CN101943899B

CN101943899B - 变量施肥农机的人机交互系统

Info

Publication number: CN101943899B
Application number: CN2010102294463A
Authority: CN
Inventors: 汤修映; 陈伊哲; 彭彦昆; 蒋伟康; 王伟; 徐杨
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2030-07-12
Also published as: CN101943899A

Abstract

本发明公开了自动控制技术领域中的一种变量施肥农机的人机交互系统，用以解决变量施肥农机操作人员无法获得瞬时数据和无法实时控制施肥量的问题。所述系统包括输入模块、用户数据接收模块、瞬时数据接收模块、数据转换模块和显示模块；输入模块与用户数据接收模块相连；用户数据接收模块分别与数据转换模块和车载计算机相连；瞬时数据接收模块分别与数据转换模块和车载计算机相连；数据转换模块分别与用户数据接收模块、瞬时数据接收模块和显示模块相连；显示模块与数据转换模块相连；各个相连的模块通过RS232串口连接；输入模块用于输入用户数据，显示模块通过用户数据显示界面和瞬时数据显示界面显示数据。本发明使施肥过程更加精细准确。

Description

变量施肥农机的人机交互系统

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种变量施肥农机的人机交互系统。

背景技术

近年来随着科技的进步，循环农业技术也在我国得到快速的发展，其地位不断提高。循环农业技术是基于现代电子信息技术、生物技术、作物栽培管理辅助决策与支持技术和农业工程装备技术等集成组装起来的作物生产精细经营技术，其特点是根据当时当地测定的作物实际需要确定对作物的变量投入以及对农业垃圾进行回收再利用，其目标是更好地利用耕地资源潜力，科学利用投入，提高产量，降低生产成本，节约资源，减少农业活动带来的不良环境后果，实现农业生产系统的可持续发展。

循环农业技术最核心的部分就是利用现代科技手段让拖拉机、施肥机变得“聪明”起来。通过对历年农田中产量、肥力等数据的处理，总结出肉眼看不出来的差异，并依据这些结果提出最适合各个农田地块的施肥施药数据。利用全球定位系统进行定位，让拖拉机、施肥机在工作过程中自动实现依据变化的数据进行变量施肥。而农田管理者可以通过人机交互系统来对施肥量进行实时监测。该系统需要对DSP输出的数据进行筛选分类，将实时的施肥量的变化值和设定值显示在界面中，并且具有手动设定地块施肥量的功能。

申请号为200510114778.6，名称为《基于GPS的播种机变量施肥自动控制装置》的专利申请提供了一种基于GPS播种机的变量施肥控制装置。该装置可以实现由车载的GPS接收机根据无线数传接收机接受的GPS信息确定播种机的田间位置，并将位置信息送到车载计算机中，车载计算机将其数据库中的变量施肥数据与田地位置信息相结合，向变量控制驱动器发送指令，后者控制电控无级变速器改变播种机排肥传动系统的传动比，达到变量施肥的目的。

然而，上述装置在使用过程中却存在着一些问题：

1、施肥过程中，操作人员无法获得瞬时的施肥数据与田地位置信息，不能及时了解地块施肥情况。

2、变量施肥装置的施肥量根据车载计算机中的数据库记录的变量施肥数据与田地位置信息事先设定，但是在环境发生变化需要临时改变施肥量时，没有有效的解决手段。比如，事先设定某地块中钾的施肥量为5000克，但是由于施肥当天温度高，蒸发量大，为了保证土壤中的钾含量，需要将该地块钾的施肥量提高到6000克时，只能重新设定车载计算机中的数据库记录的变量施肥数据。如果每个地块都这样重新设定，工作将相当繁重。如果操作人员能够临时控制某地块的施肥量，则无疑将会使施肥准确率和效率得到大幅提高。

