CN206791000U - 基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，包括控制器、触摸屏显示模块、GPS定位模块、调理电路、转速传感器组件、视频监测模块、步进电机驱动器、步进电机调速机构、3G模块、上位机系统，上位机系统通过3G模块与控制器相互连接，触摸屏显示模块与控制器相互连接，转速传感器通过调理电路与控制器输入端相连，步进电机调速机构通过步进电机驱动器与控制器输出端相连，视屏监测模块、GPS模块均与控制器输入端相连，其中，步进电机调速机构采用手自一体液压无级调速机构。本实用新型能够对联合收获机的多种作业数据进行实时监测以及对作业速度进行智能控制，操作简易，监测界面友好直观，控制作业性能优。

Description

基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及农业机械中联合收获机领域，特别是涉及一种基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统。

背景技术

联合收获机的前进速度由作物密度、湿度、田间环境、割幅等因素决定，如何根据这些不同的因素自动调节联合收获机的前进速度是当下研究的热点。

国外联合收获机作业速度的智能控制，如凯斯、纽荷兰、久保田、约翰迪尔等，无一例外地采用了电子传感控制技术，驾驶室内的电子监控数字显示设备对各作业点的转速、作业速度、割茬高低、分离和清选损失及粮仓充满等情况进行监控并对凹版间隙、滚筒、风机、搅龙转速、作业速度进行自动调整。日本将配备液晶显示的仪表及监视器装在半喂入联合收获机操作台上，驾驶员可以直观地看到当前机器的工作状态，如发动机水温、发动机转速、机油压力、负荷大小、储谷量等。美国CASE公司将多种传感器、DGPS装配在联合收获机上，开发出田间信息实时数据采集系统，可以及时得到小区产量分布图，以及收割速度、谷物瞬时流量、割台高度等参数，并可在显示屏上直观地显示出来。因而目前联合收获机作业数据的监测主要停留在本机上的实时监测，很难对作业数据进行大量存储和处理分析，此外生产企业也很难获得联合收获机作业过程中的第一手数据。

与欧美国家的跨国公司先进的联合收获机监测系统相比，国内联合收获机大都仅安装重要机构的速度监测系统和堵塞、粮箱满仓等少量报警系统，缺乏对多种作业部件的作业数据的监测与融合处理技术的研究，使得联合收获机作业性能不稳定，堵塞故障频发，无故障工作时间短。因此亟需提供一种基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统以实现对多种作业数据的融合处理。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，能够对联合收获机的多种作业部件的作业数据进行实时监测与融合处理。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，包括控制器、触摸屏显示模块、GPS定位模块、调理电路、转速传感器组件、视频监测模块、步进电机驱动器、步进电机调速机构、3G模块、上位机系统，上位机系统通过3G模块与控制器相互连接，触摸屏显示模块与控制器相互连接，转速传感器通过调理电路与控制器输入端相连，步进电机调速机构通过步进电机驱动器与控制器输出端相连，视屏监测模块、GPS模块均与控制器输入端相连；

步进电机调速机构采用手自一体液压无级调速机构，其包括主变速手柄、移动支座、过渡拉杆、步进电机、过渡转套、液压无级调速连杆、液压无级调速装置，主变速手柄固定安装在移动支座的上部，过渡拉杆的一端与移动支座的下部铰接，过渡拉杆的另一端、过渡转套、液压无级调速连杆与液压无级调速装置的活塞杆相互铰接，过渡转套的中部通过行星减速器与步进电机连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，转速传感器组件包括四个安装在物联网联合收获机上的霍尔传感器，分别对脱粒滚筒、输送槽、割台螺旋输送器的转速和联合收获机的前进速度进行信号采集。作为所述控制系统的检测元件，转速传感器组件及调理电路实现对联合收获机多种作业数据的实时监测。

在本实用新型一个较佳实施例中，视频监测模块包括四个摄像头，分别设置在联合收获机的脱粒滚筒、割台螺旋输送器、驾驶区和粮仓。视频监测模块可以实时获取脱粒滚筒、割台螺旋输送器正常运转图像和即将堵塞图像，机手根据视频图像及时控制收获机的前进速度，避免脱粒滚筒、割台螺旋输送器堵塞故障的发生；对驾驶区和粮仓的监视，可以实现防盗、以及防止粮仓过满情况的发生。

