收割机所处位置的经纬度、测量收割机行走速度、监视收割机工作状态、监测所收割作瞬时物产量、总产量、收割面积、传感数据存储与显示、数据远程无线传输等功能。且通过增加籽粒提升机速度传感器简单有效地解决了籽粒提升机速度对冲量信号测量的影响问题。所用的行走速度传感器通过测量车轮转数同样简单地解决了速度测量问题，避免使用昂贵的雷达或超声波速度传感器，既降低了成本，也简化了设置，大大提高了系统的实用性。而无线传输功能的增加，更是大大延长了设备的使用空间，使得数据的最终采集变得简单可行，实现了专家和数据的双重共享。
图1是本发明结构框图；图2为本发明在收割机上的使用设置示意图；图3为本发明主控系统的结构框图；图4是本发明无线传输模块的结构框图。
具体实施例方式
如图1、2所示，本发明包括主控系统1、稳压电源2、行走速度传感器3、冲量传感器4、湿度传感器5、割台传感器6、GPS传感器7、无线传输模块8和籽粒提升机速度传感器9。其连接方式为主控系统1和稳压电源2设置在收割机驾驶室内，并通过导线相连，行走速度传感器3设置在收割机前驱动轮轴上方，测量车轮转数并传送给主控系统1，由主控系统1处理后获得收割机行走速度，冲量传感器4设置在粮舱顶部籽粒提升机出口处，实时测量从籽粒提升机出来的谷物流产生的冲量，湿度传感器5设置在粮舱内部正对籽粒提升机出口，测量作物湿度，割台传感器6设置在割台上方，通过判断割台的升降状态监测收割机工作，GPS传感器7和无线传输模块8通过磁铁吸附在驾驶室顶棚上，GPS传感器7接受GPS卫星传来的定位信号，获得收割机所处位置的经度和纬度的实时数据并通过导线传至主控系统1，籽粒提升机速度传感器9设置在籽粒提升机主动轮轴上方，测量提升机速度并经导线传递给主控系统1，主控系统接1通过导线接收上述各传感器传递的信息后，一方面进行计算处理并将数据存储在内部存储器，一方面通过导线由无线传输模块8传送至监控中心的计算机，实现谷物产量的实时在线测量。
如图3所示，主控系统1由主控计算机10、存储模块11、触摸屏式人机界面12和模拟量调理转换模块13、数字量隔离输入模块14、串行接口15和串行接口16组成。其中主控计算机10是系统的核心，存储模块11负责存储数据，触摸屏式人机界面12用于提供人机交互手段，模拟量调理转换模块13把冲量传感器4和湿度传感器5传来的模拟量信号转换成数字信号供主控计算机10使用；数字量隔离输入模块14将割台传感器6、行走速度传感器3和籽粒提升机速度传感器9传来的脉冲信号隔离变换成主控计算机10能够适应的电压水平；串行接口15、16利用串行RS-232协议与GPS传感器7和无线传输模块8进行信息交换，各部分间通过内部总线互联。
如图4所示，无线传输模块8由无线信号收发模块17、串行接口18和数据协议转换模块19组成。串行接口18接受到主控系统1传来的信息后经数据协议转换模块19打包转换为符合移动通信协议要求的数据帧，通过无线信号收发模块17向外传送。
主控计算机10一边把数据计算处理后存储在存储模块11中，一边把数据通过串行接口15传递给串行接口18，再经数据协议转换模块19处理打包后经无线信号收发模块17发送出去，实现产量信息的实时无线传输。
行走速度传感器3采用接近开关测量行走轮转速进而得到联合收割机作业速度。冲量传感器4采用基于双孔平行梁的拦截指式谷物流量传感器。湿度传感器5采用电容式谷物湿度传感器。割台传感器6采用接近开关感知割台状态。籽粒提升机速度传感器9利用接近开关测量谷物提升机传送链驱动轮转速。
