摘要:隨著我國農業自動化、智能化發展進程的推進，插秧機在農業生產中得到了廣泛應用，克服了傳統人工插秧存在的作業強度大、插秧速度慢、秧苗質量差等諸多問題，具有作業效率高、秧苗質量好等優點。但是，傳統插秧機的作業控制仍然需要人工干預，控制精度低，且在使用過程中故障率高。針對以上問題，基于計算機網絡技術，完成了插秧機作業控制系統的總體方案設計，分析了GPRS通信網絡的框架結構，對插秧機的機載終端總體方案進行優化設計，對機載終端的硬件模塊進行選型和電路原理設計，并完成了智能插秧機的數據傳輸通信測試和功能測試。結果表明:基于計算機網絡技術的智能插秧機性能穩定，數據傳輸準確，能夠實現對插秧作業的精準遠程控制，同時可以監控整個作業過程，及時對插秧機的故障進行反饋報警，具有一定的推廣價值。

　　關鍵詞:插秧機;計算機網絡;GPRS;監控

　　0引言

　　隨著精準農業的發展，農業生產精細程度越來越高。插秧作業是農業生產最基本的環節，插秧質量的直接影響農民的收入。傳統的插秧作業主要依靠人工完成，作業強度大，插秧效率低，且秧苗質量參差不齊，亟需引進先進的插秧技術，改變傳統的插秧作業模式。傳統的插秧機需要人工操作，手動完成各類控制指令的操作，且由于缺乏對插秧機作業過程的實時監控，插秧機工作狀況很難掌控，在使用過程中常常會出現各種問題和故障。

　　由于無法及時準確找出故障原因和排查故障，因此嚴重影響生產進度。為進一步改善作業人員的工作環境，緩解工作壓力，提高插秧效率和秧苗質量，同時做到插秧過程的全過程監控，設計了基于計算機網絡技術的智能插秧機，通過計算機網絡技術完成插秧機機載終端與操作終端、后臺服務器終端之間的數據傳輸，從而實現插秧機的遠程控制和運行參數監控，做到對插秧機作業全過程的精準控制。

　　1總體方案設計

　　傳統插秧機只能通過人工操作完成相應指令的下達和手動控制，基于計算機網絡技術的插秧機可以實現對插秧過程的全過程監控和遠程控制，便于作業人員實時掌握插秧機的工作狀態。插秧機控制系統的主要功能包括:1)能夠完成插秧機運行參數的實時采集，隨時獲取插秧機各執行設備的運行情況;2)能夠完成插秧機的遠程控制，通過操作終端傳輸控制指令，完成對相應執行設備的遠程控制;3)能夠完成插秧機相關數據的實時存儲，通過計算機網絡技術將采集的運行參數、控制指令和用戶信息等數據儲存在后臺服務器中。

　　4)能夠實現插秧機相關數據的遠程傳輸，通過GPRS網絡通信技術實現插秧機、操作終端、后臺服務器之間的數據傳輸和數據交換;5)能夠完成插秧機運行參數歷史數據的查詢，生成各類變化曲線，便于數據分析和處理;6)能夠實現插秧機故障的預警，當插秧機發生故障時，插秧機控制系統可以自動監測故障，并將故障信息傳輸至操作終端，便于作業人員隨時掌握故障信息。插秧機作業控制系統主要包括插秧機機載終端系統、操作終端系統和后臺服務器終端系統。

　　機載終端系統為整個作業控制系統的核心，用于完成插秧機各類運行參數的采集、具體控制指令的執行以及各類數據的分析計算。操作終端系統有兩種形式，即固定工作站和手持終端。固定工作站設置在農場管理站中，便于作業人員控制;手持終端使用場所較為廣泛，可以在農場任意區域進行操作，實現對插秧機的遠程監控和控制。后臺服務器終端系統主要為數據處理中心，負責完成數據存儲、調取和遠程分享。機載終端系統、操作終端系統和后臺服務器終端系統之間的數據傳輸是通過計算機網絡完成的，采用的網絡類型為GPRS網絡，在農場的適當區域架設通信基站，并保證通信網絡的暢聯。

