農業機械作業參數綜合監測平臺及使用方法

2023-12-06 11:58:16

農業機械作業參數綜合監測平臺及使用方法
【專利摘要】農業機械作業參數綜合監測平臺及使用方法屬農業機械測試【技術領域】，本發明中功能節點Ⅰ、功能節點Ⅱ、功能節點Ⅲ......功能節點n與主節點經由CANH線和CANL線組成的CAN總線連接，終端電阻Ⅰ和終端電阻Ⅱ分別並聯於CAN總線兩端；利用本發明的農業機械作業狀況綜合監測平臺，可實現多種農業機械作業狀況的監測，該農業機械作業狀況綜合監測平臺具有很強的擴展性，在平臺各部分連接時採用模塊化的設計，可簡化平臺結構，並有利於提高工作穩定性；本發明非常有利於進行現代農業機械作業參數監測。
【專利說明】農業機械作業參數綜合監測平臺及使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於農業機械測試【技術領域】，尤其涉及一種對農業機械的多種作業參數進行監測的綜合監測平臺及使用方法。
【背景技術】
[0002]農業機械在作業的過程中的作業參數與狀況直接影響其作業的質量。為了保證農業機械的作業質量，需要在農業機械作業過程中對機具總體，以及核心部件性能參數進行實時的監測。
[0003]目前，部分的農業機械已有相關的研究人員研製了專用的監測(或監控)系統。例如，針對變量施肥、變量噴藥等變量作業的變量作業控制系統；針對播種機作業狀況監測的漏播監測系統；針對聯合收穫機的運轉狀況的收穫機參數監測系統等等。對於科研院所以及研究機構來講，對每一種機具都開發一種配套的監測系統，不僅造成了資源的浪費，更重要的是每次都需要進行監測系統硬體和軟體的設計，需要較長開發的周期。但由於農業機械的種類繁多，不同的作業機器的執行機構又有著較大的差異，製作一個涵蓋所有農機具的監測系統是不易於實現的。

【發明內容】

[0004]針對上述問題，本發明提出使用農業機械作業參數綜合監測平臺及使用方法，用以實現農業機械作業參數的監測。
[0005]本發明的農業機械作業參數綜合監測平臺由主節點A、功能節點I B、功能節點
II C、功能節點III D......功能節點nN、終端電阻I 5、CANH線6、CANL線7和終端電阻II 8
組成，其中功能節點I B、功能節點II C、功能節點III D......功能節點nN與主節點A經由
CANH線6和CANL線7組成的CAN總線(Controller Area Network,控制器區域網路)連接，終端電阻I 5和終端電阻II 8分別並聯於CAN總線兩端。
[0006]所述的功能節點I B由CAN接口 II 9、微控制器II 10、執行機構I 11和傳感器I 12組成，其中執行機構I 11和傳感器I 12與微控制器II 10連接，微控制器II 10經CAN接口
II9與CAN總線連接。
[0007]所述的功能節點II C由CAN接口III 13、微控制器III 14、執行機構II 15和傳感器
II16組成，其中執行機構II 15和傳感器II 16與微控制器III14連接，微控制器III14經CAN接口III 13與CAN總線連接。
[0008]所述的功能節點III D由CAN接口 IV 17、微控制器IV 18、執行機構III 19和傳感器
III20組成，其中執行機構III19和傳感器III 20與微控制器IV 18連接，微控制器IV 18經CAN接口 IV 17與CAN總線連接。
[0009]所述的功能節點nN由CAN接口 n21、微控制器n22、執行機構n23和傳感器n24組成，其中執行機構n22和傳感器n24與微控制器n22連接，微控制器n22經CAN接口 n21與CAN總線連接。[0010]所述的功能節點B-N用於實現特定工作任務。所述的主節點A用於作業信息人機互動。功能節點B-N與主節點A之間通過CAN總線進行連接。
[0011]所述的主節點A由觸控螢幕1、工控機2和微控制器I 3組成，其中觸控螢幕I通過數據線與工控機2連接，工控機(2)與微控制器I (3)相連接，微控制器I (3)經CAN接口I 4與由CANH線6和CANL線7組成的CAN總線連接。所述的工控機I上運行由組態軟體編寫的監測程序軟體，可以通過組態監測軟體完成作業之前的作業參數初始化工作。在機具作業的過程中通過組態監測軟體顯示作業過程中作業機具的作業參數信息。監測軟體不僅具有清晰地圖表顯示功能還具有完備的的文件存儲能力，可以根據用戶的選擇將作業參數的關鍵數據存儲到工控機或者移動存儲設備上。