本发明使用时，收割机割台放下至作业高度，收割机拨禾轮转动开始收割。打开稳压电源2开关供电，割台传感器6捕捉到割台位置变动信号后，传递至主控系统1，经数字量隔离输入模块14处理后传递给主控计算机10，通知主控计算机10开始启动系统采集机制，进入工作状态。工作时，设置在收割机前主动轮轴附近的行走速度传感器3不断累计主动轮转数，并把信号经数字量隔离输入模块14传递给主控计算机10，由主控计算机10根据事先标定得到的转数与实际距离比计算得到单位时间内的行走速度V；谷物的产量则由冲量传感器4、湿度传感器5和籽粒提升机速度传感器9共同测量得到。其中，如图2所示，冲量传感器4设置在收割机粮仓顶部籽粒提升机出口处，从籽粒提升机出来的谷物流作用在冲量传感器上产生一个相应的电流行信号，经导线传递到主控系统1的模拟量调理转换模块13，调理变换为主控计算机10可以接受到数字信号；湿度传感器5固定在收割机粮仓内部籽粒提升机出口处，测量进入粮舱的作物湿度h，同样要经模拟量调理转换模块13调理变换为主控计算机10可以接受到数字信号；籽粒提升机速度传感器9设置在提升机主动轮轴附近，主要用来测量提升机速度R信息，并经数字量隔离输入模块14传递给主控计算机10。采用籽粒提升机速度传感器9的原因是谷物流从籽粒提升机抛出时，其抛出速度V和提升机的转速R有线性关系V＝aR(a为比例系数)。如果按提升机转速不变的假设处理谷物流的冲量与质量关系，则一旦提升机转速R发生变化，势必造成较大的误差，因此必须根据提升机实际转速进行修订。主控系统1首先根据籽粒提升机速度R、谷物流冲量W，由冲量函数W＝f(m，R)得到谷物质量信息m。然后由收割机行走速度V和割台宽度L得到某一时间内的收割面积S＝V·L，再经过湿度补偿，产量Y=(1-h)km/S]]>就测量出来了(这里k为修正系数，实际使用时通过计算测量值和称量值的比例关系标定得到)。主控计算机10再通过串行接口16获取GPS传感器7接收到的经纬度信息，将此时的产量和经纬度信息融合，就形成了该点出的产量数据。主控计算机10不断重复上述过程，就可以不断获取并记录田块的产量信息了。与此同时，主控计算机10一边把数据计算处理后存储在自己的存储模块11中，一边把数据通过串行接口15传递给无线传输模块8的串行接口19，再经数据协议转换模块19处理打包后经无线信号收发模块17发送出去。实现了产量信息的实时无线传输。
本发明实现了谷物产量的实时在线测量，并具备数据远程无线传输等功能，延长了设备的使用空间，使得数据的最终采集变得简单可行，实现了专家和数据的双重共享。通过增加籽粒提升机速度传感器有效地解决了籽粒提升机速度对冲量信号测量的影响问题，解决了冲量式测产方式的精度问题。行走速度传感器采用测量车轮转数的方式，既降低了成本，也简化了设置，提高了系统的实用性。
权利要求
1.一种基于远程数据传输的智能测产系统，包括主控系统(1)、稳压电源(2)、GPS传感器(7)，其特征在于，还包括行走速度传感器(3)、冲量传感器(4)、湿度传感器(5)、割台传感器(6)、无线传输模块(8)和籽粒提升机速度传感器(9)，主控系统(1)和稳压电源(2)设置在收割机驾驶室内；行走速度传感器(3)设置在收割机前驱动轮轴上方，测量车轮转数并传送给主控系统(1)，由主控系统(1)处理后获得收割机行走速度；冲量传感器(4)设置在粮舱顶部籽粒提升机出口处，实时测量从籽粒提升机出来的谷物流产生的冲量；湿度传感器(5)设置在粮舱内部正对籽粒提升机出口，测量作物湿度；割台传感器(6)设置在割台上方，通过判断割台的升降状态监测收割机工作GPS传感器(7)和无线传输模块(8)通过磁铁吸附在驾驶室顶棚上，GPS传感器(7)接受GPS卫星传来的定位信号，获得收割机所处位置的经度和纬度的实时数据并传至主控系统(1)；籽粒提升机速度传感器(9)设置在籽粒提升机主动轮轴上方，测量提升机速度并传递给主控系统(1)；主控系统(1)接收上述各传感器采集到的信息后，一方面进行计算处理并将数据存储在内部存储器，一方面通过无线传输模块(8)传送至监控中心的计算机，实现谷物产量的实时在线测量。
