本發(fā)明屬于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能農(nóng)機(jī)深松智能監(jiān)管系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的智能化深松整地作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)中由于均采用超聲波測量法測量松地深度，受地面凹凸不平和秸稈集結(jié)成堆的原因，會(huì)導(dǎo)致不能測量真實(shí)地面，反應(yīng)耕地深度真實(shí)性有難度，抗干擾能力弱；沒有充分考慮農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)土地環(huán)境的復(fù)雜性，當(dāng)土地表面不平整或者秸稈等雜物時(shí)，利用超聲波測距傳感器來測量耕地深度的準(zhǔn)確性得不到保障；缺少實(shí)時(shí)監(jiān)測農(nóng)機(jī)作業(yè)畫面的功能，使監(jiān)管人員不能很全面的了解作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)狀況，降低了監(jiān)控中心監(jiān)管人員的決策水平；沒有設(shè)置語音報(bào)警提醒功能，有時(shí)會(huì)使駕駛員不能及時(shí)掌握作業(yè)相關(guān)信息；沒有在機(jī)具上設(shè)置辨識(shí)裝置，監(jiān)管系統(tǒng)對于機(jī)具的基本信息不能夠自動(dòng)的識(shí)別，監(jiān)管系統(tǒng)不能更好地獲取機(jī)具的有效信息，以規(guī)范駕駛員使用規(guī)定的機(jī)具進(jìn)行作業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種多功能農(nóng)機(jī)深松智能監(jiān)管系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種多功能農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)，包括：主控制器、顯示面板、GPS模塊、GPRS模塊、攝像頭、語音報(bào)警裝置、傾角傳感器、機(jī)具識(shí)別裝置；

所述主控制器、顯示面板、GPRS模塊、語音報(bào)警裝置設(shè)置于駕駛室內(nèi)，GPS模塊安裝于駕駛室外側(cè)，所述GPRS模塊的天線設(shè)置于駕駛室外側(cè)，所述攝像頭安裝于駕駛室后測，所述傾角傳感器安裝于犁臂上，所述機(jī)具識(shí)別裝置安裝于機(jī)具表面；

所述GPS模塊的輸出端連接GPRS模塊的輸入端，所述攝像頭、傾角傳感器、機(jī)具識(shí)別裝置通過RS485連接主控制器，所述主控制器的輸出端連接顯示面板的輸入端、GPRS模塊的輸入端、語音報(bào)警裝置的輸入端，所述主控制器的電源端連接農(nóng)機(jī)電瓶的輸出端，所述GPRS模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)連接智能移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)。

所述主控制器，用于接收機(jī)具識(shí)別信息、犁臂的角度信息、GPS定位信息、作業(yè)圖像信息，根據(jù)犁臂的角度信息與作業(yè)深度之間的關(guān)系采用分段線性插值算法得到犁臂的角度與作業(yè)深度的函數(shù)關(guān)系，從而根據(jù)犁臂的角度信息得到其對應(yīng)作業(yè)深度值，根據(jù)GPS定位信息確定作業(yè)面積，將機(jī)具識(shí)別信息、GPS定位信息、作業(yè)圖像信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積傳輸至顯示面板、智能移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)，并在機(jī)具識(shí)別錯(cuò)誤、深度不達(dá)標(biāo)時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)至語音報(bào)警裝置；

所述顯示面板，用于顯示機(jī)具識(shí)別信息、報(bào)警提示信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積；

所述GPS模塊，用于將農(nóng)機(jī)GPS定位信息傳輸至主控制器；

所述GPRS模塊，用于實(shí)現(xiàn)主控制器與智能移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)之間的通訊；

所述攝像頭，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)具的工作狀態(tài)，并在接收到主控制器的拍照指令時(shí)拍攝機(jī)具作業(yè)圖像信息，傳輸至主控制器；

所述語音報(bào)警裝置，用于根據(jù)主控制器的控制，在機(jī)具識(shí)別錯(cuò)誤、深度不達(dá)標(biāo)時(shí)進(jìn)行報(bào)警；