[0012]所述的功能節點(包括:功能節點I B、功能節點II C、功能節點III D......功能節
點nN)由各功能節點的CAN接口、功能節點微控制器、實現特定任務的執行機構和用於信息採集的傳感器組成。其中執行機構和傳感器與微控制器連接，微控制器經CAN接口與CAN總線連接。CAN接口由CAN控制器和CAN收發器組成，CAN控制器可以由帶有CAN控制器的微控制器提供或者由獨立的CAN控制器提供。執行機構和傳感器不是功能節點所必須的，可以根據節點的任務要求增加或者刪除。
[0013]所述的主節點微控制器I 3處理CAN總線上由各功能節點發送來的信息。主節點微控制器I 3將CAN總線上的信息識別以後，進行通訊協議的轉換，之後發送給工控機2。
[0014]所述的主節點微控制器I 3與工控機2之間通過RS-232協議進行通訊。
[0015]所述的觸控螢幕I與工控機2通過數據線進行連接。
[0016]所述的終端電阻I 5和終端電阻II 8並聯於由CANH線6和CANL線7組成的CAN總線，其電阻值為120歐，實際的系統中可根據系統的具體結構進行電阻值的匹配。
[0017]所述的系統平臺節點間的CAN通訊部分使用符合IS011783協議的通訊方式。
[0018]所述的平臺的主節點A與功能節點I B、功能節點II C、功能節點III D......功能
節點nN之間在物理連接時，採用模塊化的設計，採用堆積木的方式拼成一個整體，各部分之間通過連接機構進行鎖緊。
[0019]使用所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，當需要增加一個新的監測任務時，通過以下步驟完成:
[0020]1.進行新增監測任務的功能節點的硬體設計，在設計時要滿足上文提到的功能節點的組成要求；
[0021]2.進行新增監測任務的功能節點的微控制器軟體設計，在設計時要保證CAN通訊部分滿足ISOl 1783協議的規定；
[0022]3.在組態監測軟體中添加用於新任務的監測界面；
[0023]4.在組態監測軟體中添加新任務監測界面的驅動代碼；
[0024]5.將新設計的功能節點掛接到農業機械作業參數綜合監測平臺的CAN總線上；
[0025]6.對新功能節點和主節點進行調試、修改，直至滿足新監測任務的要求。
[0026]本發明的農業機械作業參數綜合監測平臺及使用方法具有以下優點:
[0027]1.將傳統的單一功能的分立系統變成綜合的監測平臺，多個監測系統共用一個平臺主節點進行信息的顯示，以及與用戶之間的人機互動。在增加新功能任務時，無需進行主節點硬體的重新設計，將精力集中到實現特定功能的功能節點上；[0028]2.監測平臺具有很強的擴展性，當需要增加新功能任務時無論硬體還是軟體上都很容易實現平臺功能的擴展；
[0029]3.監測平臺的監測軟體使用組態軟體編寫，編程簡單，可以減輕開發人員花費在設計監測軟體界面上的時間；
[0030]4.平臺主節點與各功能節點進行物理連接時採用模塊化設計，可有效減小平臺使用時佔據的空間，同時可增強平臺工作的穩定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為農業機械作業參數綜合監測平臺的總體架構圖
[0032]圖2為農業機械作業參數綜合監測平臺節點之間的物理連接方式示意圖
[0033]圖3為農業機械作業參數綜合監測平臺新增監測任務時的步驟流程圖
[0034]其中:A—主節點B—功能節點I C—功能節點II D—功能節點III N—功能節點nl.觸控螢幕2.工控機3.微控制器I 4.CAN接口 I 5.終端電阻I 6.CANH線7.CANL線
8.終端電阻II 9.CAN接口 II 10.微控制器II 11.執行機構I 12.傳感器I 13.CAN接口
III14.微控制器III 15.執行機構II 16.傳感器II 17.CAN接口 IV 18.微控制器IV 19.執行機構III 20.傳感器III 21.CAN接口 η 22.微控制器η 23.執行機構η 24.傳感器η
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的解釋和說明。
[0036]圖1所示是本發明農業機械作業參數綜合監測平臺的總體架構圖，本發明由主節
點Α、功能節點I B、功能節點II C、功能節點III D......功能節點nN、CANH線6、CANL線7，
