本发明属于大型智能农业机械装备制造与自动化技术领域，具体是涉及一种基于触摸显示的采棉机智能监控系统。
背景技术：
采棉机是大型棉田必不可少的棉花采摘收获机械，可大幅度提高棉花采摘效率，节约劳动成本。在采棉机工作过程中，需要知道许多的工作数据，比如棉花产量、水路压力、行走速度、风机转速、油温、发动机冷却液温度等等，同时还希望在有故障情况发生时能够及时的通知驾驶员，以便及时的维修处理，减小损失。
而目前市场上的此类产品多为机械式仪表盘，不仅体积庞大、显示不够直观、性能单一、不兼容新型的发动机电控系统，扩展性差，而且对于故障情况没有识别能力，当发生故障时不能及时的报警，很容易造成巨大的损失。
因为采棉机在一年中作业时间短，但作业强度大，故对稳定性及故障诊断能力要求比较严格，而这些性能传统仪表往往难以达到。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足之处，提供了一种基于触摸显示的采棉机智能监控系统，采用人机交互界面，通过显示屏能实时显示采棉机的各种状态，并对故障进行报警提醒。
本发明是通过以下的技术方案实现的。
一种基于触摸显示的采棉机智能监控系统，包括上位机监控单元、采集单元、传感单元、输入机构单元及报警单元，上位监控单元通过can总线连接采集单元，并实时获取及显示由采集单元通过传感单元的各个传感器检测的采棉机工作信息，上位监控单元与报警单元直接相连，采集单元与输入机构单元、传感单元直接相连；
上位机监控单元包括主处理器、di输入模块、报警模块、存储模块、通信模块和触摸显示模块，所述主处理器通过can总线与采集单元和发动机电控系统相连，通过并行总线与触摸显示模块、存储模块和通信模块相连，用于接收can总线传输的数据并处理，然后给触摸显示模块发送显示指令，同时也可以通过can总线通信向采集单元发送数据；所述di输入模块与主处理器相连，用于输入操作指令及切换触摸显示模块上显示不同的显示界面；所述报警模块是主处理器所控制的蜂鸣器，当有报警信号时处理器会控制蜂鸣器发出声音；上述的di是指数字输入信号(digitalinput的缩写)
采集单元包括处理器、输入模块、do输出模块、存储模愉和ad转换模块；处理器通过can总线与输入机构单元连接，进行数据处理与收发；所述的输入模块、do输出模块、ad转换模块分别与处理器直接相连；ad转换模块接收并转换传感单元(3)采集到的信号；do是指数字输出信号(digitalout的缩写)。
传感单元包括有水压传感器、温度传感器、电阻传感器和接近开关，水压传感器用于采集采棉头水路压力信息，温度传感器用于采集液压油油温信息，电阻传感器由于采集邮箱油位信息，接近开关用于检测风机转速、行走速度和吸入门的信号，各个传感器将采集信息输入到采集单元的ad转换模块，传感器的输出值会随着采集信号的变化而变化；
输入机构单元包括有四个主动接触式机械开关，分别是风机结合开关，用于控制风机与发动机的结合；水压开关，用于控制采棉头的给水系统；卸棉开关，用于控制棉箱的翻转；润滑开关，用于控制采棉头的润滑系统。
报警单元与主处理器相连，包括有红色、黄色及绿色的报警led灯；
所述智能监控系统的控制流程包括如下：
在系统上电后，采集单元和监控单元首先读取历史数据，比如收获面积、计算参数等；
传感单元开始采集各传感器对应的信号值，传输给处理器，包括油位，油温、风机转速、采棉头水压及行走速度；
采集单元会实时的不断将传感单元采集到的风机转速、水压、行走速度、油温等信号通过ad转换模块转化为数字信号后，通过can总线传输到上位机监控单元；
上位机监控单元处理后将其实时的显示在触摸显示模块上；
判定油温是否超范围，如油温值过高时则上位机监控单元输出控制点亮黄灯；
采集单元将输入机构单元的状态按照布尔量通过can总线传输给上位机监控单元，上位机监控单元将对应的空挡、润滑、卸棉状态量按照绿色有效、白色无效的方式显示，同时采集单元通过控制对应继电器的通断来响应各个输入机构单元的开关状态；
采集单元会不断地将采集到的吸入门与离合器的状态值发送给上位机监控单元，采棉头内部的吸入门开关自动检测采棉头内棉花过多或者被其他杂物堵塞，以及采棉机的离合器滞留时，则会发出报警信号；当上位机监控单元检测到相应信号为“真”时，会将吸入门、离合器的对应标志变为红色，报警单元点亮红色报警led灯，同时会有报警声音响起；
