精细农业技术已成为新世纪各国关注和研究的重要课题,如何快速、准确的获取作物空间分布对于实施精细农业、提高经济效益具有重要意义。在中国,玉米、小麦和其他粮食作物产量监测技术的应用推动着精细农业的发展,但我国棉花的产量监测技术仍处于起步阶段。棉花是我国重要的经济作物和战略物资,采棉是棉花产业的重要环节。新疆作为棉花的主要产区,其大规模棉花生产机械化替代了高成本的劳动力,随着采棉机的增多,为棉花产量监测提供了基础平台,而现有的采棉机产量监测系统测产精度和通讯方式的可靠度不能满足用户使用要求。为此,本论文基于现有采棉机机型,提出了一种高效、可靠的棉花流量监测技术。本文主要应用无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)技术、北斗定位系统和北斗短报文通信技术,设计并研究了基于WSN的采棉机产量在线监测系统,本文的主要内容和创新点如下:1.论文基于无线传感网络技术设计了一种红外对射式棉花流量监测装置。首先测量静态籽棉的形状特征,确定棉花的直径和质量分布图,建立棉花模型,为监测装置的设计提供理论依据。其次分析现有采棉机输棉管内棉花的流量监测方法,通过对输棉管中棉花动态特性的研究,确定了合理的红外对射式无线传感器数量,从而提高棉花流量监测精度。最终,确定合适的传感器模块,设计红外对射式棉花流量监测装置主要元器件,搭建无线传感器网络,确定其安装方案。2.数据传输方法研究,主要分为两部分:采棉机内部的短程无线数据传输、采棉机与在线监测平台的远程数据传输。采棉机内部的短程无线数据传输采用无线传感器网络技术:选用STM32F103单片机作为处理器、CC2530射频模块作为无线收发器,研究了基于IEEE802.15.4无线标准的自组织网络协议,设计无线传感器网络节点。传感器节点采用适当的休眠策略,降低节点的功耗;采棉机与在线监测平台双向通讯采用远程北斗短报文通讯技术:根据北斗短报文通信协议,确定采棉机作业和定位信息的无线远程传输方案,制定远程监控平台和采棉机通讯信息的编码方式,实现采棉机和远程监控平台的双向通讯。3.棉花产量监测数据处理:将无线传感器网络输出的模拟信号进行滤波和阈值分割转换成数字信号,完成传感器监测数据预处理以便于棉花流量的数字信息解析。为了获得高精度棉花流量数据,首次提出了一种基于三维图像处理算法的棉花流量信号的自干扰噪声和相互干扰噪声消除方法,结合北斗定位技术实现采棉机的定位,使用差分定位误差处理方法,消除了北斗定位系统的干扰误差,提高了应用于石河子市的采棉机定位精度。同时借助Matlab软件对棉花流量数据处理方法进行了仿真模拟验证,模拟结果显示该方法能有效提高系统监测精度。4.在线监控系统的移植和测试:基于新疆新建现代农业工程开发有限公司的采棉机在线远程监控系统,主要优化改进现有系统采棉机内部的短程无线传输和远程数据传输及定位方式,构建基于互联网的实时采棉远程管理平台;根据获取的采棉机状态信息及棉花产量数据生成棉花空间分布图,为棉花变量管理提供理论依据。最终完成了北斗定位系统静止定位系统测试、田间车辆行走精度测试和田间收获试验,试验结果验证了采棉机在线监测系统的监测精度和定位精度均满足使用要求。