CN113311756B - 一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统 - Google Patents

一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统 Download PDF

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CN113311756B CN202110582921.3A CN202110582921A CN113311756B CN 113311756 B CN113311756 B CN 113311756B CN 202110582921 A CN202110582921 A CN 202110582921A CN 113311756 B CN113311756 B CN 113311756B
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Abstract

本发明提供了一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，包括STM32单片机模块和OneNET平台，STM32单片机模块收集播种机作业参数并输出控制信号以控制相关部件工作，并通过网络向OneNET平台传输播种机作业参数以形成播种机作业大数据存储于云端。播种机通过本发明实现联网功能，播种机各项作业大数据均可上传云端；本发明设计有作业大数据无线传输功能，为后期作业质量评估提供数据依据；终端APP作为人机交互终端，农机作业人员可通过终端APP远程查看存储于OneNET物联网平台中的播种机作业大数据，农机作业人员可根据作业大数据通过终端APP调整播种机作业参数，如株距、播深、作业速度等，从而实现播种机智能精准控制。

Description

一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统
技术领域
本发明属于播种机监控系统技术领域，尤其涉及一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统。
背景技术
播种是农业生产的关键环节，播种质量的优劣直接影响作物的出苗、苗全和苗壮，进而影响作物产量。随着智慧农业以及无人驾驶拖拉机的发展，与之对应的播种机面临技术革新问题。现有播种机缺少智能化监控系统，农机驾驶员无法远程通过手机APP实时获取播种机相关作业参数，如播种量、排肥量、作业面积等，这些难题亟待解决。
目前国内播种机的作业监控系统存在功能单一、智能化水平低等问题，而适用于无人驾驶拖拉机的播种机作业监控系统的相关技术研究极少。中国专利ZLCN201220551427.7提出了一种雷达测控精量播种机，该播种机可根据雷达测得的作业速度调整播量，但是仅能实现对播种量的测控，存在功能单一的问题，且作业人员不能获得具体作业参数；山东理工大学硕士学位论文《玉米精密播种机智能监控系统的研究》中，智能监控系统包括播量与作业面积统计模块、测速模块、播种量监测模块、作业面积显示模块等，虽然该系统功能比较全面，但缺少耕深监测、变量施肥等重要功能，且该研究不适用于无人驾驶拖拉机系统，且不能实现农机作业人员远程通过手机APP实时获取播种机相关作业参数的功能。
所以对无人驾驶拖拉机以及智慧农业而言拥有一套智能播种云监控系统，可以实现农机作业人员通过手机APP远程获取播种机作业大数据是至关重要的。
综上所述，如何提出一种适用于无人驾驶拖拉机的智能播种云监控系统，将播种机各项作业大数据均上传至云端，以实现农机作业人员通过终端APP终端APP调节相关作业参数并调取云端的农机作业大数据，已经成为亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，包括STM32单片机模块6和OneNET平台11，其特征在于,STM32单片机模块6收集播种机作业参数并输出控制信号以控制相关部件工作，并通过网络向OneNET平台11传输播种机作业参数以形成播种机作业大数据存储于云端。