进一步的，视频监测模块通过串行接口与控制器相连，在触摸屏视频监测与定位显示界面进行切换显示。

在本实用新型一个较佳实施例中，3G模块采用3G无线路由器进行数据的传送，上位机系统根据需要通过3G模块下达指令给控制器，控制器根据上位机指令再通过3G模块将视频数据和作业数据上传至数据中心，并通过上位机应用软件进行处理与显示。

在本实用新型一个较佳实施例中，触摸屏显示模块包括触摸屏、串行接口电路，触摸屏显示区域包括视频监测区、按钮区、定位显示区、速度显示区。

在本实用新型一个较佳实施例中，步进电机调速机构中的步进电机通过电机安装板安装在联合收获机的机架上，过渡转套通过平键与步进电机的电机轴固定连接，结构简单、安装方便、节省安装空间，和原有手动调速机构并联安装，切换方便，互不干涉。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过物联网不仅能够对联合收获机的作业数据进行采集与存储，而且能够对联合收获机的多种作业部件的作业速度进行实时监测与智能控制，整套系统操作简易，工作安全可靠，监测界面友好直观，控制作业性能高；

(2)转速传感器组件及调理电路作为所述控制系统的检测元件，分别对脱粒滚筒、输送槽、割台螺旋输送器的转速和联合收获机的前进速度进行信号采集；视频监测模块能够直观地实时获取脱粒滚筒、割台螺旋输送器正常运转图像和即将堵塞图像，机手根据视频图像及时控制收获机的前进速度，避免脱粒滚筒、割台螺旋输送器堵塞故障的发生；步进电机驱动器与步进电机调速机构作为所述控制系统的执行元件，实现手动调速与自动调速的自由切换，便于精确控制速度变化。

附图说明

图1是本实用新型基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述步进电机调速机构的立体结构示意图之一；

图3是所述步进电机调速机构的立体结构示意图之二；

图4是触摸屏参数设定界面的设计示意图；

图5是触摸屏作业速度监测与智能控制界面的设计示意图；

图6是触摸屏视频监测与定位显示界面的设计示意图；

附图中各部件的标记如下：1、主变速手柄，2、过渡拉杆，3、步进电机，4、过渡转套，5、液压无级调速连杆，6、液压无级调速装置，7、行星减速器，8、移动支座，9、电机轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本实用新型实施例包括：

一种基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，包括控制器、触摸屏显示模块、GPS定位模块、调理电路、转速传感器组件、视频监测模块、步进电机驱动器、步进电机调速机构、3G模块、上位机系统，上位机系统通过3G模块与控制器相互连接，触摸屏显示模块与控制器相互连接，转速传感器通过调理电路与控制器输入端相连，步进电机调速机构通过步进电机驱动器与控制器输出端相连，视屏监测模块、GPS模块均与控制器输入端相连。

控制器采用ARM9-Linux系统作为开发平台，其由Sunmung公司生产的S3C2440A处理器与Linux2.6.12操作系统及相关组件组成，操作系统软件在虚拟机Linux系统中进行源码的裁剪与编译，获取满足系统最小要求的二进制文件，并移植到ARM9系统中。

转速传感器组件包括四个安装在物联网联合收获机上的霍尔传感器，分别对脱粒滚筒、输送槽、割台螺旋输送器的转速和联合收获机的前进速度进行信号采集，经调理电路送入系统处理器EINT0、EINT2中断输入端口。作为所述控制系统的检测元件，转速传感器组件及调理电路实现对联合收获机多种作业数据的实时监测。

视频监测模块包括四个摄像头，通过串行接口接入处理系统，分别对脱粒滚筒、割台螺旋输送器运转状况以及驾驶区、粮仓进行监视。视频监测模块可以实时获取脱粒滚筒、割台螺旋输送器正常运转图像和即将堵塞图像，机手根据视频图像及时控制收获机的前进速度，避免脱粒滚筒、割台螺旋输送器堵塞故障的发生；对驾驶区和粮仓的监视，可以实现防盗、以及防止粮仓过满情况的发生。

