宋瑜清，姚運仕，蔣姣麗

（廣東省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站，廣州 510515）

農(nóng)機檢測通用接口技術(shù)處理系統(tǒng)的研究

宋瑜清，姚運仕，蔣姣麗

（廣東省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站，廣州 510515）

本文論述了農(nóng)機檢測通用接口技術(shù)研究的必要性、可行性，說明了該系統(tǒng)的基本構(gòu)成，以及該技術(shù)研究應(yīng)用后的優(yōu)點：實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，提高檢測手段水平，降低人為干擾，提高工作效率，解決“檢不準(zhǔn)、檢不快”的問題。

信息采集 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)控制 接口 通用

0 引言

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能將是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)工程發(fā)展的重點，各種農(nóng)業(yè)機器人或智能化系統(tǒng)將在農(nóng)業(yè)自動化控制中不斷應(yīng)用，推動和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化，向農(nóng)機檢測提出更高的要求。目前農(nóng)機檢測普遍使用單一設(shè)備進行檢測和數(shù)據(jù)處理，而集成通用接口的數(shù)據(jù)采集檢測系統(tǒng)很少，或基本沒有。如檢測增氧機性能，增氧能力用溶解氧分析儀，電機溫升用萬表，功率、電流和電壓用電能綜合測試儀，噪聲用聲級計，質(zhì)量用電子稱，如果采用通用接口技術(shù)，則可以把檢測增氧機的性能參數(shù)集中在一臺檢測設(shè)備系統(tǒng)中完成，不但可以提高檢測的效率，而且可以提高檢測的一致性和準(zhǔn)確性。所以，研制通用型農(nóng)機檢測接口的信號處理系統(tǒng)，就可以連接不同的傳感器，從而達到同時、高效地完成農(nóng)機的檢測。因此，利用微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)等進行優(yōu)化和技術(shù)性能的融合，研制可以處理農(nóng)機檢測數(shù)據(jù)不同類型信號的數(shù)據(jù)信號處理器，是現(xiàn)代檢測技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，也是提升農(nóng)機檢測水平的關(guān)鍵技術(shù)保證。

1 農(nóng)機檢測通用接口技術(shù)處理系統(tǒng)的基本構(gòu)成

系統(tǒng)的基本構(gòu)成為三個部分：信息采集部分、數(shù)據(jù)接收和控制部分、數(shù)據(jù)處理部分，分別位于整個系統(tǒng)的感知層、傳輸層和應(yīng)用層，基本構(gòu)成框圖見圖1。

圖1 基本構(gòu)成框圖

信息采集系統(tǒng)中配置不同的連接口，每個接口設(shè)計可更換接入方式，以適應(yīng)不同傳感器或信號接收器方便接入，電源采用蓄電池供電。

數(shù)據(jù)接收和控制系統(tǒng)采集不同傳感器或信號接收器檢測到的信號節(jié)點數(shù)據(jù)，同時把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并對檢測的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行比較，形成修正因子；根據(jù)修正因子對數(shù)據(jù)進行修正，然后形成最終檢測結(jié)果，最后通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）和有線傳輸方式把數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)把接收的數(shù)據(jù)形成報表，并對單獨數(shù)據(jù)進行計算處理，形成最終檢測結(jié)果，然后通過打印機打印出來。

2 系統(tǒng)的組成

2.1 硬件

該系統(tǒng)的硬件主要是信號采集器（信息采集部分或稱傳感器）、信號傳輸器（數(shù)據(jù)接收和控制部分）、終端顯示器（數(shù)據(jù)處理部分）三部分組成，首先要對這些硬件進行信號通信傳輸?shù)倪x配。

2.1.1 信號采集器（傳感器）

對于農(nóng)業(yè)機械，檢測的技術(shù)參數(shù)主要是溫度、濕度、水壓力，氣體壓力，質(zhì)量、流量、拉壓力、太陽輻射、光強。為了滿足更多的檢測參數(shù)，接入18個傳感器接口，因為不同技術(shù)參數(shù)傳感器的信號（采集的數(shù)據(jù)）不同，分別設(shè)置符合溫度、濕度、水壓力，氣體壓力，質(zhì)量、流量、拉壓力、太陽輻射、光強等接口，為了方便數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信傳輸，同時減少數(shù)據(jù)傳輸過程的衰減，選擇的傳感器必須滿足有rs232或rs485接口，并提供modbus協(xié)議；對于傳感器的量程，可以按需要選配，因為該系統(tǒng)可以適配不同量程的傳感器。