优选的，所述云监控系统还包括耕作阻力监测模块1，播深监测模块2，种肥箱余量监测模块3，变量施肥监控模块4，播种监测模块5，GPRS DTU模块9，作业图像模块10，GPS模块和终端APP12，其中，
耕作阻力监测模块1，与STM32单片机模块6相连，用于监测单个入土部件的耕作阻力，包括电阻应变片与信号调理电路，电阻应变片安装于包括深松铲和开沟器13在内的入土部件的柄柱上部；
播深监测模块2，与STM32单片机模块6相连，用于监测播种单体的播深，包括HC-SR04超声波测距传感器与安装支架，HC-SR04超声波测距传感器通过安装支架安装于开沟器13的柱柄上部；
种肥箱余量监测模块3，与STM32单片机模块6相连，用于监测种肥箱余量，包括红外光电传感器和信号调理电路，种肥箱余量监测模块3安装于种肥箱盖顶部；
变量施肥监控模块4，与STM32单片机模块6相连用于肥料质量在线监测、导肥管堵塞识别及双变量施肥控制，包括差分型肥料流量传感器、步进电动推杆、含减速器的步进电机、驱动器、霍尔传感器和联轴器，差分型肥料流量传感器为电容式传感器14；
播种监测模块5，与STM32单片机模块6相连，用于播种量、漏播率以及重播率监测，包括电感式传感器17和对射型光电传感器18，对射型光电传感器18包括发射端和接收端，电感式传感器17安装于排种器外壳16，对射型光电传感器18安装于导种管顶部；
GPRS DTU模块9，与STM32单片机模块6相连，用于将STM32单片机模块收集的作业参数发送至OneNET物联网平台，是一种基于物联网的无线数传模块，内嵌TCP/IP协议；
作业图像模块10，用于将作业图像数据上传OneNET平台11，包括OV9712摄像头、GM8136S核心处理器和调试串口硬件；
GPS模块，安装于播种机顶端并与STM32单片机模块6相连，用于生成机具的位置信息及播种机作业面积，采用差分全球定位系统，包括GPS移动站7和GPS基准站8；
OneNET物联网平台11，支持适配各种网络环境和协议类型，实现STM32单片机模块6快速接入互联网，用于设备连接、协议适配、数据存储和数据安全，实现农机的精准作业监测和作业质量分析；
终端APP12，安装于农机作业人员的移动设备，作业人员通过终端APP12远程实时获得农机作业参数，通过终端APP12调节相关作业参数并调取OneNET平台11的农机作业大数据。
优选的，播深监测模块2工作时，HC-SR04超声波测距传感器在接收到10us的高电平触发信号后，播深监测模块2循环发出8个40KHz脉冲信号，当有信号返回时，播深监测模块2通过I/O输出高电平，高电平持续时间T′即为超声波一个行程时间，STM32单片机模块6根据公式
Figure BDA0003086690860000031
计算出作业时单个播种单体的播深，其中，
L为播深，m；
V为声速，340m/s；
T′为高电平时间，s。
优选的，种肥箱余量监测模块3工作时，当余种肥高度达到作业人员手动设定的种肥余量高度值h，终端APP12接收预警信息，红外光电传感器实时测得余种肥高度H，STM32单片机模块6根据公式
Figure BDA0003086690860000032
计算出余量播种时间，其中，
H为余种肥高度，m；
ρ′为种肥平均密度，Kg/m3；
S为种肥箱底面积，m2；
N为出种肥口数量；
n为排肥轴转速，r/min；
q为单转排肥器排肥量，Kg；
T为余量播种时间，s。
优选的，播种监测模块5工作时，当排种指夹运动至检测区域，电感式传感器17输出高电平信号；对射型光电传感器18的发射端和接收端分别安装于导种管两侧，且位于同一水平线上，光束恰好贯穿过整个导种管截面，此时对射型光电传感器18输出电平为高电平；种子每阻断接收端接收光束一次，对射型光电传感器18输出电平瞬时跳变为低电平；电感式传感器17统计理论播种量Xn，对射型光电传感器18统计实际播种量Xm，当Xn＞Xm即判定漏播，当Xn＜Xm即判定重播，STM32单片机模块6可根据上述数据计算出播种量及漏播率和重播率。
优选的，变量施肥监控模块4工作时，实现双变量施肥控制包括以下步骤：
S1:将土壤信息数据库导入OneNET平台11；
S2:作业人员根据实际作业情况通过终端APP12设定作业参数，作业参数包括：作物种类、株距、播深以及拖拉机作业速度；
S3:拖拉机启动后，GPS模块通过GPRS DTU模块9向STM32单片机模块6发送机具位置信息；
