CN106471995B - 一种联合收割机作业状态在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合收割机作业状态在线监测系统，包括配置有LabVIEW系统的上位机、扭矩检测系统、转速检测系统以及故障监控系统；所述上位机包括中央控制器，所述中央控制器分别连接有移动通信模块、中断控制器以及触摸显示屏；所述中断控制器连接有无线路由器；所述扭矩检测系统包括若干无线扭矩传感器和第一无线数据采集器；所述转速检测系统包括若干无线角位移传感器和第二无线数据采集器；第一和第二无线数据采集器分别与无线路由器进行无线通信；故障监控系统包括若干分别与无线路由器进行无线通信的摄像头。本发明具有布线简单，安装方便，故障检测准确性高，扩展性好等优点。

Description

一种联合收割机作业状态在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种用于监测联合收割机作业状态的在线监测系统。

背景技术

联合收割机能进行收割、脱粒、分离茎干、清除杂物等多功能作业，功能部件繁多复杂，因此，若需对各个功能部件工况进行在线检测，需要布置众多的传感器，这势必导致布线复杂，既不利于安装，也不便于维修更换。现有技术中，囿于布线的复杂性，因此对联合收割机作业状态的监测往往只涉及关键转轴部件的扭矩监测，缺乏对关键转轴部件的转速监测以及对故障多发生部位的监控。这样，不利于对联合收割机故障的准确判断，更不能及时提出合理的故障解决方案。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种联合收割机作业状态在线监测系统，在简化布线的同时，能融合多参数对故障情况进行综合判断，提高故障监控的准确性，并具有良好的扩展性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种联合收割机作业状态在线监测系统，包括配置有LabVIEW系统的上位机、扭矩检测系统、转速检测系统以及故障监控系统；所述上位机包括中央控制器，所述中央控制器分别连接有移动通信模块、中断控制器以及触摸显示屏；所述中断控制器连接有无线路由器；

所述扭矩检测系统包括第一无线数据采集器以及分别安装在发动机转轴、脱粒滚筒转轴、输送转轴、喂入绞龙转轴和拔禾轮转轴上的无线扭矩传感器；各个无线扭矩传感器分别与第一无线数据采集器上对应的采集接口进行无线通信；所述第一无线数据采集器的数据发送接口与所述无线路由器进行通信；

所述转速检测系统包括第二无线数据采集器以及分别安装在发动机转轴、脱粒滚筒转轴、输送转轴、喂入绞龙转轴和拔禾轮转轴上的无线角位移传感器；各个无线角位移传感器分别与第二无线数据采集器上对应的采集接口进行无线通信；所述第二无线数据采集器的数据发送接口与所述无线路由器进行通信；

所述故障监控系统包括分别设置在收割台上方、排草口上方、清选筛上方以及脱粒滚筒上方的无线摄像头；所述各个无线摄像头分别与所述无线路由器进行双向通信。

上述技术方案中，扭矩检测系统、转速检测系统和故障监控系统与上位机之间采用无线通信连接，且扭矩检测系统、转速检测系统均采用无线传感器和无线数据采集器进行数据传输、采集，因此，各个无线传感器和无线数据采集器之间不需要布线，这不仅使得安装位置更加自由，而且，还能通过更换具有更多数据采集接口的无线数据采集器，以添加更多的无线传感器，扩展系统性能。故障监控系统中的各个无线摄像头分别与无线路由器进行双向通信，这不仅能简化布线，而且能提高图像或视频数据的传输速度。并且，融合转速、扭矩和图像等多参数对故障情况进行综合判断，有利于对故障原因做出更准确的判断，以便于工作人员提出更合理的故障解决方案。

优选的，上位机采用LabVIEW系统作为操作系统，可在显示屏上建立图形化的操作界面来替代传统的操作界面，操作界面上可设置功能上与中断控制器、无线数据采集器等实际仪器相似的虚拟仪器以检验系统的通信和操作，这大大方便了系统调试，并且，对硬件的兼容性好，为系统升级提供了有利条件。

优选的，所述中央控制器内配置有以下模块：

故障分析模块，用于实时计算被测转轴的扭矩值和/或转速值，根据计算值判断是否异常，并存储异常转轴的地址编码；

地址匹配模块，用于存储各转轴地址编码与各无线摄像头地址编码的对应关系，能根据异常转轴的地址编码查询出对应无线摄像头的地址编码；

拍照指令生成模块，用于接收与异常转轴的地址编码对应的无线摄像头的地址编码，并生成拍照指令发送给所述中断控制器。

这样，就能在根据扭矩和转速判断出异常后再启动故障监控系统进行辅助检测，而不是采用无线摄像头对关键部位进行不间断监控，这大大降低了无线摄像头的功耗，也大大节约了数据存储空间。因此，不仅能满足对故障进行综合性检测的需求，而且能大大降低对数据存储空间和电能的消耗。

