CN114608439A - 一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统，包括数据采集控制器、无线传输模块、定位模块、加速度传感器、电子罗盘以及计算机平台，所述加速度传感器的输出端与数据采集控制器的输入端连接，并且电子罗盘的输出端与数据采集控制器的输入端连接，所述定位模块的输出端与数据采集控制器的输入端连接，涉及智能农业检测技术领域，当农机状态处于静止状态或者打火没动状态时，停止GPS模组和电子罗盘的供电，通信模组休眠；当农机处于正常作业状态时，按照发送周期将农机作业状态和GPS有效数据传输到云端数据平台，计算农机作业面积。

Description

一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统

技术领域

本发明涉及智能农业检测技术领域，具体是一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统。

背景技术

农机监测终端主要用于对农机的位置信息进行高精度实时监测，通过专业配套的数据采集传输设备与用户计算机进行远程连接，将卫星定位信息传输到云端数据平台供用户本地计算机下载或实时监测。云端数据平台实时绘制运动轨迹，计算作业面积。如果农机终端不能实时获取农机工作状态，会导致农机在未进行作业时上传大量无效数据，极大的增加了数据流量成本和农机终端的功耗，续航变低。此外，因为GPS定位数据本身存在两米左右的误差，而且GPS可能存在未知干扰下的数据跳变，会导致农机测量运动轨迹存在波动，作业面积计算存在偏差，具体体现为：

一是由于GPS本身定位误差引起的农机作业面积测量存在累积误差的问题；

二是系统长时间启动情况下功耗较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统，包括数据采集控制器、无线传输模块、定位模块、加速度传感器、电子罗盘以及计算机平台，所述加速度传感器的输出端与数据采集控制器的输入端连接，并且电子罗盘的输出端与数据采集控制器的输入端连接，所述定位模块的输出端与数据采集控制器的输入端连接，所述数据采集控制器的输出端与无线传输模块的输入端连接，所述无线传输模块的输出端与计算机平台的输入端连接

作为本发明的进一步方案：所述定位模块为：GPS定位模块。

作为本发明的进一步方案：所述定位模块为：北斗定位模块。

作为本发明的进一步方案：还包括一种测量方法，具体步骤如下：

S1:定位模块是测量农机所在位置的经纬度信息,系统上电运行后，定位模块通过卫星信号获得农机的经纬度信息，并将其发送给采集传输控制器；

S2:加速度传感器测量农机X、Y、Z轴三个方向的加速度，将其发送给采集控制器，电子罗盘罗盘实时测量车身运动方向，将其发送给采集传输控

制器；

S3:以固定周期T分别采集GPS、加速度、电子罗盘数据进行农机作业状态判定。农机实时加速度a通过加速度计在X、Y、Z轴三个方向的输出数

据进行计算，计算公式如下：

农机作业状态可分为完全静止状态、打火未作业状态、作业运动状态，采

集传输控制器采用如下方式判断农机作业状态；

A1：完全静止状态：农机发动机未启动，农机未作业，处于静止状态；因为GPS本身误差其定位数据存在2米甚至以上的误差，而且GPS可能存在未知干扰下的数据跳变，所以GPS数据是变化的，但此时GPS数据为无效轨迹，无需将数据发送至计算机平台用来计算面积，于是采用加速度传感器来判断农机静止状态，周期T内，农机加速度a等于重力加速度，则农

机处于完全静止状态，判断依据如下：

a＝g g为重力加速度

A2：打火未作业状态：农机发动机已启动，农机车身存在抖动，但并未移动作业，此时GPS数据为无效轨迹,农机加速度a始终在一个足够小的常

数K范围内变化，判断依据如下：

|a|＜K

A3：作业运动状态：农机发动机启动并开始运动作业，此时产生有效轨迹，需要通过无线传输模块将GSP定位数据上传至用户计算机平台进行作业面积计算,由于加速度计因为农机车身抖动会产生较大数据波动，仅依靠加速度计传感器无法准确判断农机是否处于正常作业状态，因此，利用电子罗盘、加速度计结合农机GPS数据进行多传感器数据融合，进行农机作业运动状态的判定,判断农机处于作业运动状态需要同时满足以下条件：

