CN202694140U - 农业装备参数测控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于农业测控技术领域，具体涉及一种农业装备参数测控装置，该装置可利用各类传感器对农业机械运行过程中的多种信号进行采集，经调理后接入多功能数据采集卡或单片机系统的过程通道进行实时采集、分析和处理。系统通过配置的工业触控平板电脑与单片机系统可以构建上下位机二级测控模式以及单片机或计算机直接测控模式。通过灵活的跳线、短接电路以及软件配置可以实现多路输入、输出过程通道的复用，结合系统配置的步进电机驱动接口，实现对农业装备各类参数的实时检测与控制。该装置具有结构紧凑，10余个过程通道可同步采集与输出，调试简单可靠，信号处理准确快速的优点。

Description

农业装备参数测控装置

技术领域

本实用新型涉及一种农业装备参数测控装置，属于农业测控技术领域。 

背景技术

经过多年的发展，我国农业机械化水平已经得到显著提高，而农机智能化正日渐成为当今农业发展的潮流。传统的农业机械在很多方面已经不能满足现代农业发展的需要，本实用新型旨在通过对农机的工作状态参数进行实时采集、分析、处理，为农机的结构优化，功耗分布，智能化提升等提供一种较为通用的测控平台。 

多参数测控系统中的测量控制参数包括转速、角度、位移、速度、加速度、扭矩、力、时间等，表现为数字量、模拟量的输入输出，即PI(脉冲量输入)、FI(频率量输入)、DI(数字量输入)、AI(模拟量输入)或者PO(脉冲量输出)、FO(频率量输出)、DO(数字量输出)、AO(模拟量输出)，对应的控制对象主要是农用车辆及其配套的农机具。不同的测控对象，测量控制方式不同。然而总体上来看，目前的测控系统存在着测控对象单一、功能单一、难以同步测试等缺点。 

随着科学技术的进步，计算机控制技术得到了完善和发展，可充分利用现有先进测控技术对作业过程的状态参数进行实时监测和反馈调节控制，在实现自动控制的同时，对农机作业控制集中管理和分散控制，达到多个设备同时工作，多项工作同时进行，以满足同步采集的目的。 

系统通过配置的工业触控平板电脑与单片机构建上下位机二级测控模式以及单片机或者计算机直接测控模式。同时，通过灵活的跳线、短接电路以及软件配置可以实现多路输入、输出过程通道的复用，结合系统配置的步进电机驱动接口，实现对农业装备各类参数的实时检测与控制。该系统具有结构紧凑，10余个过程通道可同步采集与输出，调试简单可靠，信号处理准确快速的优点，在农业机械智能化方面（如农业装备自动导航、直播机排种器排种性能检测以及漏播检测等）具有广阔的应用前景。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种农业装备多参数测控装置，将农业机械作业过程中采集的各种信号通过计算机或者单片机进行分析和处理，并以数字量DO、 FO、PO输出或者模拟量AO输出，从而实现控制农业装备的运行功能。 

本实用新型通过如下技术方案实现： 

申请人设计了一种农业装备参数测控装置，其包括过程通道模块（100）、步进电机驱动系统（200）、信号预处理系统（300）、数据采集卡（400）、工业触控平板电脑（500）； 

过程通道模块（100）、信号预处理系统（300）和工业触控平板电脑（500）依次连接； 

过程通道模块（100）、信号预处理系统（300）、数据采集卡（400）和工业触控平板电脑（500）依次连接； 

信号预处理系统（300）经排线连接到数据采集卡（400），再连接到工业触控平板电脑（500）上，构建直接测控系统； 

信号预处理系统（300）通过单片机（340），构建直接测控系统； 

信号预处理系统（300）通过串口与工业触控平板电脑（500）连接，构建二级测控系统； 

过程通道模块（100）上包含输入信号、输出信号； 

输入信号包含数字信号DI、PI、FI、模拟信号AI（110）；输出信号包含数字信号DO、PO、FO、模拟信号AO（120）； 

所述的信号预处理系统（300）包含信号调理电路（310）、电源系统（320）、跳线、短接电路（330）、单片机（340）； 

信号调理电路（310）包含6路数字量输入/输出DI/O通道（311）、2路模数转换A/D通道（312）、1路脉冲输出通道（313）、1路数字量输出DO通道（314）、2个预留接口（315）； 

