基于嵌入式计算机的气吸式免耕玉米播种机智能监控装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于农业机械智能监控技术领域，具体涉及一种气吸式免耕玉米播种 机智能监控装置。
【背景技术】
[0002] 我国玉米总产量居世界第2位，玉米播种连续田间作业面积大，特别适合大马力 玉米精播机械作业，并已成为实现增产增收的关键。目前，国内使用的玉米精播机大多数是 机械式和气力式的，播种作业过程是全封闭的，一旦播种过程出现"断条"漏播、漏施现象， 仅凭人的视听无法直接连续监测，尤其对播种、施肥作业使用的免耕玉米播种机来说，由于 作业地表秸杆覆盖，环境条件比精播机工作时更加恶劣，会频繁发生一行或数行"断条"漏 播、漏施现象。据有关部门的统计显示，我国年平均漏播率为1%，接近于日本的总耕种面 积。随着电子信息技术和播种技术的发展，玉米播种技术在工作效率和智能化水平也有了 新的发展空间。国内外许多专家学者依据单片机在各个领域控制监测装置的优势，不断将 此技术应用到播种、施肥作业，再加上播种自动漏播补种系统的实现，解决了玉米精播机在 播种、施肥作业时出现"断条"漏播、漏施及用户对施肥量不能控制的问题。同时，由于玉米 精播机采用先进的监控技术，将大大减少种肥的使用量，提高种肥的利用率，也从一定程度 上减少过量使用化肥而造成的环境污染。
[0003] 在最初设计玉米播种机监控装置时，考虑采用单片机实现监控功能强、成本低、体 积小，下位机选用15片单片机实现12个种箱、12根种管、3个肥箱和12根肥管的监控，上 位机用嵌入式工控机实现种肥计量、报警等显示功能，通过CAN总线完成上位机与下位机 之间的通信。经田间使用发现，15片单片机供电接线多，再加上有线通信，布线复杂，安放位 置不容易确定，供电接线多，尤其在系统测试时，系统工作是通过轮询的方式采集各监测点 的信息，程序运行时间多处使用延时程序，延时时间决定各监测点的信息能否被采集到。比 如，同样的报警程序在第15个监测点正常报警，而在第1个监测点会出现不报警的现象，可 靠性差，反应速度慢、实时性不强，容易出现系统故障，从而影响实时监控的性能。另外，为 了提高大型玉米播种机作业质量，依据实际田间播种作业所需，还应增加耕深、播深及玉米 播种机械性能参数监控，单片机数量会成倍增加，轮询检测的时间更不易控制。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的就是针对上述已有技术存在的问题，研制了一种基于嵌入式计 算机的气吸式免耕玉米播种机智能监控装置。
[0005] 本实用新型采用的技术解决方案是：基于嵌入式计算机的气吸式免耕玉米播种机 智能监控装置，其硬件系统结构分为上位机硬件和下位机硬件两部分：
[0006] (1)上位机硬件安装在玉米播种机驾驶室内，上位机硬件部分由嵌入式工控机、 GPS模块和两个无线通讯模块组成，上位机硬件是整个系统监控中心，负责提供系统用户界 面，发送和接收各种信号，显示玉米播种机所在的经度、炜度、机车行进方向和速度；根据用 户给定的值自动调整施肥量；实现播种量和施肥量计算和显示，实现种肥箱排空、种肥管空 堵情况报警。
[0007] (2)下位机硬件安装在玉米播种机侧面自制的封闭控制箱内，下位机硬件部分包 括由IntelPXA270芯片和CPLD扩展电路构成的智能控制及处理模块、数据釆集模块、步进 电机驱动模块、数据存储模块及无线通讯模块，智能控制及处理模块控制数据釆集模块釆 集数据，并将数据存入数据存储模块，存储完毕后，智能控制及处理模块调用数据存储模块 的数据进行计算及智能分析处理，并将智能分析处理结果输出至智能控制模块，并将处理 后的数据通过无线通讯模块传送到上位机，下位机硬件负责完成玉米播种机模拟信号和数 字信号采集，并依据监测的种箱排空、种管空堵情况自动实现漏播补种，并通过下位机软件 的无线通讯模块将监控分析处理结果发送到上位机监控中心。