GPS定位模块选用的是SiRF StarⅢ定位模块，数据输出格式采用NMEA 0183GGA、GSA、GSV、RMC、VTG、GLL；触摸屏显示模块包括触摸屏、串行接口电路，触摸屏显示区域包括视频监测区、按钮区、定位显示区、速度显示区。3G模块采用3G无线路由器进行数据的传送，上位机系统根据需要通过3G互联网下达指令给ARM9-Linux系统，ARM9-Linux系统根据上位机指令再通过3G模块将视频数据和作业数据上传至数据中心，并通过上位机应用软件进行处理与显示。

请参阅图2和图3，步进电机调速机构采用手自一体液压无级调速机构，其包括主变速手柄1、移动支座8、过渡拉杆2、步进电机3、过渡转套4、液压无级调速连杆5、液压无级调速装置6，主变速手柄1固定安装在移动支座8的上部，过渡拉杆2的一端与移动支座8的下部铰接，过渡拉杆2的另一端、过渡转套4、液压无级调速连杆5与液压无级调速装置6的活塞杆相互铰接，步进电机3与行星减速器7组成组合电机，通过电机安装板安装在联合收获机的机架上，过渡转套4的中部通过平键与组合电机的电机轴9固定连接。步进电机调速机构是通过系统按照智能控制算法给出的控制量，经步进电机驱动器驱动步进电机3，步进电机3在控制信号作用下，按一定角速度朝某个方向转动一定角度，带动过渡转套4、液压无级调速连杆5运动，推动液压无级调速装置6，进而达到调节联合收获机前进速度及其相关部件转速的目的。

主变速手柄1带动过渡拉杆2、过渡转套3和液压无级调速连杆4来调节液压无级变速器调速板5的角度，从而改变液压无级变速器的传动比，达到调速的目的。当收获机处于前进档时，主变速手柄1往前推，收获机前进速度加快，主变速手柄1往后推，则收获机前进速度降低；而收获机处于后退档时，主变速手柄1往后推，收获机后退速度加快，主变速手柄1往前推，则收获机后退速度降低。变速器的传动比与其调速板的角度相关，而调速板的转动由过渡转套3带动，为了方便精确地控制过渡转套3的转角，将过渡转套3装配在电机轴9上，这样电机的转动就带动了过渡转套3的转动，进而改变无级变速器调速板的角度，最终调节收割机的前进速度。

所述步进电机调速机构的核心由步进电机3和行星减速器7组成，结构简单、安装方便、节省安装空间，和原有手动调速机构并联安装，切换方便，互不干涉。利用行星减速器7，减速增扭；与步进电机结合，便于精确控制速度变化。通过附加简单的自动调速装置，并通过拨扭开关和状态指示灯方便地进行手动/自动调速切换并反映状态，由双向超越离合器实现手动/自动调速任意切换而避免二者的冲突，从而实现了联合收割机手自一体化的负荷反馈调速。

基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统的软件包括触摸屏人机界面应用程序、步进电机智能控制程序和上位机系统应用程序。触摸屏人机界面程序主要包括三个部分：作业参数设定界面、作业参数监测与智能控制界面和视频监测与定位显示界面，所述界面的软件采用在虚拟机Linux系统中搭建的QTE-Embeded平台和SQLite3嵌入式数据库软件进行开发、编译和移植。步进电机智能控制程序采用以脱粒系统动力学理论模型为反馈环节，以喂入量与单位损失率为评价目标而优化的模糊控制算法进行设计。上位机应用程序主要是通过发送指令，将联合收获机的视频数据及其它作业数据上传至数据中心，并在显示系统中显示及对多种作业数据进行融合处理。

