GPS在聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)儀器上的應(yīng)用原理分析

GPS在聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)儀器上的應(yīng)用原理分析摘要：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是通過地理信息系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用，按照具體條件，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)（略）的各項(xiàng)管理措施，最大限度地優(yōu)化使用各項(xiàng)農(nóng)業(yè)投入，以獲取最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)保（略）境、保護(hù)土地等農(nóng)業(yè)自然資源。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)包括精準(zhǔn)種子工程、精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉、作物動(dòng)態(tài)調(diào)控及精準(zhǔn)收獲等技術(shù)系統(tǒng)。所以精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，作為多系統(tǒng)交叉的大型系統(tǒng)工程是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)尤為關(guān)鍵。本文探討了聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)儀器的應(yīng)用原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：gps測產(chǎn)儀原理分析1gps測產(chǎn)原理1.1硬件產(chǎn)量傳感器安置在聯(lián)合收割機(jī)谷倉頂部，接收來自于刮板的谷物沖量，如圖1所示。經(jīng)過其內(nèi)置的全橋平衡電路，采用應(yīng)變感應(yīng)方式，完成谷物沖量到電流信號的變換（這樣可實(shí)現(xiàn)溫度變化的自動(dòng)補(bǔ)償和提高傳感器的響應(yīng)特性）。為整個(gè)系統(tǒng)供電方便，全部傳感器電源均為直流24v。24v直流電源由車載電源經(jīng)升壓穩(wěn)壓器得到。這里產(chǎn)量傳感器的電源為直流24v，信號輸出為0?10ma，該原始信號經(jīng)精密電阻可得到0?5v的ttl電壓（精密電阻阻值，由實(shí)際收割對象的不同一一力學(xué)性質(zhì)不同而選擇，以便得到最大的讀入精度）。該ttl電壓信號，由philips80c552單片機(jī)a/d口讀入，經(jīng)該控制單元進(jìn)行處理、顯示、保存（保存在主控制單元上的compactflash卡中，即cf卡中）。在該系統(tǒng)中，刮板沖擊頻率是15hz，每一刮板沖擊對應(yīng)電流波形采樣點(diǎn)為200個(gè)，即該系統(tǒng)能保證采樣頻率為15X200=3khz，在實(shí)驗(yàn)中一般取2.25khz。為降低成本，采用國產(chǎn)產(chǎn)量傳感器，實(shí)驗(yàn)證明，精度滿足使用要求。濕度傳感器安置在聯(lián)合收割機(jī)谷倉頂部，在產(chǎn)量傳感器的下面。測量范圍：0?100%rh；測量精度：±2%rh；信號輸出：0?10ma；輸入電源：12?24v。其信號標(biāo)定由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。由于濕度數(shù)值在本系統(tǒng)中的變化緩慢，故其測量的次數(shù)較少（每10m測1次），測量精度要求不高。這樣做的好處是，降低了主控制單元單片機(jī)的處理負(fù)擔(dān)和cf卡的存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)，并能進(jìn)一步地提高系統(tǒng)的采樣頻率，提高系統(tǒng)精度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)看，該濕度傳感器能滿足系統(tǒng)要求，且價(jià)格極低（僅是國外類似濕度傳感器的1/40）。因?yàn)樵撓到y(tǒng)中的收割面積等于速度X時(shí)間X割幅，所以速度傳感器對實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常重要。使用接近開關(guān)記數(shù)，以達(dá)到計(jì)量收割面積的目的（速度X時(shí)間X割幅）。