GPS在联合收割机智能测产仪器上的应用原理分析.doc

GPS 在联合收割机智能测产仪器上的应用原理分析 摘要：精准农业是通过地理信息系统、全球卫星定位系统、遥 感技术等技术的应用，按照具体条件，精细准确地调（略）的各项 管理措施，最大限度地优化使用各项农业投入，以获取最高产量和 最大经济效益，同时保（略）境、保护土地等农业自然资源精准 农业包括精准种子工程、精准播种、精准施肥、精准灌溉、作物动 态调控及精准收获等技术系统所以精准农业是一个复杂的综合性 系统，作为多系统交叉的大型系统工程是数据驱动的，在数据驱动 中数据挖掘技术尤为关键本文探讨了联合收割机智能测产仪器的 应用原理及系统设计关键词：gps测产仪原理分析1 gps 测产原理1.1 硬件 产量传感器安置在联合收割机谷仓顶部，接收来自于 刮板的谷物冲量，如图1 所示经过其内置的全桥平衡电路，采用 应变感应方式，完成谷物冲量到电流信号的变换（这样可实现温度 变化的自动补偿和提高传感器的响应特性）为整个系统供电方便， 全部传感器电源均为直流24v24v直流电源由车载电源经升压稳 压器得到这里产量传感器的电源为直流24v，信号输出为0〜10ma, 该原始信号经精密电阻可得到0〜5v的ttl电压（精密电阻阻值， 由实际收割对象的不同——力学性质不同而选择,以便得到最大的 读入精度）。

该ttl电压信号，由philips 80c552单片机a/d 口读 入，经该控制单元进行处理、显示、保存（保存在主控制单元上的 compact flash 卡中，即 cf 卡中）在该系统中，刮板冲击频率是 15hz，每一刮板冲击对应电流波形采样点为200个，即该系统能保 证采样频率为15X200=3khz，在实验中一般取2.25khz为降低成 本，采用国产产量传感器，实验证明，精度满足使用要求湿度传感器安置在联合收割机谷仓顶部，在产量传感器的下面 测量范围：0〜100%rh；测量精度：±2%rh；信号输出：0〜10ma； 输入电源：12〜24v其信号标定由实验数据确定由于湿度数值 在本系统中的变化缓慢，故其测量的次数较少（每10m测1次）， 测量精度要求不高这样做的好处是，降低了主控制单元单片机的 处理负担和cf卡的存储负担，并能进一步地提高系统的采样频率, 提高系统精度经实验看，该湿度传感器能满足系统要求，且价格 极低（仅是国外类似湿度传感器的 1/40）因为该系统中的收割面积等于速度X时间X割幅，所以速度传 感器对实验结果非常重要使用接近开关记数，以达到计量收割面 积的目的（速度X时间X割幅）。

但受收割机轮子打滑的影响，精 度较低且受地形影响精度不稳；但成本很低在收割机的驱动主轴 上安装了电容式接近开关，利用主轴相对于轮毂的转动读取脉冲次 数，并且利用主轴和轮子相对减速比，计算出每一脉冲所对应收割 机前进的距离同时为防止由于轮子打滑等原因而引起的位移误 差，在软件算法上，用gps解算出收割机的相对位移，而加以校正 （每100m校正一次）这样使用安装接近开关辅以gps解算校正的 方法，实现了国外常用的多普勒雷达的测量精度，并且价格仅是后 者的 1/50割台传感器使用限位开关，用以指示收割机是否工作当割台 抬起时，系统不工作在gps25lp基础上开发了全球定位系统，水 平精度可达 10m 以内1.2 软件 在软件算法上，为了保证系统的定位精度，借鉴卡尔 曼滤波(kalman filter)原理进行最优估计在处理产量传感器 信号时，由于在实际情况下收割机会引起机械振动，而导致测量误 差的增大，严重时该噪声会完全淹没谷物冲击传感器产生的输出信 号这样对这两种信号进行谱分析，得到其信号源的数字特征，通 过在硬件和软件上的滤波，增强自适应能力，以获得更好的数据精 度2 系统结构设计该基于gps的联合收割机智能测产系统，包括主控制单元 (philips 80c552单片机，及液晶屏)、cf卡，改进型gps及相关 传感器。

智能测产系统结构框图，如图2 所示产量传感器和湿度传感 器分别取得谷物重量和湿度的信号，速度传感器反映了当前收割机 的速度，可根据此算出亩产量 gps 指示出每一测试点的经纬度 割台信号控制系统的运行这些信息通过philips 80c552处理后， 存入cf卡并在液晶屏上显示该系统组成具有成本低、可靠性高、 软件通用性好及适应市场能力强等优点选用cf卡作为系统的海 量存储器cf卡，如图3所示由集成的ata (at attachment)控制器和 闪速存储器构成它以512b为擦除单位不需要在操作系统下装 入新的软件，模拟磁盘功能在集成的 ata 控制器上完成 compactflash 体积小、重量轻，而它抗冲击能力相当强，可以承受 2000g的冲击；同时读写速率快，分别为8.0mb/s和4.0mb/s compactflash具有良好的硬件兼容性，可以与pc卡ata完全兼容， 适用于ata标准的任何计算机，只要将compactflash的pc卡适配 器插入ii类或iii类槽中即可使用它也具有良好的软件兼容性，在 ms-dos、windows95、windowsnt等环境下，可以当作ide硬盘直接 被使用。

3 系统软件程序框图系统主程序工作框图，如图4所示单片机(philips 80c552) 上电后，系统进行初始化通过初始化，更新系统默认值——系统的采样模式、传感器/测 距方式、割幅宽度因为电子盘使用标准的 ide 接口，是以扇区为单位读写的，就 是最小的读写单位是512b而philips 80c552的内部ram只有 256b，因此，必须接片外ram来作为数据缓冲区当片外ram的数 据达到512b的整数倍时，一次性的写入电子盘本设计中选用了 静态ram cy62256，这样当ram cy62256写满32kb，产生标志位， 置flag为“1”，进入电子盘存盘中断服务程序否则，系统单片 机进行a/d转换(产量传感器和湿度传感器)i/o读取(速度传感 器和割台传感器）、串口操作（读取gps经度/纬度）。