采集单元和上位机监控单元通过can总线连接发动机电控系统，可在上位机监控单元上查看发动机转速、故障代码信息，上位机监控单元还可根据发动机转速计算发动机的工作时间，以便用户定时维护发动机；
各采集数据可能不准确根据正确值校准，通过上位机监控单元的设置界面输入校准系数，然后上位机监控单元会通过can总线将新设置的系数发送给采集单元，同时采集单元和上位机监控单元会保存下新设置的系数值。
所述上位机监控单元的存储模块包括有型号为at24lc0281的eeprom存储芯片和型号为s29gl128p10tfi01的norflash存储芯片，eeprom存储芯片用于保存每次的工作参数以及历史数据，norflash存储芯片用于存储显示用到的字库以及图片资源。
所述采集单元的存储模块包括有型号为at24lc0281的eeprom存储芯片，主要扩睛存储收获面积与计算参数。
所述的报警单元的控制流程是，当正常工作时，绿色报警led灯亮；有警告信号时，黄色报警led灯亮，表示有预警信号发生，包括温度过高，但是还可继续工作；有报警信号时，红色报警led灯亮，表示发生严重故障，不能继续工作，否则可能会发生较大事故。
所述的di输入模块是与主处理器相连的四个输入按键，分别标识为f1、f2、f3、f4，可分别控制切换显示不同的显示界面。
本发明技术方案的部分实施例中具有的优点是：1、传感单元可采用4-20ma的电流型传感器以及阶段式电阻传感器，抗干扰能力强，对机械安装的精度没有太大的要求。2、通过触摸式lcd液晶显示屏显示所有数据，直观、详细，并且用户可根据个人习惯自定义工作模式。3、采集的数据量丰富，包括风机转速、水压、行走速度、水温、油温、油压、离合器和吸入门状态等。4、兼容性强，能够兼容发动机电控节点，显示发动机转速、工作时间、发动机故障代码等。5、对于故障情况能够主动报警提醒，降低了事故发生的风险和损失。6、调节方便，当更换新的传感器后，可在上位机监控单元直接输入参数调整，无需更改硬件。7、整个系统易于构建,可靠性高,成本低廉，易于工程应用、推广。
附图说明
图1是实例例中的采棉机智能监控系统的整体结构框图。
图2是实施例中的上位机监控单元的内部结构框图。
图3是实施例中的采集单元的内部结构框图。
具体实施方式
以下结合附图与优选实施例对本发明进行详细的说明。
如图1所示，本实施例的采棉机智能监控系统，包括上位机监控单元1、采集单元2、传感单元3、输入机构单元4以及报警单元5。上位机监控单元1通过can总线与采集单元2节点相连接，与报警单元5直接相连，采集单元2与输入机构单元4、传感单元3直接相连。
如图2所示，上位机监控单元1主要包括有主处理器6、di输入模块7、报警模块8、存储模块9、通信模块10、lcd触摸显示模块11。上位机监控单元1通过can总线实时获得并显示采集单元通过各个传感器获取到的整车工作信息，lcd触摸显示模块可以由切换按键切换显示不同界面，分类显示不同信息，并根据各节点传输的信息判断是否执行报警行为，同时用户可根据个人习惯自定义工作模式，当状态参数不准时，能够通过智能输入机构单元对采集单元的系统进行校准，智能监控系统还能够记录历史数据。
主处理器与di输入模块、报警模块、存储模块、通信模块、lcd触摸显示模块直接相连。主处理器通过di输入模块与四个输入按键相连，按下不同按键时，显示不同界面信息。在工作过程中，根据工作状态报警模块亮出不同颜色的信号灯，存储模块存储历史数据、计算系数、字库和图片等信息，通信模块通过can总线与采集单元通信，lcd触摸显示模块显示相应的数据信息。
主处理器具体型号为st公司生产的arm内核芯片stm32f407，通过can总线与采集单元和发动机电控系统相连，通过并行总线与lcd触摸显示模块相连，主要功能是接收can总线传输的数据并处理，然后给lcd触摸显示模块发送显示指令，同时也可以通过can总线通信向采集单元发送数据。
di输入模块是与主处理器相连的四个输入按键，分别为f1、f2、f3、f4，可分别切换显示不同的显示界面。报警模块指一个受主处理器控制的蜂鸣器，当有报警信号时，处理器会控制蜂鸣器发出声音。