但受收割機(jī)輪子打滑的影響，精度較低且受地形影響精度不穩(wěn)；但成本很低。在收割機(jī)的驅(qū)動(dòng)主軸上安裝了電容式接近開關(guān)，利用主軸相對于輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)讀取脈沖次數(shù)，并且利用主軸和輪子相對減速比，計(jì)算出每一脈沖所對應(yīng)收割機(jī)前進(jìn)的距離。同時(shí)為防止由于輪子打滑等原因而引起的位移誤差，在軟件算法上，用gps解算出收割機(jī)的相對位移，而加以校正（每100m校正一次）。這樣使用安裝接近開關(guān)輔以gps解算校正的方法，實(shí)現(xiàn)了國外常用的多普勒雷達(dá)的測量精度，并且價(jià)格僅是后者的1/50。割臺(tái)傳感器使用限位開關(guān)，用以指示收割機(jī)是否工作。當(dāng)割臺(tái)抬起時(shí)，系統(tǒng)不工作。在gps25lp基礎(chǔ)上開發(fā)了全球定位系統(tǒng)，水平精度可達(dá)10m以內(nèi)。1.2軟件在軟件算法上，為了保證系統(tǒng)的定位精度，借鑒卡爾曼濾波(kalmanfilter)原理進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)。在處理產(chǎn)量傳感器信號時(shí)，由于在實(shí)際情況下收割機(jī)會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)，而導(dǎo)致測量誤差的增大，嚴(yán)重時(shí)該噪聲會(huì)完全淹沒谷物沖擊傳感器產(chǎn)生的輸出信號。這樣對這兩種信號進(jìn)行譜分析，得到其信號源的數(shù)字特征，通過在硬件和軟件上的濾波，增強(qiáng)自適應(yīng)能力，以獲得更好的數(shù)據(jù)精度。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該基于gps的聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)系統(tǒng)，包括主控制單元(philips80c552單片機(jī)，及液晶屏)、cf卡，改進(jìn)型gps及相關(guān)傳感器。智能測產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示。產(chǎn)量傳感器和濕度傳感器分別取得谷物重量和濕度的信號，速度傳感器反映了當(dāng)前收割機(jī)的速度，可根據(jù)此算出畝產(chǎn)量。gps指示出每一測試點(diǎn)的經(jīng)緯度。割臺(tái)信號控制系統(tǒng)的運(yùn)行。這些信息通過philips80c552處理后，存入cf卡并在液晶屏上顯示。該系統(tǒng)組成具有成本低、可靠性高、軟件通用性好及適應(yīng)市場能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。選用cf卡作為系統(tǒng)的海量存儲(chǔ)器。cf卡，如圖3所示。由集成的ata(atattachment)控制器和閃速存儲(chǔ)器構(gòu)成。它以512b為擦除單位。不需要在操作系統(tǒng)下裝入新的軟件，模擬磁盤功能在集成的ata控制器上完成。compactflash體積小、重量輕，而它抗沖擊能力相當(dāng)強(qiáng)，可以承受2000g的沖擊；同時(shí)讀寫速率快，分別為8.0mb/s和4.0mb/s。compactflash具有良好的硬件兼容性，可以與pc卡ata完全兼容，適用于ata標(biāo)準(zhǔn)的任何計(jì)算機(jī)，只要將compactflash的pc卡適配器插入訂類或iii類槽中即可使用。它也具有良好的軟件兼容性，在ms-dos、windows95、windowsnt等環(huán)境下，可以當(dāng)作ide硬盤直接被使用。3系統(tǒng)軟件程序框圖系統(tǒng)主程序工作框圖，如圖4所示。單片機(jī)(philips80c552)上電后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化。通過初始化，更新系統(tǒng)默認(rèn)值一一系統(tǒng)的采樣模式、傳感器/測距方式、割幅寬度。因?yàn)殡娮颖P使用標(biāo)準(zhǔn)的ide接口，是以扇區(qū)為單位讀寫的，就是最小的讀寫單位是512b。而philips80c552的內(nèi)部ram只有256b，因此，必須接片外ram來作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。當(dāng)片外ram的數(shù)據(jù)達(dá)到512b的整數(shù)倍時(shí)，一次性的寫入電子盤。本設(shè)計(jì)中選用了靜態(tài)ramcy