以及CAN總線網絡需要的終端電阻I 5和終端電阻II 8構成。所述的功能節點用於實現特定的功能任務，比如變量施肥、漏播報警、機具作業速度檢測等。功能節點由CAN接口，功能節點微控制器，實現特定任務的執行機構和用於信息採集的傳感器組成。CAN接口由CAN控制器和CAN收發器組成，CAN控制器可以有帶有CAN控制器的微控制器提供或者由獨立的CAN控制器提供。功能節點通過CAN接口連接到系統CAN總線上。執行機構和傳感器不是功能節點所必須的，可以根據節點的任務要求增加或者刪除。由於功能節點功能的差異性，執行機構和傳感器的種類會有較大的差異。
[0037]所述的主節點A由工控機2、主節點微控制器I 3和用於信息交互的觸控螢幕I組成。主節點A用於作業信息的人機互動。在開始作業之前，用戶可以通過主節點A輸入作業的初始化信息，例如:機具的寬度、速度傳感器的特徵、存儲什麼類型的作業參數數據以及存儲的路徑等信息。在機具作業過程中，機器作業參數的信息通過主節點A的觸控螢幕I進行顯示。主節點微控制器I 3監測著CAN總線上傳遞的信息，當檢測到CAN總線上有功能節點發送給主節點A的信息時，將此信息進行讀取。考慮到大部分工控機不具有CAN接口，而都具有RS-232接口。為保證系統的通用性，主節點微控制器I 3與工控機2之間通過RS-232總線進行連接，使用RS-232協議進行通訊。主節點微控制器I 3將讀取到的信息轉化為符合RS-232通訊協議的格式，發送給工控機2，工控機2處理接收到的信息，將相應的信息使用觸控螢幕I進行顯示。同時，根據用戶的選擇將某些數據以文件的方式存儲到工控機2或者移動存儲設備上。[0038]所述的工控機2上運行由組態軟體編寫的監測軟體，由組態軟體易於設計出直觀、簡潔的圖形化的監測界面，有利於與用戶進行交互。並且組態軟體具有編程簡單的特點，有利於監測平臺進行新任務擴展。在機具作業之前，可以通過監測軟體完成作業參數的初始化工作。在機具作業的過程中通過監測軟體顯示作業過程中作業機具的參數信息。
[0039]農業機械作業參數綜合監測平臺的主節點A主要完成作業前作業參數的初始化和作業過程中作業參數的顯示工作，不做特定任務的實時控制任務，控制任務有特定的功能節點B-N來完成。採用這種設計結構，有以下原因:第一，工控機2運行通用的作業系統(例如window),這種系統不是實時的作業系統，不能保證控制的實時性。而通過功能節點的微控制器可以做到控制的實時性；第二，由功能節點的微控制器來完成實時的控制，可以減輕主節點A的負擔，主節點在機具作業過程中僅完成作業參數信息的顯示以及存儲就可以了。
[0040]所述的觸控螢幕I通過數據線連接至工控機2，用於信息的輸入和顯示。系統中沒有物理鍵盤，通過觸控螢幕I虛擬鍵盤進行信息輸入。
[0041]所述的終端電阻I 5和終端電阻II 8是組成CAN網絡所必須的，其電阻值為120歐，系統在實際應用中可以根據系統的具體結構進行電阻值的匹配，使CAN網絡工作在最佳狀態。
[0042]系統平臺節點間的CAN通訊部分使用符合IS011783協議的通訊方式。系統CAN總線上傳遞的報文的29位ID標號都是按照ISOl 1783協議規定命名的，這有利地保證系統在新增任務節點時與原系統的兼容性。
[0043]圖2所示是本發明農業機械作業參數綜合監測平臺節點之間的物理連接方式示意圖，所述的平臺的主節點A與功能節點B-N之間在物理連接時，採用模塊化設計，採用堆積木的方式拼成一個整體，各部分之間通過連接機構進行鎖緊。當需要哪些功能節點時，將該節點連接到平臺上，將不需要的功能節點去除，可有效減小系統的體積、增強系統的穩定性。
[0044]圖3所示是本發明農業機械作業參數綜合監測平臺新增監測任務時的步驟流程圖。使用所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，當需要增加一個新的監測任務時，通過以下步驟完成:
[0045]1.進行新增監測任務的功能節點的硬體設計，在設計時要滿足上文提到的功能節點的組成要求；
[0046]2.進行新增監測任務的功能節點的微控制器軟體設計，在設計時要保證CAN通訊部分滿足ISOl 1783協議的規定；
[0047]3.在組態監測軟體中添加用於新任務的監測界面；
[0048]4.在組態監測軟體中添加新任務監測界面的驅動代碼；
[0049]5.將新設計的功能節點掛接到農業機械作業參數綜合監測平臺的CAN總線上；
[0050]6.對新功能節點和主節點進行調試、修改直到滿足新監測任務的要求。
【權利要求】