下面结合图4至图6对触摸屏人机界面进行详细描述：

触摸屏参数设定界面主要有作物品种、脱粒滚筒转速、割台螺旋输送器转速、输送槽转速和前进速度等设定参数标签和文本输入框组成，其中作物品种可通过 在SQLite嵌入式数据库的“作业数据设定表”中进行选择，则脱粒滚筒、割台螺旋输送器、输送槽的转速和前进速度的设定值随之相应改变，与作物品种相对应。此外，界面上还有“参数设定”、“确定”、“返回”三个按钮框，“参数设定”可以进行手动修改或输入设定参数；“确定”是将当前界面设定值作为系统的参数设定值；“返回”是将当前界面返回到应用软件的主界面。

触摸屏作业速度监测与智能控制界面由脱粒滚筒转速、输送槽转速、割台螺旋输送器转速和前进速度的标签、文本显示框、单位标签和速度报警显示框等组成，此外还包括“手动监控”、“智能监控”、“返回”三个按钮框及速度报警显示框，当转速低于设定值时，速度报警显示框显示监测数据的同时底色高亮显示，同时蜂鸣器报警，便于机手正常操作机器。“手动监控”系统只起着监测作业速度及报警作用，不进行自动控制，联合收获机调速由机手操作主变速手柄1完成；“智能监控”作用是在监测作业速度的同时，采用以脱粒系统动力学理论模型为反馈环节，以喂入量与单位损失率为评价目标而优化的模糊控制算法，进行C语言编程，实现对步进电机的控制，进而实现自动调速；“返回”是当前界面返回到应用软件的主界面。

触摸屏视频监视和定位显示界面由视频监测区、定位显示区、按钮区组成。按钮区由“GPS开启”、“GPS关闭”、“视频开启”、“视频关闭”和“视频切换”、 组成。视频监测区是对摄像头采集视频图像进行本地显示，并通过按钮区中视频切换对脱粒滚筒、割台运转情况及驾驶区和粮仓进行监视；定位显示区由经度、纬度标签和文本显示框组成，系统对NMEA 1803GPRMC信息格式进行解析，解析数据显示在文本显示框中。

本实用新型通过物联网不仅能够对联合收获机的作业数据进行采集与存储，而且能够对联合收获机的多种作业部件的作业速度进行实时监测与智能控制，整套系统操作简易，工作安全可靠，监测界面友好直观，控制作业性能优。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，其特征在于，包括控制器、触摸屏显示模块、GPS定位模块、调理电路、转速传感器组件、视频监测模块、步进电机驱动器、步进电机调速机构、3G模块、上位机系统，上位机系统通过3G模块与控制器相互连接，触摸屏显示模块与控制器相互连接，转速传感器通过调理电路与控制器输入端相连，步进电机调速机构通过步进电机驱动器与控制器输出端相连，视屏监测模块、GPS模块均与控制器输入端相连；

步进电机调速机构采用手自一体液压无级调速机构，其包括主变速手柄、移动支座、过渡拉杆、步进电机、过渡转套、液压无级调速连杆、液压无级调速装置，主变速手柄固定安装在移动支座的上部，过渡拉杆的一端与移动支座的下部铰接，过渡拉杆的另一端、过渡转套、液压无级调速连杆与液压无级调速装置的活塞杆相互铰接，过渡转套的中部通过行星减速器与步进电机连接。

2.根据权利要求1所述的基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，其特征在于，转速传感器组件包括四个安装在物联网联合收获机上的霍尔传感器，分别对脱粒滚筒、输送槽、割台螺旋输送器的转速和联合收获机的前进速度进行信号采集。

3.根据权利要求1所述的基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，其特征在于，视频监测模块包括四个摄像头，分别设置在联合收获机的脱粒滚筒、割台螺旋输送器、驾驶区和粮仓。

4.根据权利要求3所述的基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，其特征在于，视频监测模块通过串行接口与控制器相连。

5.根据权利要求1所述的基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，其特征在于，3G模块采用3G无线路由器。

6.根据权利要求1所述的基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，其特征在于，触摸屏显示模块包括触摸屏、串行接口电路，触摸屏显示区域包括视频监测区、按钮区、定位显示区、速度显示区。

7.根据权利要求1所述的基于物联网联合收获机作业数据监测与智能控制系统，其特征在于，步进电机调速机构中的步进电机通过电机安装板安装在联合收获机的机架上，过渡转套通过平键与步进电机的电机轴固定连接。