S4:拖拉机行驶至规定单元地块，STM32单片机模块6接收GPS信号并根据土壤信息数据库获得该地块土壤养分信息，结合步骤S2设定的作业参数最终决定该地块施肥量M；
S5:STM32单片机模块6根据步骤S2、步骤S3、步骤S4的参数控制步进电机A和步进电机B的工作参数，使排肥器达到预定施肥量M；
S6:电容式传感器14及微电容信号调理电路实时反馈肥料质量流量；同时STM32单片机模块6在完成流量信息采集后，计算出单位面积的施肥量M(t)，通过GPRS DTU模块9将数据上传OneNET平台11，生成播种机施肥作业大数据，为下一步作业提供依据；
S7:作业人员通过终端APP12查看存储于OneNET平台11中的施肥作业大数据，包括每单元地块的施肥量及整个地块的施肥数据。
优选的，在步骤S5中，STM32单片机模块6连接驱动器，给予两路不同的PWM波，即控制步进电机A、步进电机B的转速及连续转动角度，其中步进电机A控制排肥器开度，步进电机B控制排肥轴转速。
优选的，在步骤S5中，拖拉机行驶至需肥量大的地块，STM32单片机模块6控制排肥器开度与转速同时增大，当拖拉机行驶至需肥量小的地块，STM32单片机模块6控制排肥器开度减小而转速不变，有效避免小施肥量下大开度小转速现象，减小排肥器的脉动性的影响。
优选的，在步骤S6中，电容式传感器14用于监测排肥量，根据电容变化量公式
Figure BDA0003086690860000041
通过采集电容信号及调解电路转换可实现肥料质量流量的在线监测及导肥管堵塞识别；在获取肥料流量的基础上，根据公式
Figure BDA0003086690860000042
可进一步得到单位面积的施肥量，其中：
ΔC为肥料通过电容式传感器14时电容变化量，F；
s为极板面积，m2；
ε1为肥料介电常数，F/m；
ε2为空气介电常数，F/m；
ρ为肥料密度，Kg/m3；
d为极板间距，m；
v为电容传感器极板间检测场体积，m3；
m为传感器内肥料质量，Kg；
M(t)为单位面积的施肥量，Kg/m3；
D为播种机作业幅宽，m；
V(t)为拖拉机作业速度，m/s。
优选的，在步骤S6中，电容式传感器14产生的肥料质量流量信号作为反馈信号返回STM32单片机模块6，并与指令信号比较产生偏差，用于对步进电机A、B工作参数进行修正直至达到预定质量流量。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1)本发明提出了一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统,播种机通过本发明实现联网功能，播种机各项作业大数据均可上传云端；本发明设计有作业大数据无线传输功能，为后期作业质量评估提供数据依据，即STM32单片机模块通过GPRS DTU模块将作业大数据上传至OneNET物联网平台；
2)本发明提出了一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统,终端APP作为人机交互终端，农机作业人员可通过终端APP远程查看存储于OneNET物联网平台中的播种机作业大数据，主要包括播种量、漏播率、重播率、单位面积施肥量、作业图像、播深稳定性、种肥箱余量、耕作阻力等；农机作业人员可根据作业大数据通过终端APP调整播种机作业参数，如株距、播深、作业速度等，从而实现播种机智能精准控制。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的阻力监测模块和播深监测模块的安装示意图；
图3为本发明的变量施肥监控模块的原理示意图；
图4为本发明的播种监测模块的安装示意图。
图中附图标记为：
1-耕作阻力监测模块，2-播深监测模块，3-种肥箱余量监测模块，4-变量施肥监控模块，5-播种监测模块，6-STM32单片机模块，7-GPS移动站，8-GPS基准站，9-GPRS DTU模块，10-作业图像模块，11-OneNET平台，12-终端APP，13-开沟器，14-电容式传感器，15-外槽轮式排肥器，16-排种器外壳，17-电感式传感器，18-对射型光电传感器。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的一个宽泛实施例中，一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，包括STM32单片机模块6和OneNET平台11，其特征在于,STM32单片机模块6收集播种机作业参数并输出控制信号以控制相关部件工作，并通过网络向OneNET平台11传输播种机作业参数以形成播种机作业大数据存储于云端。