优选的，所述中央控制器内还配置有告警信息生成模块，所述告警信息生成模块用于生成告警短信和告警语音信息；所述中央控制器还连接有语音播放器；所述移动通信模块为GSM/GPRS模块。这样，能方便现场工作人员根据告警语音信息，及时察觉故障的发生；还能通过GSM/GPRS模块发送告警短信到远程工作人员的手机上，实现远程监控。

优选的，所述无线扭矩传感器包括粘贴在转轴上的全桥式应变片，所述全桥式应变片连接有运算放大器，所述运算放大器的输出端连接有A/D模数转换芯片，所述A/D模数转换芯片的输出端连接有单片机，所述单片机的输出端连接有无线通信模块。

进一步的，所述单片机的型号为STM32F103C8T6；所述A/D模数转换芯片的型号为ADS1256；所述无线通信模块为ESP8266无线WiFi模块。STM32F103C8T6单片机具有较高的可扩展性，能同时兼顾底层应用和物联网应用，外部中断多达256个，支持多种通信方式，这为无线扭矩测量装置接入互联网奠定了基础。ADS1256模数转换芯片可提供±0.001％非线性特性，其无噪声精度高达23比特，因此，能将应变信号转换为高精度的数字信号，提高测量精度。ESP8266无线WiFi模块稳定性好，具有多种工作模块，方便网络的构建，这样就能通过ESP8266无线WiFi模块将无线扭矩测量装置接入互联网内，方便管理中心进行数据统计和分析。

综上所述，本发明具有布线简单，安装方便，故障检测准确性高，扩展性能好等优点。

附图说明

图1是具体实施方式中的联合收割机作业状态在线监测系统的网络传输结构示意图；

图2是具体实施方式中上位机的结构示意图；

图3是具体实施方式中上位机中控制器的内部结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种联合收割机作业状态在线监测系统，包括配置有LabVIEW系统的上位机、扭矩检测系统、转速检测系统以及故障监控系统；所述上位机包括中央控制器，所述中央控制器分别连接有移动通信模块、中断控制器以及基于LabVIEW的触摸显示屏；所述中断控制器连接有无线路由器；

所述扭矩检测系统包括第一无线数据采集器以及分别安装在发动机转轴、脱粒滚筒转轴、输送转轴、喂入绞龙转轴和拔禾轮转轴上的无线扭矩传感器；各个无线扭矩传感器分别与第一无线数据采集器上对应的采集接口进行无线通信；所述第一无线数据采集器的数据发送接口与所述无线路由器进行通信；

所述转速检测系统包括第二无线数据采集器以及分别安装在发动机转轴、脱粒滚筒转轴、输送转轴、喂入绞龙转轴和拔禾轮转轴上的无线角位移传感器；各个无线角位移传感器分别与第二无线数据采集器上对应的采集接口进行无线通信；所述第二无线数据采集器的数据发送接口与所述无线路由器进行通信；

所述故障监控系统包括分别设置在收割台上方、排草口上方、清选筛上方以及脱粒滚筒上方的无线摄像头；所述各个无线摄像头分别与所述无线路由器进行双向通信。

上述技术方案中，扭矩检测系统、转速检测系统和故障监控系统与上位机之间采用无线通信连接，且扭矩检测系统、转速检测系统均采用无线传感器和无线数据采集器进行数据采集，因此，各个无线传感器和无线数据采集器之间不需要布线，这不仅使得安装位置更加自由，而且，还能通过更换具有更多数据采集接口的无线数据采集器，以添加更多的无线传感器，扩展系统性能。故障监控系统中的各个无线摄像头分别与无线路由器进行双向通信，这不仅能简化布线，而且能提高图像或视频数据的传输速度。并且，融合转速、扭矩和图像等多参数对故障情况进行综合判断，有利于对故障原因做出更准确的判断，以便于工作人员提出更合理的故障解决方案。

本具体实施方式中，所述中央控制器内配置有以下模块：

故障分析模块，用于实时计算被测转轴的扭矩值和/或转速值，根据计算值判断是否异常，并存储异常转轴的地址编码；

地址匹配模块，用于存储各转轴地址编码与各无线摄像头地址编码的对应关系，能根据异常转轴的地址编码查询出对应无线摄像头的地址编码；

拍照指令生成模块，用于接收与异常转轴的地址编码对应的无线摄像头的地址编码，并生成拍照指令发送给所述中断控制器。

这样，就能在根据扭矩和转速判断出异常后再启动故障监控系统进行辅助检测，而不是采用无线摄像头对关键部位进行不间断监控，这大大降低了无线摄像头的功耗，也大大节约了数据存储空间。因此，不仅能满足对故障进行综合性检测的需求，而且能大大降低对数据存储空间和电能的消耗。