①农机在T时间内的GPS距离变化距离大于R，即：

ΔGPS＞R

②农机加速度大于常数K。即：

|a|＞K

③电子罗盘输出的农机运动方向与GPS运动轨迹方向角度偏差小于常数θ，说明GPS轨迹方向与车身运动方向一致，即：

|θ_GPS-θ_罗盘|＜θ

S4:采集传输控制器判定农机作业状态后，进行以下处理：当农机状态处于静止状态或者打火未作业状态时，停止GPS模组和电子罗盘的供电，通信模组休眠；当农机处于作业运动状态时，按照发送周期将农机作业状态和GPS有效数据传输到云端数据平台，计算农机作业面积；

S5:采集传输控制器接收到GPS模块发送的经纬度信息，以及判断农机作业状态后，将其组帧成数据包，再通过通信接口发送给无线传输模块；

S6:无线传输模块接收到采集传输控制器转发的传感器经纬度信息和农机作业状态后，通过射频的方式将经纬度信息和农机作业状态发送到计算机平台。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：实时监测农机作业状态，农机未作业时进行低功耗管理，主动过滤GPS模组引起的误差及跳变数据。首先分别读取加速度传感器、电子罗盘、GPS模块的加速度数据、运动方向、经纬度数据；然后判断农机作业状态，过滤GPS模组本身误差和未知干扰下跳变的GPS数据，当农机状态处于静止状态或者打火没动状态时，停止GPS模组和电子罗盘的供电，通信模组休眠；当农机处于正常作业状态时，按照发送周期将农机作业状态和GPS有效数据传输到云端数据平台，计算农机作业面积。

附图说明

图1为一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统的系统原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1：

请参阅图1，一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统，包括数据采集控制器、无线传输模块、定位模块、加速度传感器、电子罗盘以及计算机平台，所述加速度传感器的输出端与数据采集控制器的输入端连接，并且电子罗盘的输出端与数据采集控制器的输入端连接，所述定位模块的输出端与数据采集控制器的输入端连接，所述数据采集控制器的输出端与无线传输模块的输入端连接，所述无线传输模块的输出端与计算机平台的输入端连接，所述定位模块为：GPS定位模块；

还包括一种测量方法，具体步骤如下：

S1:定位模块是测量农机所在位置的经纬度信息,系统上电运行后，定位模块通过卫星信号获得农机的经纬度信息，并将其发送给采集传输控制器；

S2:加速度传感器测量农机X、Y、Z轴三个方向的加速度，将其发送给采集控制器，电子罗盘罗盘实时测量车身运动方向，将其发送给采集传输控

制器；

S3:以固定周期T分别采集GPS、加速度、电子罗盘数据进行农机作业状态判定。农机实时加速度a通过加速度计在X、Y、Z轴三个方向的输出数据进行计算，计算公式如下：

农机作业状态可分为完全静止状态、打火未作业状态、作业运动状态，采集传输控制器采用如下方式判断农机作业状态；

A1：完全静止状态：农机发动机未启动，农机未作业，处于静止状态；因为GPS本身误差其定位数据存在2米甚至以上的误差，而且GPS可能存在未知干扰下的数据跳变，所以GPS数据是变化的，但此时GPS数据为无效轨迹，无需将数据发送至计算机平台用来计算面积，于是采用加速度传感器来判断农机静止状态，周期T内，农机加速度a等于重力加速度，则农机处于完全静止状态，判断依据如下：

a＝g g为重力加速度

A2：打火未作业状态：农机发动机已启动，农机车身存在抖动，但并未移动作业，此时GPS数据为无效轨迹,农机加速度a始终在一个足够小的常数 K范围内变化，判断依据如下：

|a|＜K

A3：作业运动状态：农机发动机启动并开始运动作业，此时产生有效轨迹，需要通过无线传输模块将GSP定位数据上传至用户计算机平台进行作业面积计算,由于加速度计因为农机车身抖动会产生较大数据波动，仅依靠加速度计传感器无法准确判断农机是否处于正常作业状态，因此，利用电子罗盘、加速度计结合农机GPS数据进行多传感器数据融合，进行农机作业运动状态的判定,判断农机处于作业运动状态需要同时满足以下条件：

①农机在T时间内的GPS距离变化距离大于R，即：

ΔGPS＞R

②农机加速度大于常数K。即：

|a|＞K

③电子罗盘输出的农机运动方向与GPS运动轨迹方向角度偏差小于常数θ，说明GPS轨迹方向与车身运动方向一致，即：

|θ_GPS-θ_罗盘|＜θ

S4:采集传输控制器判定农机作业状态后，进行以下处理：当农机状态处于静止状态或者打火未作业状态时，停止GPS模组和电子罗盘的供电，通信模组休眠；当农机处于作业运动状态时，按照发送周期将农机作业状态和GPS有效数据传输到云端数据平台，计算农机作业面积；