优选的，所述云监控系统还包括耕作阻力监测模块1，播深监测模块2，种肥箱余量监测模块3，变量施肥监控模块4，播种监测模块5，GPRS DTU模块9，作业图像模块10，GPS模块和终端APP12，其中，
耕作阻力监测模块1，与STM32单片机模块6相连，用于监测单个入土部件的耕作阻力，包括电阻应变片与信号调理电路，电阻应变片安装于包括深松铲和开沟器13在内的入土部件的柄柱上部；
播深监测模块2，与STM32单片机模块6相连，用于监测播种单体的播深，包括HC-SR04超声波测距传感器与安装支架，HC-SR04超声波测距传感器通过安装支架安装于开沟器13的柱柄上部；
种肥箱余量监测模块3，与STM32单片机模块6相连，用于监测种肥箱余量，包括红外光电传感器和信号调理电路，种肥箱余量监测模块3安装于种肥箱盖顶部；
变量施肥监控模块4，与STM32单片机模块6相连用于肥料质量在线监测、导肥管堵塞识别及双变量施肥控制，包括差分型肥料流量传感器、步进电动推杆、含减速器的步进电机、驱动器、霍尔传感器和联轴器，差分型肥料流量传感器为电容式传感器14；
播种监测模块5，与STM32单片机模块6相连，用于播种量、漏播率以及重播率监测，包括电感式传感器17和对射型光电传感器18，对射型光电传感器18包括发射端和接收端，电感式传感器17安装于排种器外壳16，对射型光电传感器18安装于导种管顶部；
GPRS DTU模块9，与STM32单片机模块6相连，用于将STM32单片机模块收集的作业参数发送至OneNET物联网平台，是一种基于物联网的无线数传模块，内嵌TCP/IP协议；
作业图像模块10，用于将作业图像数据上传OneNET平台11，包括OV9712摄像头、GM8136S核心处理器和调试串口硬件；
GPS模块，安装于播种机顶端并与STM32单片机模块6相连，用于生成机具的位置信息及播种机作业面积，采用差分全球定位系统，包括GPS移动站7和GPS基准站8；
OneNET物联网平台11，支持适配各种网络环境和协议类型，实现STM32单片机模块6快速接入互联网，用于设备连接、协议适配、数据存储和数据安全，实现农机的精准作业监测和作业质量分析；
终端APP12，安装于农机作业人员的移动设备，作业人员通过终端APP12远程实时获得农机作业参数，通过终端APP12调节相关作业参数并调取OneNET平台11的农机作业大数据。
优选的，播深监测模块2工作时，HC-SR04超声波测距传感器在接收到10us的高电平触发信号后，播深监测模块2循环发出8个40KHz脉冲信号，当有信号返回时，播深监测模块2通过I/O输出高电平，高电平持续时间T′即为超声波一个行程时间，STM32单片机模块6根据公式
Figure BDA0003086690860000071
计算出作业时单个播种单体的播深，其中，
L为播深，m；
V为声速，340m/s；
T′为高电平时间，s。
优选的，种肥箱余量监测模块3工作时，当余种肥高度达到作业人员手动设定的种肥余量高度值h，终端APP12接收预警信息，红外光电传感器实时测得余种肥高度H，STM32单片机模块6根据公式
Figure BDA0003086690860000072
计算出余量播种时间，其中，
H为余种肥高度，m；
ρ′为种肥平均密度，Kg/m3；
S为种肥箱底面积，m2；
N为出种肥口数量；
n为排肥轴转速，r/min；
q为单转排肥器排肥量，Kg；
T为余量播种时间，s。
优选的，播种监测模块5工作时，当排种指夹运动至检测区域，电感式传感器17输出高电平信号；对射型光电传感器18的发射端和接收端分别安装于导种管两侧，且位于同一水平线上，光束恰好贯穿过整个导种管截面，此时对射型光电传感器18输出电平为高电平；种子每阻断接收端接收光束一次，对射型光电传感器18输出电平瞬时跳变为低电平；电感式传感器17统计理论播种量Xn，对射型光电传感器18统计实际播种量Xm，当Xn＞Xm即判定漏播，当Xn＜Xm即判定重播，STM32单片机模块6可根据上述数据计算出播种量及漏播率和重播率。