1.一種農業機械作業參數綜合監測平臺，其特徵在於由主節點(A)、功能節點I (B)、功能節點II (C)、功能節點III (D)......功能節點η (N)、終端電阻I (5)、CANH線(6)、CANL線(7)和終端電阻II⑶組成，其中功能節點I (B)、功能節點II (C)、功能節點III⑶......功能節點η (N)與主節點(A)經由CANH線(6)和CANL線(7)組成的CAN總線連接，終端電阻I (5)和終端電阻II (8)分別並聯於CAN總線兩端。
2.按權利要求1所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，其特徵在於所述的主節點(A)由觸控螢幕(I)、工控機(2)和微控制器I (3)組成，其中觸控螢幕⑴通過數據線與工控機⑵連接，工控機⑵與微控制器I (3)相連接，微控制器I (3)經CAN接口 I (4)與由CANH線(6)和CANL線(7)組成的CAN總線連接，微控制器I (3)與工控機⑵之間通過RS-232協議進行通訊。
3.按權利要求1所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，其特徵在於所述的功能節點I(B)由CAN接口 II (9)、微控制器II (10)、執行機構I (11)和傳感器I (12)組成，其中執行機構I (11)和傳感器I (12)與微控制器II (10)連接，微 控制器II (10)經CAN接口II(9)與CAN總線連接。
4.按權利要求1所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，其特徵在於所述的功能節點II(C)由CAN接口III (13)、微控制器III (14)、執行機構II (15)和傳感器II (16)組成，其中執行機構II (15)和傳感器II (16)與微控制器III (14)連接，微控制器III (14)經CAN接口III(13)與CAN總線連接。
5.按權利要求1所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，其特徵在於所述的功能節點III⑶由CAN接口IV (17)、微控制器IV (18)、執行機構III (19)和傳感器III (20)組成，其中執行機構III (19)和傳感器III (20)與微控制器IV (18)連接，微控制器IV (18)經CAN接口IV(17)與CAN總線連接。
6.按權利要求1所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，其特徵在於所述的功能節點η (N)由CAN接口 η(21)、微控制器η(22)、執行機構η(23)和傳感器η(24)組成，其中執行機構η (22)和傳感器η (24)與微控制器η (22)連接，微控制器η (22)經CAN接口 η (21)與CAN總線連接。
7.按權利要求1所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，其特徵在於所述的終端電阻I(5)和終端電阻II (8)的典型值為120歐。
8.按權利要求1所述的農業機械作業參數綜合監測平臺，其特徵在於所述的主節點(A)與功能節點I (B)、功能節點II (C)、功能節點III (D)......功能節點η (N)之間在物理連接時採用模塊化的設計，採用堆積木的方式拼成一個整體，各部分之間通過連接機構進行鎖緊。
9.按權利要求1所述農業機械作業參數綜合監測平臺的使用方法，其特徵在於當需要增加一個新的監測任務時，通過以下步驟完成: 9.1進行新增監測任務的功能節點的硬體設計，在設計時要滿足權利要求3所述功能節點的組成要求； 9.2進行新增監測任務的功能節點的微控制器軟體設計，在設計時要保證CAN通訊部分滿足ISOl 1783協議的規定； 9.3在組態監測軟體中添加用於新任務的監測界面；·9.4在組態監測軟體中添加新任務監測界面的驅動代碼；·9.5將新設計的功能節點掛接到農業機械作業參數綜合監測平臺的CAN總線上；·9.6對新功能節點和主節點進行調試、修改，直至滿足新監測任務的要求。
【文檔編號】G01D21/02GK103453933SQ201310358877
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月18日 優先權日:2013年8月18日
【發明者】賈洪雷, 馮先臻, 齊江濤, 範旭輝, 莊健, 姜鑫銘 申請人:吉林大學