移动喷洒系统方案设计论文

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1.方案设计

1.1系统总体结构

系统主要由田间作业平台、上位机监控系统两大部分组成。田间作业平台主要包括移动平台、ARM控制器、温湿度传感器、速度传感器、超声波传感器、电磁阀执行器、GPS定位模块、GPRS无线传输模块等。上位机监控系统主要包括终端服务器及监控软件。

1．2移动喷洒平台设计

本设计选定了ARM公司的STM32F103作为主要的控制器，其具有片内资源多，处理速度快等优点。同一作物长势的好坏可以很大程度上从作物的生长高度来反应。因此，本系统选择了低廉、稳定的超声波传感器在行进条件下测量地面作物的高度作为长势信息的输入量。生长高度信息配合上作业平台的移动速度，在控制器的综合分析处理下，计算得出当前点应喷洒的液体总量。控制器将喷洒量这一计算结果转换成电平信号通过I/O口输出到执行单元，即电磁阀，以实现智能化的变量喷洒功能。GPS定位模块的引入可以给测量及执行数据提供位置信息，准确记录田间作物长势及喷水情况的分布信息；且为后续自动行驶提供必要的技术支持。GPRS无线传输模块选取了SIM900A，该模块内嵌了TCP/IP协议，可以实现数据透传，将田间作业信息实时传输到远程终端上位机，方便管理者实时查看、保存数据，并可在控制室进行协调、指挥。

1．3上位机监控系统设计

监控中心的任务一是接收GPRS发来的数据并保存在数据库中，二是建立友好的人际交互界面，三是将数据进行网络，以便可以从其他终端进行数据访问。因此，上位机监控系统分为三个模块：数据收发模块、人机交互界面模块和web网络模块。本设计中的监控端程序使用了VisualStudio.NET2012(C#)来编写。C#是专门为.NET应用而开发的一种语言，其很好地继承了C与C++的Winsock与数据库操作功能，可以将本设计中上位机监控系统的各部分程序融合到一个程序中。本设计使用了中国移动公司的GPRS网络，其为数据传输提供了物理层和IP层的连接，传输层有TCP和UDP协议两种方式。为了保证数据传输的可靠性和稳定性，本设计采用TCP协议的连接。服务器首先创建一个用于侦听的套接字，调用Listen()函数使它处于侦听状态。客户端在创建套接字完毕后，调用Connect()函数，请求与服务器套接字连接；服务器套接字在收到客户端的连接请求后，调用Accept()函数，创建一个用于连接的套接字。应用该套接字和客户端上的连接套接字，用户就能实现在服务器和客户端之间进行数据传输，即可通过个人计算机或移动终端访问服务器，完成对田间作业实时数据的查询、信息管理、发送控制指令等操作，实现移动式智能化液体变量喷洒系统的远程测控。人机界面为监控中心管理员提供一个友好的监视与控制的界面，是监控中心的一个重要的组成部分。其要实现的主要功能为：对数据库的显示、查询以及对移动测量平台的远程控制等。网络程序为ASP.NET文件，Internet网上的任一用户通过浏览器打开时，会自动调用最新更新的数据源，以保证用户查询到最新数据。

2．结论

本课题立足农业机械化、信息化、智能化等方面的迫切需求，为了实现农作物的变量施肥或灌溉，提出了一套智能化液体变量喷洒系统的设计方案。系统通过搭建一个移动作业平台，以行进中的地面作物高度作为实时输入量，配合平台的移动速度，在控制器中计算得出相应的喷洒量及时间点，并转换成电平信号控制电磁阀的动作，实现智能化变量喷洒功能。另外，系统方案中还集成了GPRS模块，能够实现将采集的原始数据、处理后的结果数据等实时发送到远程服务器，并在上位机终端实现实时的显示、存档等功能。该系统设计合理，成本低，适合农田推广。

作者：李修华 王萌 张四维 梁潇 单位：广西大学