发明内容

本发明旨在提供一种变量施肥农机的人机交互系统，用以解决上述背景技术中描述的变量施肥农机存在的问题。

技术方案是，一种变量施肥农机的人机交互系统，通过控制变量施肥农机的车载计算机来控制变量施肥农机的施肥量，并显示变量施肥农机的作业信息，其特征是所述系统包括输入模块、用户数据接收模块、瞬时数据接收模块、数据转换模块和显示模块；

其中，所述输入模块与用户数据接收模块相连；

所述用户数据接收模块分别与数据转换模块和车载计算机相连；

所述瞬时数据接收模块分别与数据转换模块和车载计算机相连；

所述数据转换模块分别与用户数据接收模块、瞬时数据接收模块和显示模块相连；

所述显示模块与数据转换模块相连；

上述各个相连的模块通过RS232串口连接；

所述输入模块用于输入用户数据；

所述用户数据接收模块用于接收输入模块输入的用户数据，并将其传送到数据转换模块；所述用户数据接收模块包括数据变化检测单元、显示用户数据发送单元和执行用户数据发送单元；所述数据变化检测单元分别与数据输入模块、显示用户数据发送单元和执行用户数据发送单元相连；所述显示用户数据发送单元与数据转换模块相连；所述执行用户数据发送单元与车载计算机相连；所述数据变化检测单元用于检测输入模块输入的用户数据是否发生变化，当输入模块输入的用户数据发生变化时，数据变化检测单元控制显示用户数据发送单元将用户数据发送到数据转换模块，同时数据变化检测单元还控制执行用户数据发送单元将用户数据发送到车载计算机；

所述瞬时数据接收模块用于接收车载计算机的瞬时数据，并将其传送到数据转换模块；所述瞬时数据接收模块包括瞬时数据获取单元、瞬时数据发送单元；所述瞬时数据获取单元分别与车载计算机和瞬时数据发送单元相连；所述瞬时数据发送单元与数据转换模块相连；所述瞬时数据获取单元用于从车载计算机获取瞬时数据并发送到瞬时数据发送单元；所述瞬时数据发送单元用于将获取的瞬时数据发送到数据转换模块；

所述数据转换模块用于判断接收的数据是用户数据还是瞬时数据，并将接收的二进制数据转换后发送给显示模块；

所述显示模块用于显示用户数据和瞬时数据。

所述用户数据包括地块号和施肥量。

所述瞬时数据包括当前施肥量，变量施肥农机行走速度、经度、维度，地块号和当前时间。

显示模块使用状态条组件、瞬时数据显示组件、用户数据显示组件、数据说明组件显示相应数据，并使用通讯组件实现对RS232串口输入的数据进行处理并输出给对应的组件。

所述输入模块采用触摸屏作为数据输入，则显示模块还包括输入组件。

所述RS232串口通讯每次数据传输为8位，前2位为标识位，后6位为对应的数据数值。

本发明提供的系统，可以使操作人员实时了解地块信息和施肥量；同时还能根据环境特点的变化，通过输入地块号和施肥量，临时改动某地块的施肥量，从而使施肥过程更加精细准确。

附图说明

图1是本发明提供的系统结构图；

图2是瞬时数据显示界面效果图；

图3是用户数据显示界面效果图；

图4是人机交互系统界面数据分析程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明提供的系统结构图。图1中，本发明提供的一种变量施肥农机的人机交互系统，通过控制变量施肥农机的车载计算机来控制变量施肥农机的施肥量，并显示变量施肥农机的作业信息。该系统包括输入模块、用户数据接收模块、瞬时数据接收模块、数据转换模块和显示模块；输入模块与用户数据接收模块相连，用户数据接收模块分别与数据转换模块和车载计算机相连，瞬时数据接收模块分别与数据转换模块和车载计算机相连，数据转换模块分别与用户数据接收模块、瞬时数据接收模块和显示模块相连，显示模块与数据转换模块相连，上述各个相连的模块通过RS232串口连接。

