甘蔗收割机运行工况参数监测与远程传输技术研究

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甘蔗是一种重要的国家战略物资、经济作物和生物燃料的原材料,主要分布在我国云南、广西和海南等南方地区,目前我国甘蔗种植面积位居世界第三。农业机械化的发展大大的促进了甘蔗产业的发展、提高了甘蔗产业的经济效率和降低了劳动强度。农业信息化大大的促进了农业的发展,逐步实现了农业提质增效的目的。目前我国甘蔗收割机在信息化发展方面存在起步晚和信息化水平较低等问题,本文结合传感器技术、电子信息技术、物联网技术、云存储技术和计算机科学技术等多种技术,设计出了一套甘蔗收割机运行工况参数监测与远程传输技术研究平台,实现了甘蔗收割机关键部件的状态监测、路径获取、数据云存储和数据可视化等功能,为甘蔗收割机的设计与研制提供了关键的技术支持,具有重要的参考价值。本文的主要研究内容及结论如下:(1)底层硬件的研究与设计。分析了甘蔗收割机具体要监测的扭矩、仪表和路径等关键参数的特性,研究和设计出了5路仪表接口电路板和8路扭矩接口电路板。结果表明:5路仪表接口电路板能精准采集油压、油量、水温、转速和电池电压等关键数值并能对其封装;8路扭矩接口板能精准的采集到扭矩数据,同时能将GPS惯性导航模块所采集的RS232电平信号转换成TTL电平信号进行传输。(2)中央控制器的研究与设计。分析了底层硬件传输数据的数据包格式和甘蔗收割机信息化建设需求,研究和设计出了中央控制器。结果表明:中央控制器能实现数据接收、数据处理、数据存储、数据传输和数据展示等功能;同时,8路扭矩接口电路板以频率50~550Hz传输给中央控制器时的丢包率在0.04%~0.07%之间,相比频率550~1000Hz时的丢包率3.85%~4.92%之间小很多。(3)本地前端显示界面的设计。分析了甘蔗收割机关键参数监测的需求,本地前端界面采用VUE.JS框架开发,结合HTML5、CSS和Java Script等多种语言相融合开发出了前端展示界面。结果表明:本地前端实现了实时数据展示、历史数据展示、传感器参数设置、文件传输和文件删除等功能。同时,测得8路扭矩接口电路板、5路仪表电路板和中央控制器的总功耗约为8.22408W。(4)云服务器应用开发。分析了甘蔗收割机数据上传至云服务器的需求,采用Spring Cloud+Spring MVC+Mybatis分布式微服务云框架进行后台开发,结果表明:实现了甘蔗收割机数据的云存储,并能通过云服务向不同的应用端提供相应的API接口访问。(5)后台服务管理系统开发。基于对云服务器应用开发而进行的后台服务管理系统开发,结果表明:后台服务管理系统在功能上实现了传感器的添加、数据展示和运行轨迹展示等功能。通过后台服务管理系统或本地前端展示界面,得到GPS的定位精度约0.5m以内。
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