宋瑜清，蔣姣麗

（廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，廣州 510515）

農(nóng)機(jī)檢測(cè)通用接口處理系統(tǒng)的研制

宋瑜清，蔣姣麗

（廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，廣州 510515）

本文論述了農(nóng)機(jī)檢測(cè)通用接口處理系統(tǒng)的基本原理，以及硬件和軟件的選擇和處理。該系統(tǒng)可以檢測(cè)溫濕度、質(zhì)量、壓力、太陽(yáng)輻射、二氧化碳等13個(gè)技術(shù)參數(shù)，同時(shí)預(yù)留有5個(gè)通信接入口，可以根據(jù)需要接入其他類型的傳感器。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是可以根據(jù)需要接入各種傳感器，滿足不同檢測(cè)參數(shù)的需要，而且可以遠(yuǎn)距離傳輸，適應(yīng)高危檢測(cè)工作。

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

0 引言

接口技術(shù)是用硬件和軟件相組合的方法來(lái)處理主機(jī)與外部世界的通信和數(shù)據(jù)交換，使其達(dá)到最佳匹配，實(shí)現(xiàn)高效、可靠的信息交換的一門技術(shù)。接口具備的功能為：信息格式轉(zhuǎn)換，各種信息類型和電平的轉(zhuǎn)換，緩沖輸入/輸出數(shù)據(jù)，接收和執(zhí)行各種命令，傳遞各種狀態(tài)信息，選擇設(shè)備，對(duì)外設(shè)進(jìn)行中斷管理等。所謂自動(dòng)檢測(cè)，是指由計(jì)算機(jī)控制，對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備和部件進(jìn)行性能檢測(cè)和故障診斷，是性能檢測(cè)、連續(xù)監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)和故障定位的總稱?，F(xiàn)代自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息論、控制論、測(cè)量技術(shù)、傳感技術(shù)等學(xué)科發(fā)展的產(chǎn)物，是這些學(xué)科在解決系統(tǒng)、設(shè)備、部件性能檢測(cè)和故障診斷的技術(shù)問(wèn)題中相結(jié)合的產(chǎn)物。自動(dòng)檢測(cè)起源于上世紀(jì)30年代，相對(duì)成熟與50年代，到80年代得到快速的發(fā)展，形成了完整的學(xué)科體系。自動(dòng)檢測(cè)是隨著軍備競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展得到快速發(fā)展的，然后進(jìn)入民用領(lǐng)域。由簡(jiǎn)單的單一信號(hào)檢測(cè)，發(fā)展到多樣的信號(hào)處理；由短距離的發(fā)展到遠(yuǎn)程控制；由普通精度發(fā)展到高精度；將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是向高準(zhǔn)確度、遠(yuǎn)程化、多樣化、通用化發(fā)展。在這樣的基礎(chǔ)上，研制一套通用的檢測(cè)設(shè)備接口處理系統(tǒng)，無(wú)論從方便性，還是高效性，都是很有必要的。

1 處理系統(tǒng)的原理

該系統(tǒng)的基本原理可分3個(gè)系統(tǒng)，即信息采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收和控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，分別位于整個(gè)系統(tǒng)的感知層、傳輸層和應(yīng)用層，原理框圖見圖1。也就是傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后經(jīng)無(wú)線模塊發(fā)射出來(lái)，經(jīng)無(wú)線模塊接收后，通過(guò)USB接口傳輸?shù)诫娔X，電腦內(nèi)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和修正，形成報(bào)表。

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

數(shù)據(jù)接收模塊也是無(wú)線模塊，用于接收傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)射出去，各傳感器和無(wú)線模塊基本采用modbus協(xié)議進(jìn)行通信；監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)主要用于控制和接收各信號(hào)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)USB線將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)接收和處理數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件設(shè)置完成此項(xiàng)功能。在軟件界面先對(duì)部分儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，形成一個(gè)準(zhǔn)確度的修正因子，根據(jù)修正因子對(duì)檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得出最終檢測(cè)結(jié)果并形成報(bào)表，然后通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)。

圖1 原理框圖

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由電腦（含軟件處理系統(tǒng)）、信號(hào)處理電路、信號(hào)發(fā)送器、傳感器、信號(hào)接收器組成，傳感器配備有質(zhì)量、壓力、流量、太陽(yáng)輻射、二氧化碳等13個(gè)傳感器，預(yù)留有5個(gè)通信接入口。傳感器檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，傳輸給信號(hào)發(fā)送器，經(jīng)信號(hào)發(fā)送器發(fā)出后，由信號(hào)接收器接收，經(jīng)過(guò)USB接口傳輸?shù)诫娔X處理中心，形成檢測(cè)結(jié)果，生成報(bào)表。