输入模块用于输入用户数据，用户数据包括地块号和氮磷、钾的施肥量。用户数据接收模块用于接收输入模块输入的用户数据，并将其传送到数据转换模块。瞬时数据接收模块用于接收车载计算机的瞬时数据，瞬时数据包括当前施肥量，变量施肥农机行走速度、经度、维度，地块号和当前时间。瞬时数据接收模块接收到车载计算机的瞬时数据后，将其传送到数据转换模块。数据转换模块用于判断接收的数据是用户数据还是瞬时数据，并将接收的二进制数据转换后发送给显示模块。显示模块用于显示用户数据和瞬时数据。

用户数据接收模块包括数据变化检测单元、显示用户数据发送单元和执行用户数据发送单元。所述数据变化检测单元分别与数据输入模块、显示用户数据发送单元和执行用户数据发送单元相连；所述显示用户数据发送单元分别与数据变化检测单元和数据转换模块相连；所述执行用户数据发送单元分别与数据变化检测单元和车载计算机相连。数据变化检测单元用于检测输入模块输入的用户数据是否发生变化，当输入模块输入的用户数据发生变化时，数据变化检测单元控制显示用户数据发送单元将用户数据发送到数据转换模块，同时数据变化检测单元还控制执行用户数据发送单元将用户数据发送到车载计算机，车载计算机根据用户输入数据进行施肥操作。

瞬时数据接收模块包括瞬时数据获取单元、瞬时数据发送单元。所述瞬时数据获取单元分别与车载计算机和瞬时数据发送单元相连；所述瞬时数据发送单元分别与瞬时数据获取单元和数据转换模块相连。瞬时数据获取单元用于从车载计算机获取瞬时数据，瞬时数据包括当前施肥量，变量施肥农机行走速度、经度、维度，地块号和当前时间。瞬时数据发送单元用于将获取的瞬时数据发送到数据转换模块。

显示模块用于显示用户数据和瞬时数据，用户数据包括地块号和氮、磷、钾的施肥量，瞬时数据包括当前施肥量，变量施肥农机行走速度、经度、维度，地块号和当前时间。显示模块可以分别使用瞬时数据显示界面和用户数据显示界面显示相应的数据。在数据显示时，可以利用跨平台的C++图形用户界面，应用程序框架qt中的图形化编程技术创建人机交互界面并添加相应组件，设置相应的参数，连接对应的信号和槽。组件包括状态条组件(hmiprogressbar)、瞬时数据显示组件(lcdNumber)、用户数据显示组件(textEdit)、数据说明组件(label)和通讯组件(serialport)。如果采用触摸屏作为数据输入，显示模块还可以包括输入组件(pushbotton)。

其中，设置相应的参数是指设置组件的外观、大小、默认值、字体、字号、颜色等，设置连接对应的信号和槽，是指设置组件需要调用的参数和函数。

状态条组件(hmiprogressbar)通过状态条形象地显示瞬时数据中的当前施肥量以及车载计算机的设定施肥量，即氮、磷、钾的当前施肥量和设定施肥量。通过程序编写将数据转换模块送入的施肥量数据经由串口，按一定的通讯协议写入该组件，可以根据实际情况设定其最大值和最小值，并使用不同的颜色代表不同的数值，用以形象地表达施肥量。该组件通过valuechanged(int)函数，将信号(数据)引出，联结其至瞬时数据显示组件(lcdNumber)的display(int)函数。

瞬时数据显示组件(lcdNumber)，用于实时显示氮、磷、钾的瞬时施肥量以及地块号、农机行驶速度、经纬度和时间等信息，需要设置其显示的进制类型为十进制。其通过display(int)函数接收由状态条组件(hmiprogressbar)提供的valuechanged(int)信号，来保证施肥量数值的准确性。