优选的，变量施肥监控模块4工作时，实现双变量施肥控制包括以下步骤：
S1:将土壤信息数据库导入OneNET平台11；
S2:作业人员根据实际作业情况通过终端APP12设定作业参数，作业参数包括：作物种类、株距、播深以及拖拉机作业速度；
S3:拖拉机启动后，GPS模块通过GPRS DTU模块9向STM32单片机模块6发送机具位置信息；
S4:拖拉机行驶至规定单元地块，STM32单片机模块6接收GPS信号并根据土壤信息数据库获得该地块土壤养分信息，结合步骤S2设定的作业参数最终决定该地块施肥量M；
S5:STM32单片机模块6根据步骤S2、步骤S3、步骤S4的参数控制步进电机A和步进电机B的工作参数，使排肥器达到预定施肥量M；
S6:电容式传感器14及微电容信号调理电路实时反馈肥料质量流量；同时STM32单片机模块6在完成流量信息采集后，计算出单位面积的施肥量M(t)，通过GPRS DTU模块9将数据上传OneNET平台11，生成播种机施肥作业大数据，为下一步作业提供依据；
S7:作业人员通过终端APP12查看存储于OneNET平台11中的施肥作业大数据，包括每单元地块的施肥量及整个地块的施肥数据。
优选的，在步骤S5中，STM32单片机模块6连接驱动器，给予两路不同的PWM波，即控制步进电机A、步进电机B的转速及连续转动角度，其中步进电机A控制排肥器开度，步进电机B控制排肥轴转速。
优选的，在步骤S5中，拖拉机行驶至需肥量大的地块，STM32单片机模块6控制排肥器开度与转速同时增大，当拖拉机行驶至需肥量小的地块，STM32单片机模块6控制排肥器开度减小而转速不变，有效避免小施肥量下大开度小转速现象，减小排肥器的脉动性的影响。
优选的，在步骤S6中，电容式传感器14用于监测排肥量，根据电容变化量公式
Figure BDA0003086690860000091
通过采集电容信号及调解电路转换可实现肥料质量流量的在线监测及导肥管堵塞识别；在获取肥料流量的基础上，根据公式
Figure BDA0003086690860000092
可进一步得到单位面积的施肥量，其中：
ΔC为肥料通过电容式传感器14时电容变化量，F；
s为极板面积，m2；
ε1为肥料介电常数，F/m；
ε2为空气介电常数，F/m；
ρ为肥料密度，Kg/m3；
d为极板间距，m；
v为电容传感器极板间检测场体积，m3；
m为传感器内肥料质量，Kg；
M(t)为单位面积的施肥量，Kg/m3；
D为播种机作业幅宽，m；
V(t)为拖拉机作业速度，m/s。
优选的，在步骤S6中，电容式传感器14产生的肥料质量流量信号作为反馈信号返回STM32单片机模块6，并与指令信号比较产生偏差，用于对步进电机A、B工作参数进行修正直至达到预定质量流量。
下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。
基于OneNET平台的智能播种云监控系统，图1为发明的原理框图，所述监控系统包括耕作阻力监测模块1、播深监测模块2、种肥箱余量监测模块3、变量施肥监控模块4、播种监测模块5、STM32单片机模块6、GPRS DTU模块9、GPS模块、作业图像模块10、OneNET平台11和终端APP12。
本优选实施例中，STM32单片机模块6通过GPRS DTU模块9将耕作阻力监测模块1、播深监测模块2、种肥箱余量监测模块3、变量施肥监控模块4、播种监测模块5、作业图像模块10采集的数据发送至OneNET物联网平台11，同时形成播种机作业大数据存储于云端。本优选实施例中，GPS模块7安装于播种机顶端，用于生成播种机作业是的位置信息。GPRS DTU模块9用于播种机作业数据的无线传输，数据通过GPRS DTU模块9上传至云端。终端APP12用于帮助作业人员远程查看云端的播种机作业大数据，实现远程实时获取播种机相关作业参数的功能。
本优选实施例中，耕作阻力监测模块1安装于开沟器13柄柱上部，如图2所示，用于耕作阻力监测，防止开沟器过载而发生机械性破坏。
本优选实施例中，耕作阻力监测模块1包括4片电阻应变片及信号解调电路，用于检测开沟器13耕作阻力。