[0008] 本实用新型的技术效果是：该装置将传感器技术、无线通信技术和嵌入式技术应 用到现代玉米播种、施肥作业过程中，采用PXA270+CPLD+IPC(先进RISC处理器+复杂可 编程逻辑器件+嵌入式工控机）的体系结构及无线通讯传输方式，集数据采集、计量、报警、 控制及通信功能于一体。此装置数据采集部分全部由一片CPLD处理器控制，保证各监测点 数据采集的实时、高效；控制部分全部由一片PXA270处理器实现，保证控制过程的实时、准 确，增加监控点容易，可扩展性强，出现故障检修方便；整个装置占用空间小，可安放在玉米 播种机侧面自制的封闭控制箱内，避免田间潮湿、灰尘等环境因素影响；更主要的是本装置 是基于嵌入式实时操作系统（WindowsCE)系统环境，采用C++语言编程，PXA270处理程序 通过线程管理整个系统的软硬件资源，提高系统资源的使用效率，不会再出现轮询检测不 报警的问题，运行稳定。另外，在实际应用过程中，为了解决玉米播种机开始作业时，由于种 子和化肥到达检测位置需要一定时间，虽然很短，但会出现种肥管空报警，在上位机系统用 户界面添加一个"启动报警"按钮。
[0009] 本研究提出了一种基于嵌入式计算机的实时监控玉米播种、施肥作业情况的装 置，并结合北方寒地气吸式免耕玉米播种施肥的实际田间作业情况，开发一套安装方便、准 确度高、反应速度快、实时性强，体积小，运行稳定、易维护、可扩展、抗污染的气吸式免耕玉 米播种机智能监控装置。
【附图说明】
[0010] 图1系统下位机硬件结构方框图；
[0011] 图2系统上位机硬件结构方框图；
【具体实施方式】
[0012] 下面结合说明书附图对本实用新型实施例进行详细描述：
[0013] 1.系统硬件组成
[0014] 本系统硬件结构分为上位机和下位机两部分。上位机安装在玉米播种机驾驶室 内，包括嵌入式工控机、GPS模块和两个无线通讯模块；下位机安装在玉米播种机侧面自制 的控制箱内。下位机电路板长为15cm，宽为10cm，包括智能控制及处理模块、数据釆集模 块、数据存储模块、无线通讯模块、步进电机驱动模块。其硬件结构方框图如图1(下位机)、 图2 (上位机）所示。各模块【具体实施方式】如下：
[0015] 1. 1嵌入式工控机
[0016]DW-101TPC-B3嵌入式工控机为12V直流输入，整机功耗约20W，机器预装Winows XP，稳定性好，可长时间开机工作。
[0017] (1)安装：上位机安装在玉米播种机驾驶室内。
[0018] (2)作用：提供系统用户界面，发送和接收各种信号指令，实现排种器播种量和排 肥轴施肥量计算，用户通过上位机自动调整所需施肥量；
[0019] 1. 2GPS模块
[0020] 本系统选用GPS接收器GS-216 (MT3339)，它是一款完全外置式GPS接收器，使用 非常方便。
[0021] (1)接口信号连接：GS-216接收器通过USB接口与DW-101TPC-B3嵌入式工控机连 接。
[0022] (2)作用：负责获取玉米播种机所在的经度、炜度、机车行进方向和速度。
[0023] 1. 3无线通讯模块
[0024]XL4432 -D01无线通讯模块是一块体积小巧的、低功耗的完整无线收发模块。
[0025] (1)接口信号连接：上位机的无线通讯模块通过USB接口与DW-101TPC-B3嵌入式 工控机连接；下位机的无线通讯模块通过串口与PXA270处理器连接。
[0026] (2)作用：通过上位机通讯模块和下位机通讯模块实现数据和控制命令发