图2是瞬时数据显示界面效果图。图2中，氮、磷、钾的瞬时施肥量通过状态条和数值分别显示，在其下方是瞬时的地块号、农机行驶速度、经纬度和时间等信息。

用户数据显示组件(textEdit)，用来显示通过矩阵键盘输入的地块号以及对应的氮、磷、钾施肥量信息，让人能够直观的了解键入的数值。

数据说明组件(label)用于对其他各个部件进行简要说明，让农田管理者能够轻易获取所需要的信息。

图3是用户数据显示界面效果图。图3中，用户输入的地块号和氮、磷、钾的施肥量可以通过用户数据显示界面显示出来。

输入组件(pushbotton)，用于形象地表示矩阵键盘的对应的按键，并利用其建立相应的功能函数，响应按键的按下信息。

通讯组件(serialport)，用来实现对RS232串口输入的数据进行处理并输出给对应的组件。需要设定其端口号为1、波特率为9600、奇偶校验为无、超时为50ms、自动运行启用等属性，来达到接收相关模块输出信号的目的。

由于是本地通讯，故选用较为普遍的RS232串行接口进行通讯，相关模块输出的数据通过串口处理之后数据转换模块接收的将为QByteArray型数据。需要对其进行识别和处理。图4是人机交互系统界面数据分析程序流程图。图4中，在用户数据显示界面将输入的数据分别给入相应的用户数据显示组件(textEdit)内。由于用户数据显示组件(textEdit)可以直接识别QByteArray型数据，所以不用对输入数据再进行变换，但是需要通过改变焦点，来实现输入的数据显示在对应的用户数据显示组件(textEdit)内。在瞬时数据显示界面，由于不同数据需要给入不同的组件，所以需要建立通讯协议。利用串口通讯每次数据传输为8位的规则，定义前2位为标识位，后6位为对应的数据数值。标识位用于表示数据类型(施肥量、经纬度、行走速度、时间)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种变量施肥农机的人机交互系统，通过控制变量施肥农机的车载计算机来控制变量施肥农机的施肥量，并显示变量施肥农机的作业信息，其特征是所述系统包括输入模块、用户数据接收模块、瞬时数据接收模块、数据转换模块和显示模块；

其中，所述输入模块与用户数据接收模块相连；

上述各个相连的模块通过RS232串口连接；

所述输入模块用于输入用户数据；

所述用户数据接收模块用于接收输入模块输入的用户数据，并将其传送到数据转换模块；所述用户数据接收模块包括数据变化检测单元、显示用户数据发送单元和执行用户数据发送单元；所述数据变化检测单元分别与输入模块、显示用户数据发送单元和执行用户数据发送单元相连；所述显示用户数据发送单元与数据转换模块相连；所述执行用户数据发送单元与车载计算机相连；所述数据变化检测单元用于检测输入模块输入的用户数据是否发生变化，当输入模块输入的用户数据发生变化时，数据变化检测单元控制显示用户数据发送单元将用户数据发送到数据转换模块，同时数据变化检测单元还控制执行用户数据发送单元将用户数据发送到车载计算机；

所述显示模块用于显示用户数据和瞬时数据。

2.根据权利要求1所述的一种变量施肥农机的人机交互系统，其特征是所述用户数据包括地块号和施肥量。

3.根据权利要求1所述的一种变量施肥农机的人机交互系统，其特征是所述瞬时数据包括当前施肥量，变量施肥农机行走速度、经度、维度，地块号和当前时间。

4.根据权利要求1、2或3中的任意一项权利要求所述的一种变量施肥农机的人机交互系统，其特征是显示模块使用状态条组件、瞬时数据显示组件、用户数据显示组件、数据说明组件显示相应数据，并使用通讯组件实现对RS232串口输入的数据进行处理并输出给对应的组件。

5.根据权利要求4所述的一种变量施肥农机的人机交互系统，其特征是所述输入模块采用触摸屏作为数据输入，则显示模块还包括输入组件。

6.根据权利要求4所述的一种变量施肥农机的人机交互系统，其特征是所述RS232串口通讯每次数据传输为8位，前2位为标识位，后6位为对应的数据数值。