采棉機智能監控系統的技術探討

高治國，郭 健

（1.石河子開發區合創農機裝備有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子職業技術學院，新疆 石河子 832000）

1 基于導航的采棉機智能監控系統

基于導航的采棉機監控系統主要應用導航、地理信息及無線通信技術，通過調用Baidu Maps API，結合JavaScript語言實現采棉機基本信息管理、定位監控、工作狀態實時顯示等功能。系統主要包括采棉機車載終端、監控服務中心兩大部分。采棉機車載終端利用內置導航模塊，定位采棉機位置信息和當前日期、時間，及時準確地獲取采棉機工況參數，包括棉箱翻轉狀態、采摘頭升降狀態、發動機轉速、風機轉速、潤滑脂加注和油耗等關鍵設備運行狀態信息；通過內置GPRS模塊，以GPRS流量方式將數據回傳至監控服務中心。監控服務中心接收到采棉機車載終端無線傳輸的數據后，經過通信協議的轉換和解析，將數據存儲至監控服務中心數據庫，完成對數據庫的訪問，并在監控系統電子地圖上顯示采棉機當前位置和工況，實現采棉機的實時定位和路徑導航。當采棉機狀態信息異常時，監控服務中心的工作人員能夠及時通知駕駛員采取措施，以保證采棉機正常工作。監控服務中心的WebGIS平臺可采用百度地圖API技術構建。與傳統的WebGIS地圖同步交互手段相比，百度地圖的前端開發技術采用AJAX的異步通信方式，在保留其他地圖信息的同時，服務器直接對客戶端請求作出響應，并將用戶需要的信息反饋至客戶端。該監控系統人機界面友好、功能完善、使用方便，具有采棉機實時定位、狀態信息監測、作業面積統計、歷史軌跡回放等功能，實踐中得到了較好的應用。

2 嵌入式采棉機智能監控系統

嵌入式系統指安全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統，執行的是帶有特定要求的預先定義的任務，是由一個或者多個預先編程好的程序來統一執行，且由不同的微處理控制器、單片機來組成。多嵌入式平臺開發，對于采棉機智能監控的在線監控和實時路徑規劃研究具有重要的參考價值，克服了基于微型單片機系統的可靠性、自動化程度低、二次開發困難。

嵌入式智能監控硬件的設計引入了先進的嵌入式系統控制思想，整個系統是由許多個零部件裝置共同組成的，如微處理器模塊、GPS模塊及GPRS模塊等，重點以各個模塊的選型設計為主，具體實施操作上，包括信息采集電路設計、蘊ED顯示電路系統、電源電路等相關配套設備的安裝設計。而操作系統充分利用了可移植性的特點嵌入到了整個智能監控平臺中，可最大限度地增強系統的可讀性。與此同時，在數據信息的傳輸層面，運用的是GPRS傳輸方式，在農業生產領域具有較充足的經驗，整個智能操作系統的穩定性和經濟性較好。其中，軟件程序的設計主要分為GPS接受解析、GPRS數據發送及采棉機數據采集等。在虛擬儀器技術嵌入上，可以同時制定相應的通信協議，保證終端與監控中心的通信效果及執行力，實現采棉機對作業面積進行分析、規劃。通過成熟開發，采棉機作業位置服務、工況信息、作業面積統計及屏幕顯示等配套功能設計層面，完全實現了自動化、數字化管控。

3 基于云計算的采棉機智能監控技術

將多嵌入式平臺引入到智能控制系統中，并采用云處理計算方式對多平臺節點進行連接，能更好實現采棉機視頻采集和處理的實時性和智能化。云計算平臺集成了巨大的云數據處理網絡，可以提供大量的、并行的網絡節點間的計算和服務，云計算系統主要包括計算資源管理系統和服務器集群。其中，計算資源管理系統可有效地調度計算資源、動態地部署、配置、調度和回收資源；服務器集群負責高并發量的用戶請求處理、大運算量的計算處理，為了滿足大數據存儲的需求，使用相關數據分割算法對數據進行處理，使用并行計算的方式上傳和下載數據。

采棉機的云處理數據平臺主要使用在駕駛室，設計采用階梯式的結構，為了實現智能監控系統的云處理計算功能，采用階梯式的結構對云處理計算平臺進行開發。其中，全局監控服務器負責整合局部監控服務器的信息，局部監控負責監控代理數據的整合，從而完成多嵌入式平臺系統數據資源的整合，實現并行計算的數據處理方式。利用云數據處理計算方法可以有效提高計算速度，實現路徑的實時規劃，采棉機利用其風力輸送、液壓傳動、棉箱等部件與梳脫式采摘臺掛接；智能視頻監控系統設計在駕駛室，利用多嵌入式平臺實現監控系統的實時采集和圖像處理。利用云計算可以有效提高計算速度，且可以處理干擾信號線的圖像，完成路徑規劃。農業實踐表明，其路徑追蹤能力較強，在2m范圍內便可以追蹤到路徑，采棉效果較好，采凈率高、落地棉率和含雜率較低，符合采棉機的各項性能設計要求。

4 結語

采棉機智能監控系統雖然在部分頂尖技術層面還尚存缺陷，但總體發展趨勢已經成熟。無論是當地農業機械化生產的要求，還是國內棉花市場的巨大需求，采棉機在生產領域的應用，以及相關技術的研發和推廣，已是大勢所趨，有待于進一步研究和挖掘。