所述傾角傳感器，用于采集犁臂的角度信息，傳輸至主控制器；

所述機(jī)具識(shí)別裝置，用于獲取機(jī)具識(shí)別信息，傳輸至主控制器。

所述語音報(bào)警裝置，包括語音控制器和報(bào)警喇叭。

采用多功能農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管的方法，包括以下步驟：

S1：在機(jī)具開始工作時(shí)，通過傾角傳感器采集犁臂的角度信息，傳輸至主控制器，通過主控制器對機(jī)具進(jìn)行標(biāo)定：標(biāo)定機(jī)具在地表以及地下不同作業(yè)深度工作時(shí)對應(yīng)的犁臂的角度信息，根據(jù)犁臂的角度信息與作業(yè)深度之間的關(guān)系采用分段線性插值算法得到犁臂的角度與作業(yè)深度的函數(shù)關(guān)系；

S2：通過機(jī)具識(shí)別裝置獲取機(jī)具識(shí)別信息至主控制器，主控制器獲取機(jī)具種類和規(guī)格；

S3：通過GPS模塊得到機(jī)具的GPS定位信息；

S4：通過攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)具的工作狀態(tài)，在接收到主控制器的拍照指令時(shí)拍攝機(jī)具作業(yè)圖像信息，傳輸至主控制器；

S5：通過主控制器間隔一定時(shí)間讀取一次犁臂的角度信息、GPS定位信息，根據(jù)犁臂的角度與作業(yè)深度的函數(shù)關(guān)系，確定當(dāng)前的作業(yè)深度值，根據(jù)GPS定位信息確定作業(yè)面積，將機(jī)具識(shí)別信息、GPS定位信息、作業(yè)圖像信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積傳輸至顯示面板、智能移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)；

S6：顯示面板顯示機(jī)具識(shí)別信息、報(bào)警提示信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積；

S7：在機(jī)具識(shí)別錯(cuò)誤、深度不達(dá)標(biāo)時(shí)主控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)至語音報(bào)警裝置，語音報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，并在顯示面板中顯示報(bào)警提示信息。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出一種多功能農(nóng)機(jī)深松智能監(jiān)管系統(tǒng)及方法，利用傾角傳感器通過測量犁臂下擺的角度，來測量作業(yè)時(shí)的深度值，在單片機(jī)軟件中配合使用分段線性插值算法，可以大大提高測量精確度與穩(wěn)定性。與超聲波測距類傳感器相比，不受地面不平秸稈肥料擁堵對耕深測量結(jié)果的影響；配合機(jī)具識(shí)別裝置使用，機(jī)具識(shí)別裝置內(nèi)保存有機(jī)具的基本信息，包括機(jī)具的類別、機(jī)具有效作業(yè)寬度等；如果其它種類的農(nóng)機(jī)作業(yè)也需要使用本監(jiān)管系統(tǒng)時(shí)，只需安裝相應(yīng)的識(shí)別裝置即可，例如深松時(shí)安裝機(jī)具識(shí)別裝置，播種時(shí)也可以安裝播種機(jī)識(shí)別器，從而擴(kuò)大了本監(jiān)管系統(tǒng)的應(yīng)用范圍；通過增加語音報(bào)警裝置可以對不同的作業(yè)狀態(tài)信息進(jìn)行不同的有效提醒，主要有機(jī)具識(shí)別信息、耕深信息、可以有效避免司機(jī)在作業(yè)時(shí)只顧觀察路況，沒有看顯示面板而造成不能及時(shí)掌握作業(yè)信息的情況；使用了攝像頭裝置，可以定時(shí)采集作業(yè)畫面并上傳，作為輔助手段使監(jiān)管人員更好地了解實(shí)地作業(yè)狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中多功能農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)示意圖；

其中，1-主控制器，2-顯示面板，3-GPS模塊，4-GPRS模塊，5-攝像頭，6-語音報(bào)警裝置，7-傾角傳感器，8-機(jī)具識(shí)別裝置，9-犁臂，10-機(jī)具；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中多功能農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式中主控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，11-單片機(jī)，12-LCD和指示燈接口電路，13-語音模塊驅(qū)動(dòng)電路，14-GPRS模塊接口電路，15-攝像頭接口電路，16-機(jī)具識(shí)別模塊接口電路，17-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，18-電壓轉(zhuǎn)換電路、19-傾角傳感器接口電路，20-按鍵；

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式中多功能農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)電路連接圖；

圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式中多功能農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施方式加以詳細(xì)說明。

一種多功能農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)，如圖1所示，包括：主控制器1、顯示面板2、GPS模塊3、GPRS模塊4、攝像頭5、語音報(bào)警裝置6、傾角傳感器7、機(jī)具識(shí)別裝置8。

主控制器1、顯示面板2、GPRS模塊4、語音報(bào)警裝置6設(shè)置于駕駛室內(nèi)，GPS模塊3安裝于駕駛室外側(cè)，GPRS模塊4的天線設(shè)置于駕駛室外側(cè)，攝像頭5安裝于駕駛室后測，傾角傳感器7安裝于犁臂9上，機(jī)具識(shí)別裝置8安裝于機(jī)具10表面。

如圖2所示，GPS模塊3的輸出端連接GPRS模塊4的輸入端，攝像頭5、傾角傳感器7、機(jī)具識(shí)別裝置8通過RS485連接主控制器1，主控制器1的輸出端連接顯示面板2的輸入端、GPRS模塊4的輸入端、語音報(bào)警裝置6的輸入端，主控制器1的電源端連接農(nóng)機(jī)電瓶的輸出端，GPRS模塊4通過無線網(wǎng)絡(luò)連接智能移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)。

主控制器1，用于接收機(jī)具識(shí)別信息、犁臂的角度信息、GPS定位信息、作業(yè)圖像信息，根據(jù)犁臂的角度信息與作業(yè)深度之間的關(guān)系采用分段線性插值算法得到犁臂的角度與作業(yè)深度的函數(shù)關(guān)系，從而根據(jù)犁臂的角度信息得到其對應(yīng)作業(yè)深度值，根據(jù)GPS定位信息確定作業(yè)面積，將機(jī)具識(shí)別信息、GPS定位信息、作業(yè)圖像信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積傳輸至顯示面板2、智能移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)，并在機(jī)具識(shí)別錯(cuò)誤、深度不達(dá)標(biāo)時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)至語音報(bào)警裝置6。

本實(shí)施方式中，如圖3所示，主控制器1包括單片機(jī)11、LCD和指示燈接口電路12、語音模塊驅(qū)動(dòng)電路13、GPRS模塊接口電路14、攝像頭接口電路15、機(jī)具識(shí)別模塊接口電路16、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器17、電壓轉(zhuǎn)換電路18、傾角傳感器接口電路19和按鍵20。

顯示面板2通過LCD和指示燈接口電路12連接單片機(jī)11，GPRS模塊4通過GPRS模塊接口電路14連接單片機(jī)11，攝像頭5通過攝像頭接口電路15連接單片機(jī)11，語音報(bào)警裝置6通過語音模塊驅(qū)動(dòng)電路13連接單片機(jī)11，傾角傳感器7通過傾角傳感器接口電路19連接單片機(jī)11，機(jī)具識(shí)別裝置8通過機(jī)具識(shí)別模塊接口電路16連接單片機(jī)11，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器17通過IIC總線連接單片機(jī)11，單片機(jī)11通過電壓轉(zhuǎn)換電路18連接農(nóng)機(jī)電瓶。

本實(shí)施方式中，單片機(jī)11的型號(hào)為STC15W4K58S4。

LCD和指示燈接口電路12由總線驅(qū)動(dòng)器組成。

語音模塊驅(qū)動(dòng)電路13，包括光電隔離器和三極管驅(qū)動(dòng)電路。

語音模塊驅(qū)動(dòng)電路13與單片機(jī)11之間采用光電耦合器連接，可以有效保護(hù)單片機(jī)，以免受到外部高電壓、強(qiáng)電流的沖擊而損壞，提高了它的安全等級，延長了使用壽命。

GPRS模塊接口電路14為第一TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換電路。

攝像頭接口電路15，包括第二TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換電路和第一RS232-485電平轉(zhuǎn)換電路。

機(jī)具識(shí)別模塊接口電路16為TTL-485電平轉(zhuǎn)換電路。

電壓轉(zhuǎn)換電路18將農(nóng)機(jī)車載電瓶電壓轉(zhuǎn)換至本系統(tǒng)所需的電壓標(biāo)準(zhǔn)。

傾角傳感器接口電路19，包括第三TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換電路和第二RS232-485電平轉(zhuǎn)換電路。