　　2通信網絡結構設計

　　由插秧機作業控制系統的總體設計方案可知，機載終端系統、操作終端系統和后臺服務器終端系統之間的數據傳輸是關鍵，數據傳輸的準確性決定插秧機作業控制系統控制精度。因此，深入分析了計算機通信網絡GPRS技術的網絡結構，對數據在各分系統之間傳輸的路徑和傳輸流程進行優化，便于在數據傳輸出現錯誤時及時查找問題并解決問題。GPRS網絡是以GSM網絡為基礎，搭載其他類型的網絡實體(包括GSN、PCU等)，為客戶提供不同類型的無線IP連接網絡服務，包括點對點、點對多點等，從而完成不同分組數據的傳輸。

　　GPRS網絡主體包括用戶終端設備、基站首發信臺(BTS)、基站控制器(BSC)和分組控制單元(PCU)。網絡服務包括分組交換業務和電路交換業務，可以實現分組數據的傳輸、RS232/485串口通信與GPRS網絡通信之間的通信轉換等功能。

　　3機載終端硬件總體設計

　　機載終端系統為插秧機作業控制系統的核心，負責數據采集、分析、計算和處理。插秧機機載終端主要由處理器、GPRS模塊、GPS接收機、數據采集卡和攝像頭組成。處理器為機載終端最重要的部件，用于接收數據采集卡采集的運行參數，通過計算分析處理后再下達至各執行設備，完成相應的控制。

　　GPRS模塊為機載終端與操作終端系統、后臺服務器終端系統數據傳輸的樞紐，用于完成數據類型的轉換和數據信息的交換。數據采集卡與傳感器檢測模塊連接，用于實時接收傳感器采集的各類參數，同時數據采集卡的輸出端口還可以輸出各類控制信號，包括機載設置、斷油和轉向控制等。

　　4車載終端硬件設計

　　4.1傳感器模塊設計

　　傳感器模塊主要用于獲取插秧機各類運行參數和工況信息，包括速度傳感器、轉速傳感器、前輪轉角傳感器和油溫傳感器等，用于完成插秧機行進速度、發動機轉速以及前輪轉速的采集。發動機轉速傳感器采用的是CSP38B/6增量式編碼器，可以產生A、B、Z等3路信號。當A、B兩路信號正交時，檢測發動機飛輪轉過的角度，即可換算發動機轉速。

　　4.2圖像采集模塊設計

　　由于插秧機具有監控秧苗質量的功能，因此在插秧機機載終端系統中安裝有攝像頭，用于完成秧苗種植圖像的采集。采用的攝像頭為工業攝像頭，型號為MV-EM120C。該攝像頭采用的是CCD感光元件，可以實現圖像的定時采集。相機內部包含兩個接口，即千兆網GigE接口和電源與觸發線接口。千兆網GigE接口為圖像輸出和信號輸入端口，用于完成采集圖像的輸出和控制信號的輸入。同時還提供了應用接口庫，可以通過調用庫函數來完成攝像頭其他指定功能。

　　4.3GPRS通信模塊設計

　　GPRS通信模塊是插秧機機載終端與操作終端系統和后臺服務器終端系統數據傳輸的樞紐，選用的GPRS模塊為WG-8010模塊，通過RS232接口實現與機載終端處理器之間的連接，通過接收GPRS網絡實現數據的遠程傳輸。

　　5GPRS通信測試

　　插秧機機載終端與其他終端系統之間的數據傳輸是通過GPRS網絡實現的，因此GPRS網絡通信的準確性十分重要。在后臺服務器終端上安裝網絡調試助手，負責為GPRS模塊發送數據，在機載終端上安裝串口調試助手，并連接好GPRS模塊，負責接收數據。

　　6結論

　　為解決傳統插秧機插秧質量差、作業效率低、過程監控難等問題，設計了基于計算機網絡技術的插秧機作業控制系統，對該作業控制系統總體方案進行研究，完成了GPRS網絡結構的優化設計和插秧機機載終端硬件系統總體方案的設計，并對插秧機機載終端中傳感器模塊、圖像采集模塊以及GPRS模塊進行硬件選型和電路原理設計。完成了GPRS模塊的通信測試，結果表明:基于計算機網絡技術的插秧機作業控制系統數據傳輸準確度高，系統運行安全穩定，能夠實現對插秧機作業過程的實時監控和遠程控制，并可將插秧機的實時運行數據遠程傳輸至后臺服務器中，便于實時調用和查看。

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　　作者：舍樂莫