本优选实施例中，播深监测模块2安装于开沟器13柄柱上部，如图2所示，用于播深监测。播深监测模块2包括HC-SR04超声波测距传感器及其安装支架。工作时超声波传感器在接收到10us的高电平触发信号后，播深监测模块2循环发出8个40KHz脉冲信号。当有信号返回时，播深监测模块2通过I/O输出高电平，高电平持续时间T′即为超声波一个行程时间。STM32单片机模块6根据公式
Figure BDA0003086690860000101
计算出作业时单个播种单体的播深。
公式中L为播深，m；
V为声速，340m/s；
T′为高电平时间，s；
本优选实施例中，种肥箱余量监测模块3安装于种肥箱盖，用于种肥余量监测及无人播种机停止作业并及时回库添加物料的判定依据。种肥箱余量监测模块3包括1个红外光电传感器，作业人员手动设置余量高度值h,当余种肥高度达到设定余量高度值h，终端APP12即可接收预警信息,红外光电传感器实时测得余种肥高度H，STM32单片机模块6根据公式
Figure BDA0003086690860000102
计算出余量播种时间,
公式中：
H为余种(肥)高度，m；
ρ′为种(肥)平均密度，Kg/m3；
S为种(肥)箱底面积，m2；
N为出种(肥)口数量；
n为排肥轴转速，r/min；
q为单转排肥器排肥量，Kg；
T为余量播种时间，s；
本优选实施例中，变量施肥监控模块4用于肥料质量在线监测、导肥管堵塞识别及双变量施肥控制。本实施例中变量施肥监控模块4包括差分型肥料流量传感器、步进电动推杆、排肥轴步进电机、驱动器、霍尔传感器、联轴器等。差分型肥料流量传感器即为电容式传感器14，根据变化量公式
Figure BDA0003086690860000111
通过采集电容信号及调解电路转换实现肥料质量流量的在线监测及导肥管堵塞识别。在获取肥料流量的基础上，根据公式
Figure BDA0003086690860000112
可进一步得到单位面积的施肥量,其中，
ΔC为肥料通过传感器时电容变化量，F；
s为极板面积，m2；
ε1为肥料介电常数，F/m；
ε2为空气介电常数，F/m；
ρ为肥料密度，Kg/m3；
d为极板间距，m；
v为电容传感器极板间检测场体积，m3；
m为传感器内肥料质量，Kg；
M(t)为单位面积的施肥量，Kg/m3；
D为播种机作业幅宽，m；
V(t)为拖拉机作业速度，m/s。
STM32单片机模块6在读取OneNET平台11土壤信息数据及GPS位置信息后，在规定单元地块控制排肥器15进行变量施肥作业。具体的方法是根据规定单元地块的土壤信息确定该地块的施肥量，STM32单片机模块6控制步进电机A(即步进电动推杆)的转动角度，实现控制排肥器15的开度功能。STM32单片机模块6控制步进电机B(即排肥轴步进电机)的转速，实现控制排肥器15的转速功能。通过控制步进电机A和步进电机B最终达到排肥器双变量控制的目的。原理图如图3所示。
本优选实施例中，播种监测模块5安装于排种器，用于播种量及漏(重)播率监测。播种监测模块5包括电感式传感器17及对射型光电传感器18。电感式传感器17安装于排种器外壳16，当排种指夹运动至检测区域，电感式传感器17输出高电平信号。对射型光电传感器18安装于导种管顶部，光电传感器18包括发射端、接收端，分别安装于导种管两侧，且位于同一水平线上，光束恰好可贯穿过整个导种管截面，此时光电传感器18输出电平为高电平；种子每阻断接收端接收光束一次，光电传感器18输出电平瞬时跳变为低电平。所述电感式传感器17统计理论播种量Xn，对射型光电传感器18统计实际播种量Xm，当Xn＞Xm即判定漏播，当Xn＜Xm即判定重播，单片机模块6可根据上述数据计算出播种量及漏(重)播率。
本优选实施例中，作业图像模块10安装于播种机前端，用于向OneNET平台11上传作业图像数据。作业图像模块10包括OV9712摄像头、GM8136S核心处理器和调试串口硬件。作业图像模块10将作业图像数据上传OneNET平台，作业人员通过终端APP查看作业情况，为下一步作业提供依据。