电源系统（320）包含1个开关接口（321）、1个12V输入接口（322）； 

电源系统（320）分别与信号调理电路（310），跳线、短接电路（330）,单片机（340）依次连接；跳线、短接电路（330），信号调理电路（310）,单片机（340）并联连接； 

跳线、短接电路（330）包含信号输入冗余电路（331）、信号输出冗余电路（332），所述的信号输入冗余电路（331）、信号输出冗余电路（332）的切换通过短路帽实现。 

本实用新型的系统具有结构紧凑，10余个过程通道可同步采集与输出，调试简单可靠，信号处理准确快速的优点，在农业机械智能化方面（如农业装备自动导航、直播机排种器排种性能检测以及漏播检测等）具有广阔的应用前景。 

附图说明

图1是本实用新型的示意图。 

图2是本实用新型信号预处理系统（300）的示意图。 

图3是本实用新型单片机（340）构建的直接测控系统的示意图。 

图4是本实用新型数据采集卡（400）构建的直接测控系统的示意图。 

图5是本实用新型二级测控系统的示意图。 

图6是本实用新型应用实施例1的硬件系统示意图。 

图7是本实用新型应用实施例1的控制流程图。 

图8是本实用新型应用实施例2的硬件系统示意图。 

图9是本实用新型应用实施例3的硬件系统示意图。 

附图标记含义如下： 

001-农用车辆 

002-集中气力式精量排种器 

003-油菜精量联合直播机 

100-过程通道模块 

     110-数字信号DI、PI、FI、模拟信号AI， 

          111-力矩传感器1，112-雷达测速传感器或者光电传感器，113-工业相机， 

          114-力传感器 

     120-数字信号DO、PO、FO、模拟信号AO； 

200-步进电机驱动系统 

300-信号预处理系统 

     310-信号调理电路，320-电源系统，330-跳线、短接电路，340-单片机， 

        311-数字量输入/输出DI/O通道，312-模数转换A/D通道，313-脉冲输出通 

        道，314-数字量输出DO通道，315-预留接口， 

     321-开关接口，322-12V输入接口， 

     331-信号输入冗余电路，332-信号输出冗余电路， 

400-数据采集卡， 

500-工业触控平板电脑， 

600-GPS模块。 

具体实施方式

实施例1本实用新型的组装实施例 

一种农业装备参数测控装置，其包括过程通道模块（100）、步进电机驱动系统（200）、信号预处理系统（300）、数据采集卡（400）、工业触控平板电脑（500）； 

过程通道模块（100）、信号预处理系统（300）和工业触控平板电脑（500）依次连接； 

过程通道模块（100）、数据采集卡（400）和工业触控平板电脑（500）依次连接； 

信号预处理系统（300）经排线连接到数据采集卡（400），再连接到工业触控平板电脑（500）的上，构建直接测控系统； 

信号预处理系统（300）通过单片机（340），构建直接测控系统； 

信号预处理系统（300）通过串口与工业触控平板电脑（500）连接，构建二级测控系统； 

所述的过程通道模块（100）上包含输入信号、输出信号； 

上述信号分别为数字信号DI、PI、FI、模拟信号AI（110）；数字信号DO、PO、FO、模拟信号AO（120）； 

所述的信号预处理系统（300）包含信号调理电路（310）、电源系统（320）、跳线、短接电路（330）、单片机（340）； 

电源系统（320）包含1个开关接口（321）、1个12V输入接口（322）； 

信号调理电路（310）包含6路数字量输入/输出DI/O通道（311）、2路模数转换A/D通道（312）、1路脉冲输出通道（313）、1路数字量输出DO通道（314）、2个预留接口（315）； 