S5:采集传输控制器接收到GPS模块发送的经纬度信息，以及判断农机作业状态后，将其组帧成数据包，再通过通信接口发送给无线传输模块；

S6:无线传输模块接收到采集传输控制器转发的传感器经纬度信息和农机作业状态后，通过射频的方式将经纬度信息和农机作业状态发送到计算机平台。

实施例2：定位模块为：北斗定位模块。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统，包括数据采集控制器、无线传输模块、定位模块、加速度传感器、电子罗盘以及计算机平台，其特征在于，所述加速度传感器的输出端与数据采集控制器的输入端连接，并且电子罗盘的输出端与数据采集控制器的输入端连接，所述定位模块的输出端与数据采集控制器的输入端连接，所述数据采集控制器的输出端与无线传输模块的输入端连接，所述无线传输模块的输出端与计算机平台的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统，其特征在于，所述定位模块为：GPS定位模块。

3.根据权利要求1所述的一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统，其特征在于，所述定位模块为：北斗定位模块。

4.根据权利要求1所述的一种多传感器融合的农机作业面积精确测量系统，还包括一种测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1:定位模块是测量农机所在位置的经纬度信息,系统上电运行后，定位模块通过卫星信号获得农机的经纬度信息，并将其发送给采集传输控制器；

S2:加速度传感器测量农机X、Y、Z轴三个方向的加速度，将其发送给采集控制器，电子罗盘罗盘实时测量车身运动方向，将其发送给采集传输控制器；

S3:以固定周期T分别采集GPS、加速度、电子罗盘数据进行农机作业状态判定。农机实时加速度a通过加速度计在X、Y、Z轴三个方向的输出数据进行计算，计算公式如下：

农机作业状态可分为完全静止状态、打火未作业状态、作业运动状态，采集传输控制器采用如下方式判断农机作业状态；

A1：完全静止状态：农机发动机未启动，农机未作业，处于静止状态；因为GPS本身误差其定位数据存在2米甚至以上的误差，而且GPS可能存在未知干扰下的数据跳变，所以GPS数据是变化的，但此时GPS数据为无效轨迹，无需将数据发送至计算机平台用来计算面积，于是采用加速度传感器来判断农机静止状态，周期T内，农机加速度a等于重力加速度，则农机处于完全静止状态，判断依据如下：

a＝g g为重力加速度

A2：打火未作业状态：农机发动机已启动，农机车身存在抖动，但并未移动作业，此时GPS数据为无效轨迹,农机加速度a始终在一个足够小的常数K范围内变化，判断依据如下：

|a|＜K

A3：作业运动状态：农机发动机启动并开始运动作业，此时产生有效轨迹，需要通过无线传输模块将GSP定位数据上传至用户计算机平台进行作业面积计算,由于加速度计因为农机车身抖动会产生较大数据波动，仅依靠加速度计传感器无法准确判断农机是否处于正常作业状态，因此，利用电子罗盘、加速度计结合农机GPS数据进行多传感器数据融合，进行农机作业运动状态的判定,判断农机处于作业运动状态需要同时满足以下条件：

①农机在T时间内的GPS距离变化距离大于R，即：

ΔGPS＞R

②农机加速度大于常数K。即：

|a|＞K

③电子罗盘输出的农机运动方向与GPS运动轨迹方向角度偏差小于常数θ，说明GPS轨迹方向与车身运动方向一致，即：

|θ_GPS-θ_罗盘|＜θ

S4:采集传输控制器判定农机作业状态后，进行以下处理：当农机状态处于静止状态或者打火未作业状态时，停止GPS模组和电子罗盘的供电，通信模组休眠；当农机处于作业运动状态时，按照发送周期将农机作业状态和GPS有效数据传输到云端数据平台，计算农机作业面积；

S5:采集传输控制器接收到GPS模块发送的经纬度信息，以及判断农机作业状态后，将其组帧成数据包，再通过通信接口发送给无线传输模块；

S6:无线传输模块接收到采集传输控制器转发的传感器经纬度信息和农机作业状态后，通过射频的方式将经纬度信息和农机作业状态发送到计算机平台。

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