本优选实施例中,终端APP12可显示耕作阻力、播深、种肥箱余量、单位面积施肥量、播种量、重播率、漏播率、作业面积、作业图像作业定位等数据。作业人员通过终端APP12远程查看作业信息，便于及时调整播种机作业参数。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，包括STM32单片机模块(6)和OneNET平台(11)，其特征在于,STM32单片机模块(6)收集播种机作业参数并输出控制信号以控制相关部件工作，并通过网络向OneNET平台(11)传输播种机作业参数以形成播种机作业大数据存储于云端；
所述云监控系统还包括耕作阻力监测模块(1)，播深监测模块(2)，种肥箱余量监测模块(3)，变量施肥监控模块(4)，播种监测模块(5)，GPRSDTU模块(9)，作业图像模块(10)，GPS模块和终端APP(12)，其中，
耕作阻力监测模块(1)，与STM32单片机模块(6)相连，用于监测单个入土部件的耕作阻力，包括电阻应变片与信号调理电路，电阻应变片安装于包括深松铲和开沟器(13)在内的入土部件的柄柱上部；
播深监测模块(2)，与STM32单片机模块(6)相连，用于监测播种单体的播深，包括HC-SR04超声波测距传感器与安装支架，HC-SR04超声波测距传感器通过安装支架安装于开沟器(13)的柱柄上部；
种肥箱余量监测模块(3)，与STM32单片机模块(6)相连，用于监测种肥箱余量，包括红外光电传感器和信号调理电路，种肥箱余量监测模块(3)安装于种肥箱盖顶部；
变量施肥监控模块(4)，与STM32单片机模块(6)相连用于肥料质量在线监测、导肥管堵塞识别及双变量施肥控制，包括差分型肥料流量传感器、步进电动推杆、含减速器的步进电机、驱动器、霍尔传感器和联轴器，差分型肥料流量传感器为电容式传感器(14)；
播种监测模块(5)，与STM32单片机模块(6)相连，用于播种量、漏播率以及重播率监测，包括电感式传感器(17)和对射型光电传感器(18)，对射型光电传感器(18)包括发射端和接收端，电感式传感器(17)安装于排种器外壳(16)，对射型光电传感器(18)安装于导种管顶部；
GPRSDTU模块(9)，与STM32单片机模块(6)相连，用于将STM32单片机模块收集的作业参数发送至OneNET物联网平台，是一种基于物联网的无线数传模块，内嵌TCP/IP协议；
作业图像模块(10)，用于将作业图像数据上传OneNET平台(11)，包括OV9712摄像头、GM8136S核心处理器和调试串口硬件；
GPS模块，安装于播种机顶端并与STM32单片机模块(6)相连，用于生成机具的位置信息及播种机作业面积，采用差分全球定位系统，包括GPS移动站(7)和GPS基准站(8)；
OneNET物联网平台(11)，支持适配各种网络环境和协议类型，实现STM32单片机模块(6)快速接入互联网，用于设备连接、协议适配、数据存储和数据安全，实现农机的精准作业监测和作业质量分析；
终端APP(12)，安装于农机作业人员的移动设备，作业人员通过终端APP(12)远程实时获得农机作业参数，通过终端APP(12)调节相关作业参数并调取OneNET平台(11)的农机作业大数据；
变量施肥监控模块(4)工作时，实现双变量施肥控制包括以下步骤：
S1:将土壤信息数据库导入OneNET平台(11)；
S2:作业人员根据实际作业情况通过终端APP(12)设定作业参数，作业参数包括：作物种类、株距、播深以及拖拉机作业速度；
S3:拖拉机启动后，GPS模块通过GPRSDTU模块(9)向STM32单片机模块(6)发送机具位置信息；
S4:拖拉机行驶至规定单元地块，STM32单片机模块(6)接收GPS信号并根据土壤信息数据库获得地块土壤养分信息，结合步骤S2设定的作业参数最终决定地块施肥量M；
S5:STM32单片机模块(6)根据步骤S2、步骤S3、步骤S4的参数控制步进电机A和步进电机B的工作参数，使排肥器达到预定施肥量M；
S6:电容式传感器(14)及微电容信号调理电路实时反馈肥料质量流量；同时STM32单片机模块(6)在完成流量信息采集后，计算出单位面积的施肥量M(t)，通过GPRSDTU模块(9)将数据上传OneNET平台(11)，生成播种机施肥作业大数据，为下一步作业提供依据；
S7:作业人员通过终端APP(12)查看存储于OneNET平台(11)中的施肥作业大数据，包括每单元地块的施肥量及整个地块的施肥数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，其特征在于，播深监测模块(2)工作时，HC-SR04超声波测距传感器在接收到10us的高电平触发信号后，播深监测模块(2)循环发出8个40KHz脉冲信号，当有信号返回时，播深监测模块(2)通过I/O输出高电平，高电平持续时间T′即为超声波一个行程时间，STM32单片机模块(6)根据公式