2.1 硬件及傳感器

該系統(tǒng)的硬件主要是信號(hào)采集器（傳感器）、信號(hào)收發(fā)器、終端顯示器3部分組成，首先要對(duì)這些硬件進(jìn)行信號(hào)通信傳輸?shù)倪x配。

為了滿足更多的檢測(cè)參數(shù)，信號(hào)采集器（傳感器）研制了18個(gè)傳感器信號(hào)接收接口，采用RS232或RS485接口，主要傳感器以溫度、濕度、水壓力，氣體壓力，質(zhì)量、流量、拉壓力、太陽(yáng)輻射、光強(qiáng)等為例，為了方便數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信傳輸，同時(shí)減少數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的衰減，氣體壓力、水壓力、太陽(yáng)能、流量計(jì)、二氧化碳，采用RS485接口，質(zhì)量和拉壓力采用RS232接口。

信號(hào)收發(fā)器的外聯(lián)接口采用無(wú)線和有線兩種方式，各傳感器連接模塊與監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)之間形成自組網(wǎng)，通過(guò)無(wú)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采用433 MHz頻段，電平采用3 V；監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)模塊采用USB數(shù)據(jù)線對(duì)電腦連接；考慮到該系統(tǒng)方便在野外作業(yè)，無(wú)線通訊距離設(shè)置在1 km以上就可以滿足要求，同時(shí)考慮到數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，無(wú)線傳輸采用采用433 MHz頻段，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38.4 kBps，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(zhǎng)度16 bit，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）而引起接收到的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，同時(shí)采用CPU編譯碼在數(shù)據(jù)識(shí)別位前加一些亂碼以抑制零電平干擾。

終端顯示器，采用電腦顯示和打印機(jī)輸出，電腦的技術(shù)要求滿足CPU主頻1.9 GHz，內(nèi)存容量1 G，硬盤容量100 GB，光驅(qū)。

2.2 軟件

本系統(tǒng)開發(fā)工具選擇LabWindows/CVI，用通用的C語(yǔ)言進(jìn)行軟件開發(fā)，基本程序原理圖如圖2所示。

在軟件設(shè)置中，主要完成通訊路徑和通訊端口的選擇、各傳感器的地址的修改、測(cè)量參數(shù)的選擇、儀表的校準(zhǔn)、檢測(cè)基本信息設(shè)置、測(cè)量數(shù)據(jù)界面控制、檢測(cè)結(jié)果查詢等功能，如圖3所示。

圖2 基本程序原理圖

圖3 軟件基本功能設(shè)置

3 性能和用途

該系統(tǒng)的應(yīng)用在農(nóng)機(jī)檢測(cè)中非常廣泛。噴霧機(jī)泵的容積效率、泵的總效率、調(diào)壓閥壓力、轉(zhuǎn)速等，溫室大棚中的采光性能、降溫性能，保溫性能等，其他的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，只要是檢測(cè)溫度、濕度、水壓力、質(zhì)量、流量、太陽(yáng)輻射、二氧化碳、拉力的技術(shù)參數(shù)，基本都可以進(jìn)行測(cè)量。只要接口類型不變，該設(shè)備還可以更換不同量程和準(zhǔn)確度的傳感器，每次檢測(cè)可以根據(jù)需要選擇檢測(cè)參數(shù)，并形成相應(yīng)的報(bào)表。最終檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)表（部分檢測(cè)結(jié)果）見表1。

表1 最終檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)表（部分檢測(cè)結(jié)果）

4 結(jié)論

該系統(tǒng)完全在同一個(gè)接口上，可以換入不同量程的傳感器。為了保證每個(gè)傳感器的準(zhǔn)確度，在軟件中加入了部分儀器的校準(zhǔn)功能，只要在開始試驗(yàn)前選擇對(duì)傳感器進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn)便可。適用于農(nóng)機(jī)檢測(cè)領(lǐng)域，而且能帶來(lái)很多便捷，比如，檢測(cè)地點(diǎn)選擇在農(nóng)田和山地，一些試驗(yàn)需要長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)（可靠性試驗(yàn)），檢測(cè)人員遇到高溫日曬、高分貝噪音等惡劣環(huán)境等。當(dāng)檢測(cè)時(shí)采用無(wú)線傳輸，通過(guò)遠(yuǎn)程控制檢測(cè)，在保證檢測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定精準(zhǔn)的同時(shí)，釋放一些嚴(yán)苛的環(huán)境對(duì)于檢測(cè)人員的壓力。

2012年廣東省扶持農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目——通用型農(nóng)機(jī)檢測(cè)接口的信號(hào)處理系統(tǒng)研制。

宋瑜清（1975－），男，廣東梅縣人，高級(jí)工程師，主要從事儀器設(shè)備管理和研究及農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定檢測(cè)工作。