例如，当故障分析模块判断出脱粒滚筒的转轴出现异常时，地址匹配模块能根据脱粒滚筒转轴的地址编码查询出安装在脱粒滚筒转轴上方的无线摄像头的地址编码，然后将该地址编码发送给拍照指令生成模块，拍照指令生成模块生成拍照指令发送给所述中断控制器，中断控制器发送给无线路由器，无线路由器根据地址编码将拍照指令发送给安装在脱粒滚筒转轴上方的无线摄像头，无线摄像头拍照后回传给上位机，上位机再对脱粒滚筒转轴的扭矩值及转速值进行显示。

本具体实施方式中，所述中央控制器内还配置有告警信息生成模块，所述告警信息生成模块用于生成告警短信和告警语音信息；所述中央控制器还连接有用于播放告警语音信息的语音播放器；所述移动通信模块为GSM/GPRS模块。这样，能方便现场工作人员根据告警语音信息，及时察觉故障的发生；还能通过GSM/GPRS模块发送告警短信到远程工作人员的手机上，实现远程监控。

本具体实施方式中，所述无线扭矩传感器包括粘贴在转轴上的全桥式应变片，所述全桥式应变片连接有运算放大器，所述运算放大器的输出端连接有A/D模数转换芯片，所述A/D模数转换芯片的输出端连接有单片机，所述单片机的输出端连接有无线通信模块。

本具体实施方式中，所述单片机的型号为STM32F103C8T6；所述A/D模数转换芯片的型号为ADS1256；所述无线通信模块为ESP8266无线WiFi模块。STM32F103C8T6单片机具有较高的可扩展性，能同时兼顾底层应用和物联网应用，外部中断多达256个，支持多种通信方式，这为无线扭矩测量装置接入互联网奠定了基础。ADS1256模数转换芯片可提供±0.001％非线性特性，其无噪声精度高达23比特，因此，能将应变信号转换为高精度的数字信号，提高测量精度。ESP8266无线WiFi模块稳定性好，具有多种工作模块，方便网络的构建，这样就能通过ESP8266无线WiFi模块将无线扭矩测量装置接入互联网内，方便管理中心进行数据统计和分析。

综上所述，本发明具有布线简单，安装方便，故障检测准确性高，扩展性能好等优点。

Claims (4)

1.一种联合收割机作业状态在线监测系统，其特征在于：包括上位机、扭矩检测系统、转速检测系统以及故障监控系统；所述上位机包括中央控制器，所述中央控制器分别连接有移动通信模块、中断控制器以及触摸显示屏；所述中断控制器连接有无线路由器；

所述扭矩检测系统包括第一无线数据采集器以及分别安装在发动机转轴、脱粒滚筒转轴、输送转轴、喂入绞龙转轴和拔禾轮转轴上的无线扭矩传感器；各个无线扭矩传感器分别与第一无线数据采集器上对应的采集接口进行无线通信；所述第一无线数据采集器的数据发送接口与所述无线路由器进行通信；

所述转速检测系统包括第二无线数据采集器以及分别安装在发动机转轴、脱粒滚筒转轴、输送转轴、喂入绞龙转轴和拔禾轮转轴上的无线角位移传感器；各个无线角位移传感器分别与第二无线数据采集器上对应的采集接口进行无线通信；所述第二无线数据采集器的数据发送接口与所述无线路由器进行通信；

所述故障监控系统包括分别设置在收割台上方、排草口上方、清选筛上方以及脱粒滚筒上方的无线摄像头；所述各个无线摄像头分别与所述无线路由器进行双向通信；

所述中央控制器内配置有以下模块：

故障分析模块，用于实时计算被测转轴的扭矩值和/或转速值，根据计算值判断是否异常，并存储异常转轴的地址编码；

地址匹配模块，用于存储各转轴的地址编码与各无线摄像头的地址编码的对应关系，能根据异常转轴的地址编码查询出对应无线摄像头的地址编码；

拍照指令生成模块，用于接收与异常转轴的地址编码对应的无线摄像头的地址编码，并生成拍照指令发送给所述中断控制器。

2.根据权利要求1所述的联合收割机作业状态在线监测系统，其特征在于：所述中央控制器内还配置有告警信息生成模块，所述告警信息生成模块用于生成告警短信和告警语音信息；所述中央控制器还连接有语音播放器；所述移动通信模块为GSM/GPRS模块。

3.根据权利要求1所述的联合收割机作业状态在线监测系统，其特征在于：所述无线扭矩传感器包括粘贴在转轴上的全桥式应变片，所述全桥式应变片连接有运算放大器，所述运算放大器的输出端连接有A/D模数转换芯片，所述A/D模数转换芯片的输出端连接有单片机，所述单片机的输出端连接有无线通信模块。

4.根据权利要求3所述的联合收割机作业状态在线监测系统，其特征在于：所述单片机的型号为STM32F103C8T6；所述A/D模数转换芯片的型号为ADS1256；所述无线通信模块为ESP8266无线WiFi模块。