如圖4所示，攝像頭5通過第一RS232-485電平轉(zhuǎn)換電路和第二TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)11的串口3，傾角傳感器7通過第二RS232-485電平轉(zhuǎn)換電路和第三TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)11的串口4，機(jī)具識(shí)別裝置8通過TTL-485電平轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)11的串口1，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器17通過IIC總線連接單片機(jī)11的I/O口，顯示面板2通過總線驅(qū)動(dòng)器連接單片機(jī)11的I/O口，語音報(bào)警裝置6通過光電隔離器和三極管驅(qū)動(dòng)電路連接單片機(jī)11的I/O口，GPRS模塊4通過第一TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)11的串口2。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器17，用于在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好時(shí)暫存機(jī)具識(shí)別信息、GPS定位信息、作業(yè)圖像信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積數(shù)據(jù)。除了在正常工作時(shí)可以保存采集的重要信息以外，在系統(tǒng)突發(fā)掉電的情況下可以及時(shí)的存儲(chǔ)關(guān)鍵信息，以保證下次重啟時(shí)，重要的信息不丟失，極大的提高了系統(tǒng)的可靠性。

顯示面板2，用于顯示機(jī)具識(shí)別信息、報(bào)警提示信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積。

顯示面板2當(dāng)犁地作業(yè)深度在小于20CM時(shí)，紅色指示燈亮起；作業(yè)深度在20CM和25CM之間時(shí)，綠色指示燈亮起；作業(yè)深度超過25CM時(shí)，藍(lán)色指示燈亮起。

GPS模塊3，用于將農(nóng)機(jī)GPS定位信息傳輸至主控制器1。

GPRS模塊4，用于實(shí)現(xiàn)主控制器1與智能移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)之間的通訊。

攝像頭5，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)具10的工作狀態(tài)，并在接收到主控制器1的拍照指令時(shí)拍攝機(jī)具10作業(yè)圖像信息，傳輸至主控制器1。

語音報(bào)警裝置6，用于根據(jù)主控制器1的控制，在機(jī)具識(shí)別錯(cuò)誤、深度不達(dá)標(biāo)時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

語音報(bào)警裝置6，包括語音控制器和報(bào)警喇叭。

傾角傳感器7，用于采集犁臂的角度信息，傳輸至主控制器1。

機(jī)具識(shí)別裝置8，用于獲取機(jī)具識(shí)別信息，傳輸至主控制器1?？梢杂涗洐C(jī)具10的詳細(xì)信息，包括機(jī)具的種類、型號(hào)、尺寸。機(jī)具識(shí)別裝置8有效面緊貼于機(jī)具10表面安裝，也可以根據(jù)不同的農(nóng)具安裝不同的機(jī)具識(shí)別裝置8，從而對不同的農(nóng)機(jī)作業(yè)(如播種，深松)進(jìn)行監(jiān)管。只需將機(jī)具識(shí)別裝置8的輸出端插接到主控制器1主板上，即可對其他的作業(yè)進(jìn)行監(jiān)管，快捷方便，應(yīng)用性廣泛。

本實(shí)施方式中，機(jī)具識(shí)別裝置可以采用犁具識(shí)別器播種機(jī)識(shí)別器收割機(jī)識(shí)別器等。

采用多功能農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)機(jī)深松智能遠(yuǎn)程監(jiān)管的方法，如圖5所示，包括以下步驟：

S1：在機(jī)具開始工作時(shí)，通過傾角傳感器采集犁臂的角度信息，傳輸至主控制器，通過主控制器對機(jī)具進(jìn)行標(biāo)定：標(biāo)定機(jī)具在地表以及地下不同作業(yè)深度工作時(shí)對應(yīng)的犁臂的角度信息，根據(jù)犁臂的角度信息與作業(yè)深度之間的關(guān)系采用分段線性插值算法得到犁臂的角度與作業(yè)深度的函數(shù)關(guān)系。