存储模块主要包括eeprom存储芯片和norflash存储芯片，具体型号分别为at24lc0281、s29gl128p10tfi01，eeprom主要用来保存每次的工作参数以及历史数据等，norflash芯片主要用来存储显示用到的字库以及图片资源。
由于主处理器内部集成了can控制器，通信模块主要是can总线收发器芯片vp230。lcd触摸显示模块主要是由武汉安富莱电子生产的ra8875驱动的触摸lcd液晶屏。
如图3所示，采集单元包括处理器12、输入模块13、do输出模块14、存储模块15和ad转换模块16。处理器12是一片arm内核芯片，具体型号是stm32f107，其向上通过can总线与输入机构单元连接，主要工作是控制ad转换模块的正常工作并读取ad转换结果，并且进行数据处理与收发；输入模块、do输出模块、ad转换模块分别与处理器直连。
存储模块是eeprom芯片at24lc0281，主要存储收获面积、计算参数等；ad转换模块的主芯片是ad7606，是一款16位的模数转换芯片，拥有8个模拟输入通道，分别转换传感单元(3)采集到的信号。
传感单元包括有水压传感器、温度传感器、电阻传感器和接近开关，水压传感器用来采集采棉头水路压力信息、温度传感器用于采集液压油油温信息、电阻传感器由于采集邮箱油位信息。各个传感器将采集信息输入到采集单元的ad转换模块，传感器的输出值会随着采集信号的变化而变化。接近开关用于检测风机转速、行走速度、吸入门等信号。
输入机构单元包括四个主动接触式机械开关：风机结合开关，用来控制风机与发动机的结合；水压开关，控制采棉头的给水系统；卸棉开关，控制棉箱的翻转(打开与关闭)；润滑开关，控制采棉头的润滑系统。
报警单元包括三个颜色分别为红、黄、绿的报警led灯，与主处理器6相连。正常工作时，绿灯亮；有警告信息时，黄灯亮，表示有预警信号发生，如温度过高等，但是还可继续工作；有报警信号时，红灯亮，表示发生严重故障，不能继续工作，否则可能会发生较大事故，比如吸入门堵塞等。
本实施例的采棉机的智能监控系统，其控制流程如下：
在系统上电后，采集单元和上位机监控单元首先读取历史数据，比如收获面积、计算参数等。
然后传感器系统开始采集对应的信号值，比如油位传感器为电阻传感器，垂直放置在邮箱内，传感器上的滑动浮块标志会随着油面的高低变化而上下移动，在不同位置传感器的电阻值就不同；在风机叶扇齿轮旁安装的接近开关会根据齿轮的不断旋转不断发出高低电平信号，采集单元根据每秒钟接收的脉冲数从而测得风机转速；对于行走速度的测量方法原理相同。
采集单元会实时的不断将采集到的风机转速、水压、行走速度、油温等信号转化为数字信号后通过can总线传输到上位机上位机监控单元，上位机监控单元处理后将其实时的显示在lcd液晶屏上，当油温值过高时上位机监控单元会亮黄灯，通知驾驶员，此时驾驶员可按f2按键切换到状态显示界面看到对应的油温标志变为红色。
采集单元会将输入机构单元的状态按照布尔量通过can总线传输给上位机监控单元，上位机监控单元会将对应的空挡、润滑、卸棉等状态量按照绿色有效、白色无效的方式显示，同时采集单元通过控制对应继电器的通断来响应各个输入机构单元的开关状态。
当采棉头内棉花过多或者被其他杂物堵塞时，会触发安装在采棉头内部的吸入门开关，同样当离合器滞留时，也会发出报警信号，采集单元会不断地将采集到的三路吸入门与离合器的状态值发送给上位机监控单元，当上位机监控单元检测到相应信号为“真”时，会将三路吸入门、离合器的对应标志变为红色，报警单元亮红色灯，同时会有报警声音响起。
另外，采集单元和上位机监控单元通信的can总线协议为saej1939协议，兼容新型发动机的电控系统，所以将发动机电控系统接入到can总线后，可在监视器上查看发动机转速、故障代码等信息，上位机监控单元还可根据发动机转速计算发动机的工作时间，以便用户定时维护发动机。
在系统开始设置前，各采集数据可能不准确，此时需要根据正确值校准，通过上位机监控单元的设置界面输入校准系数，然后上位机监控单元会通过can总线将新设置的系数发送给采集单元，同时采集单元和上位机监控单元会保存下新设置的系数值。