基于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

蔣兆平

（安徽省黃山市祁門(mén)縣農(nóng)機(jī)局鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)總站，安徽 黃山 245600）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等高度融合與集成而衍生出的現(xiàn)代信息化技術(shù)，其以各種類型的傳感器設(shè)備作為數(shù)據(jù)采集器，實(shí)時(shí)快速地獲取現(xiàn)實(shí)世界的動(dòng)態(tài)變化信息，依托通信網(wǎng)絡(luò)以及構(gòu)建在計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境上的大數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)、云計(jì)算技術(shù)對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、組織、管理、分析、應(yīng)用，在萬(wàn)物互聯(lián)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的高效化、智能化分析與深度挖掘，為人們的日常工作與生活提供個(gè)性化、人性化、多樣化、智能化的輔助決策支撐。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能終端技術(shù)、內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)、傳感器技術(shù)等對(duì)大型農(nóng)機(jī)具的運(yùn)行狀況、實(shí)時(shí)位置情況、行駛軌跡等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)傳輸，再由用戶通過(guò)智能終端設(shè)備如智能手機(jī)、IPAD等獲取數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控大型農(nóng)機(jī)具在田間作業(yè)的運(yùn)行狀態(tài)，大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已成為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中不可或缺的重要組成部分。

1 大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能需求

1.1 系統(tǒng)需求分析

大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心目標(biāo)在于，用戶通過(guò)終端遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)大型農(nóng)機(jī)具的工作參數(shù)并控制大型農(nóng)機(jī)具的工作狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)首先需要能夠?qū)τ脩舭l(fā)出的對(duì)大型農(nóng)機(jī)具的控制命令進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別與匹配，正確解析出操控指令；其次，將識(shí)別出的控制指令傳輸?shù)酱笮娃r(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中；最后由大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)控制大型農(nóng)機(jī)具執(zhí)行相應(yīng)的指令，以確保用戶的控制指令得到精準(zhǔn)、有效地落實(shí)以及農(nóng)機(jī)具的工作狀態(tài)（實(shí)時(shí)位置、運(yùn)行軌跡）能夠?qū)崟r(shí)傳遞給用戶終端進(jìn)行展示。通過(guò)上述對(duì)大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析，系統(tǒng)包括兩個(gè)核心功能模塊，分別為數(shù)據(jù)傳輸模塊以及農(nóng)機(jī)具控制模塊。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊是大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心模塊之一，在大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，下位機(jī)由一系列大型農(nóng)機(jī)具構(gòu)成，上位機(jī)則面向移動(dòng)終端或PC終端用戶，為用戶提供智能監(jiān)控界面與手段，數(shù)據(jù)傳輸模塊是上、下位機(jī)的通信與數(shù)據(jù)傳遞模塊，下位機(jī)定頻率地向上位機(jī)傳輸其實(shí)時(shí)采集的大型農(nóng)機(jī)具運(yùn)行位置、運(yùn)行狀態(tài)與工作參數(shù)，上位機(jī)將用戶對(duì)大型農(nóng)機(jī)具的控制指令傳送給下位機(jī)，以確保控制指令的快速下達(dá)與正確執(zhí)行。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)傳輸模塊的核心，在選擇無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮其帶寬、傳輸距離、覆蓋面、功耗、傳輸速度、成本等，對(duì)于大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊而言，鑒于其傳輸數(shù)據(jù)量適中且長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行等特點(diǎn)，本系統(tǒng)選擇功耗較低、成本較低的Zigbee作為無(wú)線通信技術(shù)，Zigbee的將運(yùn)行模式為工作/休眠切換式，工作能耗較低，其使用免費(fèi)的2.4GHz頻段，無(wú)需額外的頻道資源占用費(fèi)，以降低數(shù)據(jù)傳輸模塊的實(shí)際投入成本，滿足大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需求。

2 大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸模塊以及農(nóng)機(jī)具控制模塊兩部分構(gòu)成，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)的上位機(jī)部分為農(nóng)機(jī)具管控終端模塊，PC端或移動(dòng)終端經(jīng)Zigbee接收器接收下位機(jī)農(nóng)機(jī)具中傳輸回的實(shí)時(shí)位置信息、軌跡信息、運(yùn)行狀態(tài)信息等并進(jìn)行終端展示，同時(shí)，終端借助Zigbee發(fā)射器將農(nóng)機(jī)具控制指令發(fā)送出去，系統(tǒng)下位機(jī)部分為以51單片機(jī)為核心的大型農(nóng)機(jī)具，下位機(jī)的Zigbee接收器接收無(wú)線發(fā)射的控制指令并傳輸給51單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)指令進(jìn)行解析，將指令分配到相應(yīng)的農(nóng)機(jī)具中執(zhí)行。

圖1 大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)傳輸模塊以Zigbee作為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，其作為上位機(jī)和下位機(jī)模塊之間信息交互的傳輸帶，其工作的可靠性直接關(guān)系到本系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 農(nóng)機(jī)具控制模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

農(nóng)機(jī)具控制模塊的核心為51單片機(jī)，51單片機(jī)作為農(nóng)機(jī)具控制模塊的主芯片，調(diào)用Zigbee接收器接收發(fā)射器發(fā)射的控制指令，經(jīng)串口將控制指令傳輸給主芯片，串口屬于系統(tǒng)的一項(xiàng)硬件設(shè)備，每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)DCB表，可以調(diào)用API函數(shù)將要打開(kāi)的串口所對(duì)應(yīng)的DCB進(jìn)行初始化設(shè)置。串口和其他通信設(shè)備是作為文件處理的，而對(duì)串口的讀寫(xiě)操作可以利用文件來(lái)實(shí)現(xiàn)，串口的操作流程為打開(kāi)串口，收、發(fā)通信，關(guān)閉串口。根據(jù)通信協(xié)議將控制指令轉(zhuǎn)化為代碼供下位機(jī)識(shí)別與準(zhǔn)確執(zhí)行，若是上位機(jī)發(fā)出某下位機(jī)大型農(nóng)機(jī)具開(kāi)啟，其代碼為0x57，下位機(jī)的51單片機(jī)通過(guò)對(duì)該代碼進(jìn)行解析，對(duì)各個(gè)大型農(nóng)機(jī)具的繼電器進(jìn)行控制，準(zhǔn)確操控下位機(jī)中的各個(gè)大型農(nóng)機(jī)具進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉等操作，正確執(zhí)行相應(yīng)指令。

3 結(jié)語(yǔ)

在物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、智能終端以及大型農(nóng)機(jī)具的支撐下，大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要構(gòu)成部分，為智慧農(nóng)業(yè)中農(nóng)機(jī)具作業(yè)軌跡監(jiān)控與智能化調(diào)控提供便捷的工具。在大型農(nóng)機(jī)具田間作業(yè)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中嵌入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，改變傳統(tǒng)的大型農(nóng)機(jī)具操控模式，通過(guò)接觸式操作實(shí)現(xiàn)用戶與大型農(nóng)機(jī)具控制系統(tǒng)以及大型農(nóng)機(jī)具的人機(jī)交互與遠(yuǎn)程控制，可以有效簡(jiǎn)化大型農(nóng)機(jī)具遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與智能控制的操作流程。