Figure FDA0003546794110000021
计算出作业时单个播种单体的播深，其中，
L为播深，m；
V为声速，340m/s；
T′为高电平时间，s。
3.根据权利要求1所述的一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，其特征在于，种肥箱余量监测模块(3)工作时，当余种肥高度达到作业人员手动设定的种肥余量高度值h，终端APP(12)接收预警信息，红外光电传感器实时测得余种肥高度H，STM32单片机模块(6)根据公式
Figure FDA0003546794110000031
计算出余量播种时间，其中，
H为余种肥高度，m；
ρ′为种肥平均密度，Kg/m3；
S为种肥箱底面积，m2；
N为出种肥口数量；
n为排肥轴转速，r/min；
q为单转排肥器排肥量，Kg；
T为余量播种时间，s。
4.根据权利要求1所述的一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，其特征在于，播种监测模块(5)工作时，当排种指夹运动至检测区域，电感式传感器(17)输出高电平信号；对射型光电传感器(18)的发射端和接收端分别安装于导种管两侧，且位于同一水平线上，光束恰好贯穿过整个导种管截面，此时对射型光电传感器(18)输出电平为高电平；种子每阻断接收端接收光束一次，对射型光电传感器(18)输出电平瞬时跳变为低电平；电感式传感器(17)统计理论播种量Xn，对射型光电传感器(18)统计实际播种量Xm，当Xn＞Xm即判定漏播，当Xn<Xm即判定重播，STM32单片机模块(6)可根据上述数据计算出播种量及漏播率和重播率。
5.根据权利要求1所述的一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，其特征在于，在步骤S5中，STM32单片机模块(6)连接驱动器，给予两路不同的PWM波，即控制步进电机A、步进电机B的转速及连续转动角度，其中步进电机A控制排肥器开度，步进电机B控制排肥轴转速。
6.根据权利要求1所述的一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，其特征在于，在步骤S5中，拖拉机行驶至需肥量大的地块，STM32单片机模块(6)控制排肥器开度与转速同时增大，当拖拉机行驶至需肥量小的地块，STM32单片机模块(6)控制排肥器开度减小而转速不变，有效避免小施肥量下大开度小转速现象，减小排肥器的脉动性的影响。
7.根据权利要求1所述的一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，其特征在于，在步骤S6中，电容式传感器(14)用于监测排肥量，根据电容变化量公式
Figure FDA0003546794110000041
通过采集电容信号及调解电路转换可实现肥料质量流量的在线监测及导肥管堵塞识别；在获取肥料流量的基础上，根据公式
Figure FDA0003546794110000042
可进一步得到单位面积的施肥量，其中：
ΔC为肥料通过电容式传感器(14)时电容变化量，F；
s为极板面积，m2；
ε1为肥料介电常数，F/m；
ε2为空气介电常数，F/m；
ρ为肥料密度，Kg/m3；
d为极板间距，m；
v为电容传感器极板间检测场体积，m3；
m为传感器内肥料质量，Kg；
M(t)为单位面积的施肥量，Kg/m3；
D为播种机作业幅宽，m；
V(t)为拖拉机作业速度，m/s。
8.根据权利要求1所述的一种基于OneNET平台的智能播种云监控系统，其特征在于，在步骤S6中，电容式传感器(14)产生的肥料质量流量信号作为反馈信号返回STM32单片机模块(6)，并与指令信号比较产生偏差，用于对步进电机A、B工作参数进行修正直至达到预定质量流量。
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