监控系统农业机械论文范文

1监控系统硬件设计

由于本文采用的地理信息系统GIS是组件式开发工具，使用支持ActiveX控件的终端可以实时监控和调度，所以着重介绍信息采集部分的硬件电路设计方案。想要对农业机械设备进行定位、监控和信息传输，需要每个农业机械设备安装一个基于嵌入式解决方案的系统，便于信息的采集、处理和互动。由于STM32具有极高的性价比，所以采用基于STM32的嵌入式解决方案，将GPS+GLONASS和CDMA等模块有效地组织起来，构成信息采集系统。

1．1STM32F103VCT6微处理器

本设计中数据采集系统的主控制芯片采用意法半导体公司基于ARMv7架构的32位Cortex－M3内核的微处理器内核STM32F103VCT6。STM32具有产品种类多样化、性价比较高，易于开发等优点，逐渐在众多的Cortex－M3的微处理器崭露头角。其得益于它提出的一种基于固件库的开发方式，可以快速上手，用户只需要根据所需的应用调用库里的应用程序接口(API)，就可以迅速地开发出一个产品级程序。调用库忽略了底层寄存器的操作，大大降低了开发周期，便于一个产品上市收回成本。STM32F103VCT6(见图2)具有72MHz、48kB的RAM，256K的FLASH，100脚，处理速度、存储空间和管脚引用足够本设计使用，不到15元的零售价格极具性价比。另外，该款微处理器还具有各种通信控制器，如I2C、SPI、CAN和USART等，为各个模块之间通信建立良好的硬件基础，且便于升级。特别在本设计中使用了多个RS232通信，而STM32F103VCT6具有3个USART和2个UART接口，方便与各个模块电路通信。由于硬件和软件是相辅相成的，在STM32F103VCT6移植实时操作系统也很方便和简单。实践证明，该款微处理器在可靠性、稳定性、处理速度方面具有非常高的性能。

1．2GPS+GLONASS双重模式定位模块电路设计

目前，世界最大的4个定位导航系统有美国的GPS定位系统、俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略定位系统及我国的北斗定位系统。其中，广泛应用于民用的为GPS和GLONASS。GLONASS在2004年完善了定位系统后，性能更加稳定。传统的全球定位系统模块一般只采用单独的导航系统，即只能按照规定获取相应的单独某一个卫星信号，如只能接收到GPS卫星信号。相对于单独GPS和单独GLONASS定位，GPS+GLONASS双重模式定位具有定位速度快的优点，可以搜索到最多增加1倍卫星数量进行精确定位。特别针对峡谷、城市多重路径等复杂环境所设计，增加卫星数量提升优越的定位性能，目前已经广泛应用高端的手机、导航仪等民用电子设备当中。本设计中使用的是联发科技MTK的MT3333五合一全球卫星导航系统接收芯片，便于投入使用，只读取GPS和GLO-NASS的卫星信号;后期可以对系统进行升级读取北斗、伽利略和日本3家的卫星定位系统信号。由于MT3333具备了联发科技独特的AlwaysLocate软件技术，能够通过用户所处状态判断卫星接收模式，使导航更加精确、可靠，更能有效节约系统电力。该芯片出厂设定刷新率为1Hz，通过RS232通信，比特率为9600bps，通过模块电路和STM32F103VCT6连接。

1．3CDMA通信模块电路设计

本设计使用KS－97嵌入式CDMA模块将采集的数据通过无线通信方式与终端通信，信号覆盖广，通信简单易于控制。其中，KS－97嵌入式CDMA模块针对仪器仪表或者自动化等产品设计，具有体积小、性价比高等优点，广泛应用于物联网、电力、农业、工业当中。其内置PPP/TCP/UDP/IP协议，针对工业应用优化网络，CDMA的速率上下行最高153．6kbps，足以应付地理信息的信息传输。

1．4监控系统系统电源设计

采集系统的硬件电路需要安放在农业机械设备上，使用农业机械设备的12V电瓶电源或者外接4．2V锂电池，而系统使用的电压为3．3V，输入电压变化范围宽且压差比较大，故需要设计一个输入电压范围宽的电源电路。本设计采用德州仪器(TI)公司的TPS7A4700低噪声低压差线性稳压器，实现输入最小电压为3．0V，最大输入电压为36V，输出电流为1A，足以应付CDMA数据传输最大300mA电流的需求。

2监控系统软件设计

监控系统采集电路完成了对地理定位的信息的采集、通过CDMA模块向终端传输数据后，系统软件需要对该系统的硬件各个模块进行驱动、信息处理和控制。为实现控制的实时性，本设计采用μC/OS－Ⅲ实时操作系统。

2．1移植μC/OS－Ⅲ

实时操作系统是指外界事件或者数据变化时，能够接收并以最快的速度予以处理，其处理的结果又有能在短时间内控制生产过程或对处理系统做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。因此，实时操作系统具有严格的事件响应，并且具有非常好的稳定性能。μC/OS－Ⅲ是Micrium公司开发的微型实时操作系统，因为STM32具备移植μC/OS－Ⅲ的条件，所以只需要修改部分μC/OS代码。本设计中主要从os_cpu．c和stm32f10x_it．c文件的修改进行阐述。μC/OS－Ⅲ的内核使用一个周期时钟中断，以计算任务延时时间和进行任务调度，所以和STM32的SysTick一致，只需要注释掉os_cpu．h中的OS_CPU_SysTickHandler()和OS_CPU_SysTickInit()函数声明即可，修改os_cpu．c的文件和库文件一致，注释掉这两个函数即可。由于使用STM3的中断函数替换μC/OS－Ⅲ的中断服务函数，那么需要对stm32f10x_it．c文件进行修改。首先将该文件中原有的PendSV_Handler空函数注释掉，然后最重要的是编写SysTick中断服务函数。本设计使用IAR编译环境，使用PROBE插件即可对μC/OS－Ⅲ进行调试，为软件调试和系统调试提供很大方便。

2．2配置μC/OS－Ⅲ

配置SSS的系统功能是由一个个宏组成，这类可移植、扩展性强的代码都有类似于这样的文件，以一个系列的宏命令，配合子程序模块的条件编译语句实现功能剪裁。

3应用实例

根据以上设计建立的系统，实际应用在农业自动化相对较高的农场。本设计中主要应用在久保田PRO488联合收割机靠近电瓶位置。由于久保田PRO488联合收割机的直流12V电瓶维护方便，高达52Ah的容量，每月例行充电一次，平时例行补充蒸馏水即可工作，可以为本系统提供稳定的电源。在实际应用中，系统运行稳定。由于农机设备之间通信采用数字通信，传输可靠、隐蔽性强，能够在客户端上实现基础功能，如车辆点名、车辆信息追踪、命令下发、变更命令参数等功能，还能够查询到历史记录，一般采用回放、显示等方式。关键的统计分析中，可对各个农机设备传回的实时信息进行分析，对不同的设备之间不同类别主动查询报警记录、使用信息等。应用表明，系统运行效果良好，运行可靠稳定。

4结论

提出一种基于STM32嵌入式农业机械设备监控系统的设计方案，完成了对农业机械设备的地理位置定位，并将信息通过CDMA无线通信技术传送给终端进行监控调度。终端使用GIS组件式应用，对数据连接、数据存储和客户端监控完成农业机械设备的监控与调度。在实际应用中可以看出:该系统具有非常高的性价比和可靠性，有广泛的应用前景。

作者：贾全忠单位：潍坊科技学院