本實(shí)施方式中，標(biāo)定機(jī)具在地表面、地下20cm、地下25cm時(shí)對應(yīng)的犁臂的角度信息。

機(jī)具地表面對應(yīng)的犁臂角度信息用于判斷機(jī)具是否已經(jīng)工作，機(jī)具在地下20cm對應(yīng)的犁臂角度信息用于判斷耕地深度是否達(dá)標(biāo)，機(jī)具在地下25cm對應(yīng)的犁臂角度信息用于判斷耕地深度是否超出所要求的范圍。正常的耕地深度為20-25cm，耕地深度大于25cm或者小于20cm時(shí)都屬于不在正常耕地深度范圍內(nèi)。

根據(jù)犁臂的角度信息與作業(yè)深度之間的關(guān)系采用分段線性插值算法得到犁臂的角度與作業(yè)深度的函數(shù)關(guān)系。

本實(shí)施方式中，將作業(yè)深度在18cm-28cm分為5段，即18cm-20cm、20cm-22cm、22cm-24cm、24cm-26cm、26cm-28cm，首先分別測得深度值為18cm、20cm、22cm、24cm、26cm、28cm時(shí)的傾角傳感器的角度值，將對應(yīng)傾角傳感器的角度值記錄為a、x₁、x₂、x₃、x₄、b。得到插值點(diǎn)(a，18)，(x₁，20)，(x₂，22)，(x₃，24)，(x₄，26)，(b，28)。

此處作業(yè)深度計(jì)算算法確定在18cm-28cm的耕深范圍，比之前提到的正常耕深范圍20cm-25cm要大的原因是考慮到實(shí)際使用時(shí)，在正常范圍的端點(diǎn)附近處(即20cm和25cm處)，也要比較準(zhǔn)確的計(jì)算出深度信息，避免較大的誤差存在。

通過插值點(diǎn)用折線段連接逼近傾角傳感器與深度值的實(shí)際函數(shù)關(guān)系I_h(x)。

設(shè)已知節(jié)點(diǎn)a＝x₀＜x₁＜x₂＜x₃＜x₄＜x₅＝b上的函數(shù)值f₀＝18，f₁＝20，f₂＝22，f₃＝24，f₄＝26，f₅＝28，記h_k＝x_k+1-x_k，h＝maxh_k，求一折線函數(shù)I_h(x)滿足：

(1)I_h(x)∈C[a，b]；

(2)I_h(x)＝f_k(k＝0，1，...，n)；

(3)I_h(x)在每個(gè)小區(qū)間[x_k，x_k+1]上是線性函數(shù)。

I_h(x)為分段線性插值函數(shù)。

I_h(x)在每個(gè)小區(qū)間[x_k，x_k+1]上可表示如式(1)所示：

其中，f_k，f_k+1為相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的深度值。

S2：通過機(jī)具識(shí)別裝置獲取機(jī)具識(shí)別信息至主控制器，主控制器獲取機(jī)具種類和規(guī)格。

S3：通過GPS模塊得到機(jī)具的GPS定位信息。

S4：通過攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)具的工作狀態(tài)，在接收到主控制器的拍照指令時(shí)拍攝機(jī)具作業(yè)圖像信息，傳輸至主控制器。

S5：通過主控制器間隔一定時(shí)間讀取一次犁臂的角度信息、GPS定位信息，根據(jù)犁臂的角度與作業(yè)深度的函數(shù)關(guān)系，確定當(dāng)前的作業(yè)深度值，根據(jù)GPS定位信息確定作業(yè)面積，將機(jī)具識(shí)別信息、GPS定位信息、作業(yè)圖像信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積傳輸至顯示面板、智能移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)。

本實(shí)施方式中，根據(jù)GPS定位信息確定作業(yè)面積具體過程為：

利用GPS模塊能得出拖拉機(jī)的行駛軌跡，再根據(jù)機(jī)具識(shí)別裝置里設(shè)置好的機(jī)具的有效作業(yè)寬度就能算出作業(yè)面積，作業(yè)面積＝行駛長度*有效作業(yè)寬度。這在一定程度上既降低了硬件的復(fù)雜程度，也減少了系統(tǒng)的成本。

S6：顯示面板顯示機(jī)具識(shí)別信息、報(bào)警提示信息、作業(yè)深度值和作業(yè)面積；

S7：在機(jī)具識(shí)別錯(cuò)誤、深度不達(dá)標(biāo)時(shí)主控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)至語音報(bào)警裝置，語音報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，并在顯示面板中顯示報(bào)警提示信息。