跳线、短接电路（330）包含信号输入冗余电路（331）、信号输出冗余电路（332），所述的信号输入冗余电路（331）、信号输出冗余电路（332）的切换通过短路帽实现。 

数据采集卡（400）构建的直接测控系统、单片机（340）构建的二级测控系统或者单片机（340）直接测控系统均可实现数字量输出以及模拟量输出，同时可以控制步进电机驱动系统（200）实现对外的控制； 

单片机（340）的供电完全可以由数据采集卡（400）构建的直接测控系统进行控制，以减低系统功耗；数据采集卡（400）构建的直接测控系统也可直接对步进电机驱动系统（200）进行供电管理，以减低系统功耗与噪声。 

通过设计的测控软件系统可以配置输入与输出过程通道，结合系统配置的步进电机驱动系统（200）接口，实现对农业装备各类参数，如转速、角度、位移、速度、加速度、扭矩、力、时间等的实时检测与控制。 

本实施例中的步进电机的功率优选为200W。 

本实用新型的系统可制成一种便携式的仪器，方便地在农用车辆或机具上使用。 

实施例2应用实施例1 

下面参照图6介绍本实用新型的应用实施例1--农用车辆（001）视觉导航应用： 

农用车辆田间作业过程中总是存在作业区与未作业区，利用本测控系统以及配置的工业相机实时检测作业区未作业区的分界线，继而获得航向偏差与航位偏差，通过构建的导航控制系统，实现转向轮的自动转向，最终达到农用车辆自动沿边界线无人驾驶的目的，减轻作业劳动强度，提高作业质量。 

利用本实用新型构建系统的过程通道模块（100），对安装在农用车辆（001）转向轮轴上的力矩传感器1（111）实时采集转向轮转角状态，经信号预处理系统（300）处理后输送到工业触控平板电脑（500），设定采用频率为100Hz。 

利用本实用新型构建系统的过程通道模块（100），采集雷达测速传感器（常见的元器件，对型号无限制，可商购）或者光电传感器（常见的元器件，对型号无限制，可商购）（112）产生的频率信号，获得农用车辆（001）行进速度。 

利用本实用新型构建系统配置的步进电机驱动系统（200）作为农用车辆（001）电控转向系统的动力源，替代原有的方向盘操作。 

利用本实用新型构建系统配备的工业触控平板电脑（500）以及GPS（常见的元器件，对型号无限制）（600）、或者工业相机（113），实时采集分析、处理得到农用车辆（001）定位参数（航向偏差、航位偏差），根据试验过程得到的导航控制算法实现，得到控制量，驱动动力源实现方向的纠偏，达到自动导航的目的。 

本实施例中的步进电机的功率优选为200W。 

本实施例利用了1个AI通道、1个PI通道、1个串口或者USB接口，农用车辆（001）12V直流电源对系统供电，即可实现农用车辆（001）的自动导航，本实用新型提供的测控系统完全满足上述实施例的硬件资源需要。 

实施例3应用实施例2 

下面参照图8介绍本实用新型的应用实施例2--集中气力式精量排种器（002）播量控制： 

集中气力式精量排种器（华中农业大学工学院研制，专利号2009100610887，授权日2011年1月26日）依靠排种盘的转动让油菜籽获得足够的离心力继而到达型孔位置实现排种，排种量随着转速的增加而增大，本应用就是利用测控系统通过实时检测油菜直播机行进速度实现离心式排种盘转速的控制，继而实现播量的控制，并实现播种一致性。 

利用本实用新型设计的系统的过程通道模块（100），采集雷达测速传感器（常见的元器件，对型号无限制，可商购）或者光电传感器（常见的元器件，对型号无限制，可商购）（112）产生的频率信号，获得油菜直播机的行进速度。 