2.根据权利要求1所述的基于远程数据传输的智能测产系统，其特征是，主控系统(1)由主控计算机(10)、存储模块(11)、触摸屏式人机界面(12)和模拟量调理转换模块(13)、数字量隔离输入模块(14)、串行接口(15)和串行接口(16)组成，其中主控计算机(10)是系统的核心，存储模块(11)负责储存系统程序和采集到的数据，触摸屏式人机界面(12)实时显示系统信息，并提供一个参数调整的窗口和手段，模拟量调理转换模块(13)把冲量传感器(4)和湿度传感器(5)传来的模拟量信号转换成数字信号传送到主控计算机(10)，数字量隔离输入模块(14)将割台传感器(6)、行走速度传感器(3)和籽粒提升机速度传感器(9)传来的脉冲信号隔离变换成主控计算机(10)能够适应的电压水平，串行接口(15、16)利用串行RS-232协议与GPS传感器(7)和无线传输模块(8)进行信息交换，各部分间通过内部总线互联。
3.根据权利要求1所述的基于远程数据传输的智能测产系统，其特征是，无线传输模块(8)由无线信号收发模块(17)、串行接口(18)和数据协议转换模块(19)组成，串行接口(18)接受到主控系统(1)传来的信息后经数据协议转换模块(19)打包转换为符合移动通信协议要求的数据帧，通过无线信号收发模块(17)向外传送。
4.根据权利要求2或者3所述的基于远程数据传输的智能测产系统，其特征是，主控计算机(10)一边把数据计算处理后存储在存储模块(11)中，一边把数据通过串行接口(15)传递给串行接口(18)，再经数据协议转换模块(19)处理打包后经无线信号收发模块(17)发送出去，实现产量信息的实时无线传输。
5.根据权利要求1所述的基于远程数据传输的智能测产系统，其特征是，行走速度传感器(3)采用接近开关测量行走轮转速进而得到联合收割机作业速度。
6.根据权利要求1所述的基于远程数据传输的智能测产系统，其特征是，冲量传感器(4)采用基于双孔平行梁的拦截指式谷物流量传感器。
7.根据权利要求1所述的基于远程数据传输的智能测产系统，其特征是，湿度传感器(5)采用电容式谷物湿度传感器。
8.根据权利要求1所述的基于远程数据传输的智能测产系统，其特征是，割台传感器(6)接近开关感知割台状态。
9.根据权利要求1所述的基于远程数据传输的智能测产系统，其特征是，籽粒提升机速度传感器(9)利用接近开关测量谷物提升机传送链驱动轮转速。
全文摘要
一种测量控制技术领域的基于远程数据传输的智能测产系统，其中主控系统和稳压电源通过导线相连，行走速度传感器测量车轮转数并传送给主控系统，冲量传感器实时测量从籽粒提升机出来的谷物流产生的冲量，湿度传感器测量作物湿度，割台传感器通过判断割台的升降状态监测收割机工作，GPS传感器接受GPS卫星传来的定位信号并传至主控系统，籽粒提升机速度传感器测量提升机速度并传递给主控系统，主控系统接接收上述各传感器传递的信息后，一方面进行计算处理并将数据存储在内部存储器，一方面通过无线传输模块传送至监控中心的计算机，实现谷物产量的实时在线测量。本发明构成简单，精度和可靠性高，实用性强，可应用于精准农业谷物测产。
文档编号A01D41/127GK1695419SQ20051002705
公开日2005年11月16日 申请日期2005年6月23日 优先权日2005年6月23日
发明者苗玉彬, 刘成良, 周俊 申请人:上海交通大学