2.1.2 信號傳輸器

采用無線和有線兩種方式進行。有線比較簡單，直接用USB傳輸線就可以；無線傳輸選擇無線傳輸模塊。無線傳輸模塊現(xiàn)有技術(shù)分別是采用433 MHz頻段無線數(shù)據(jù)終端DTD433，或GPRS透明傳輸數(shù)據(jù)終端DTP_S09F。前者可以傳輸3 km以內(nèi)范圍，后者只要中國移動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋，就可以跨越不同地域甚至不同國家。考慮到農(nóng)業(yè)機械在野外作業(yè)比較多，無線通訊距離設(shè)置在1 km以上就可以滿足要求，同時考慮到數(shù)據(jù)傳輸過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，無線傳輸采用采用433 MHz頻段無線數(shù)據(jù)終端DTD433，為了提高接收靈敏度及減少誤碼率，傳輸數(shù)據(jù)速率控制在2.5 kbps左右，傳輸?shù)拇a組格式為前導(dǎo)碼+同步碼+數(shù)據(jù)幀，前導(dǎo)碼長度12 ms，以避開背景噪聲，減少數(shù)據(jù)第一位被干擾（即零電平干擾）而造成接收錯誤的數(shù)據(jù)，同時采用CPU編譯碼在數(shù)據(jù)識別位前加一些亂碼以抑制零電平干擾。

2.1.3 終端顯示器

采用電腦顯示和打印機輸出，電腦的技術(shù)要求滿足CPU主頻1.9 GHz，內(nèi)存容量2 G，硬盤容量500 GB，有帶光驅(qū)。

2.2 軟件

考慮到檢測的通用性，以及農(nóng)機產(chǎn)品的不斷開發(fā)升級，檢測技術(shù)也應(yīng)作相應(yīng)的升級和提高精度，因此必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，所以必須選擇一個可以方便修改的軟件開發(fā)系統(tǒng)。組態(tài)軟件，或說是組態(tài)式監(jiān)控軟件，功能非常強大，具備實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、廣泛支持I/O，用戶可以根據(jù)自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)，而且該系統(tǒng)可以升級和修改。如果用匯編、C等語言進行編制一套控制系統(tǒng)，編制時間長，價格非常昂貴，而且穩(wěn)定性比較差，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制，倘若原來的編程人員因工作變動而離去時，則必須同其他人員或新手進行源程序的修改，因而會相當(dāng)困難。

2.2.1 組態(tài)軟件功能特點

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問題。其預(yù)設(shè)的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產(chǎn)品，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。組態(tài)軟件通常有以下幾方面的功能：

1）強大的界面顯示組態(tài)功能。目前，工控組態(tài)

軟件大都運行于Windows環(huán)境下，充分利用Windows的圖形功能完善界面美觀的特點，可視化的m風(fēng)格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進人開發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時間。

2）良好的開放性。社會化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產(chǎn)品，“異構(gòu)”是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開放性是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標(biāo)。組態(tài)軟件向下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實現(xiàn)上位機與下位機的雙向通信。

3）豐富的功能模塊。提供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測控要求和現(xiàn)場要求。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控、產(chǎn)生功能報表、顯示歷史曲線、實時曲線、提俠報警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機界面，易于操作，系統(tǒng)既叫適用于單機集中式控制、DCS分布式控制，也可以是帶遠程遇信能力的遠程測控系統(tǒng)。

4）強大的數(shù)據(jù)庫。配有實時數(shù)據(jù)庫，可存儲各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。

5）可編程的命令語言。有可編程的命令語言，使用戶可根據(jù)自己的需要編寫程序，增強圖形界面。

6）周密的系統(tǒng)安全防范，對不同的操作者，賦予不同的操作權(quán)眼，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運行。

7）仿真功能.捉供強大的仿真功能使系統(tǒng)并行設(shè)計，從而縮短開發(fā)周期[1]。

2.2.2 軟件控制流程圖

該軟件系統(tǒng)必須完成接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)的軟件功能，同時考慮到通用性，必須有一個人機對話窗口，該窗口必須具備設(shè)置修改傳感器量程、不同技術(shù)參數(shù)修正因子和指令接口改變接入形式，大概流程如圖2。

圖1 軟件控制流程圖

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)采用先進技術(shù)，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性?？商岣邫z測手段水平，降低人為干擾，提高工作效率，解決“檢不準(zhǔn)、檢不快”的問題。可以打破傳統(tǒng)笨重而不精準(zhǔn)的農(nóng)機檢測方式，檢測人員可以通過在線監(jiān)測，便可以實時得到檢驗數(shù)據(jù)，不僅可以減輕繁重的工作量，還可以提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。最大優(yōu)勢體現(xiàn)在用于一些高危、高溫作業(yè)的農(nóng)機檢測，解決了一些項目“檢不了”的問題，而且還降低檢測人員的工作危險。

[1]Kliwei.組態(tài)軟件的功能分析[OL].[2008-11-12]. http://www.dzsc.com.

2012年廣東省扶持農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展專項項目——通用型農(nóng)機檢測接口的信號處理系統(tǒng)研制。

宋瑜清（1975—），男，廣東梅縣人，高級工程師，大學(xué)本科，主要從事儀器設(shè)備管理及農(nóng)業(yè)機械鑒定、檢測工作。