利用本实用新型设计的系统配置的步进电机驱动系统（200）作为集中气力式精量排种器（002）的动力源（步进电机的功率为200W）。 

利用本实用新型设计的系统配备的信号预处理系统(300)中的单片机(340)实现采集雷达测速传感器（常见的元器件，对型号无限制，可商购）或者光电传感器（常见的元器件，对型号无限制，可商购）（112）信号的采集，得到油菜直播机的行进速度，同时340实现步进电机驱动系统（200）的转速控制，形成闭环控制系统，当行进速度较大时，增加转速，提高播量，行进速度较低时，降低转速，继而降低播量，并实现播种一致性。 

利用本实用新型设计的系统配备的工业触控平板电脑（500）实时记录播量，播种面积以 及播种效率、质量等信息，以备后期查询。 

本实例利用了1个PI通道、1个DO通道、1个串口，集中气力式精量排种器（002）12V直流电源对系统供电，即可实现集中气力式精量排种器（002）的离心式排种器播量的控制，本实用新型提供的测控系统完全满足上述实施例的硬件资源需要。 

实施例4应用实施例3 

下面参照图9介绍本实用新型的实施例--油菜精量联合直播机（003）功率检测系统的构建： 

为了准确获得油菜精量联合直播机（专利号ZL2010201689822，授权日2010年12月22日）旋耕、犁体部件功率消耗，采用本测控系统进行力矩(力)与转速(行进速度)的测量，间接获得旋耕、犁体的功率消耗，为进一步优化油菜精量联合直播机提供依据。 

利用本实用新型的系统的过程通道模块（100），采集力矩传感器1（常见的元器件，对型号无限制，可商购）（111）和光电传感器（常见的元器件，对型号无限制，可商购）（112）产生的力矩信号与转速信号，二者综合获得油菜精量联合直播机（003）的旋耕部件功率。 

利用本实用新型系统的过程通道模块（100），采集力传感器（常见的元器件，对型号无限制）（114）和光电传感器2（常见的元器件，对型号无限制）（112）产生的力信号与速度信号，二者综合获得油菜精量联合直播机（003）的犁体部件功率。 

本实例利用了2个PI通道、2个AI通道、1个串口，油菜精量联合直播机（003）12V直流电源对系统供电，即可实现油菜精量联合直播机（003）的功率的检测，本实用新型提供的测控系统完全满足上述实施例的硬件资源需要。 

Claims (1)

1.一种农业装备参数测控装置，其特征在于：

包括过程通道模块（100）、步进电机驱动系统（200）、信号预处理系统（300）、数据采集卡（400）、工业触控平板电脑（500）；

过程通道模块（100）、信号预处理系统（300）和工业触控平板电脑（500）依次连接；

过程通道模块（100）、信号预处理系统（300）、数据采集卡（400）和工业触控平板电脑（500）依次连接；

信号预处理系统（300）经排线连接到数据采集卡（400），再连接到工业触控平板电脑（500），构建直接测控系统；

信号预处理系统（300）通过单片机（340），构建直接测控系统；

信号预处理系统（300）通过串口与工业触控平板电脑（500）连接，构建二级测控系统；

所述的过程通道模块（100）上包含输入信号、输出信号；

输入信号包含数字信号DI、PI、FI、模拟信号AI（110），输出信号包含数字信号DO、PO、FO、模拟信号AO（120）；

所述的信号预处理系统（300）包含信号调理电路（310）、电源系统（320）、跳线、短接电路（330）、单片机（340）；

信号调理电路（310）包含6路数字量输入/输出DI/O通道（311）、2路模数转换A/D

通道（312）、1路脉冲输出通道（313）、1路数字量输出DO通道（314）、2个预留接口（315）；

电源系统（320）包含1个开关接口（321）、1个12V输入接口（322）；

电源系统（320）分别与信号调理电路（310），跳线、短接电路（330）,单片机（340）依次连接；跳线、短接电路（330），信号调理电路（310）,单片机（340）并联连接；

跳线、短接电路（330）包含信号输入冗余电路（331）、信号输出冗余电路（332），所述的信号输入冗余电路（331）、信号输出冗余电路（332）的切换通过短路帽实现。 

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