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摘要：联合收割机是我国最重要的农业装备之一，但在其工作中普遍面临田间作业条件恶劣，存在其故障诊断困难的现象。为实现基于Android客户端的联合收割机工作参数实时监控与故障诊断，本文通过微处理器获取了工作参数，设计了基于目标瞬时变化趋势的故障诊断方法，采用了SOCKET通信方式将客户端与云平台结合，开发了基于Android客户端的联合收割机工作参数故障诊断系统，提供了一种对联合收割机进行远程监测及故障诊断的设计方案，为农业机械故障诊断方法设计提供了参考。
关键词：联合收割机;工作参数;远程监测;故障诊断;系统设计
农业装备的改善是实现农业工业化和现代化的物质基础，是先进农业技术能够被有效使用和推广的先验条件。联合收割机近年来也得到了前所未有的飞速发展，正日益向机电一体化、信息化、智能化高速发展。目前大多联合收割机都装备了带有空调的密闭驾驶室，驾驶员用耳朵已经很难分辨收割机各部位的运转声响异常与否[1]，此种条件下仅用人的听力和视力去识别故障将变得越来越困难，因此联合收割机在使用过程中不免会出现各种各样的故障。
目前联合收割机工作的环境仍然是复杂多变的，因而近年来，有很多针对联合收割机工作状态的监测控制系统。联合收割机的故障频发部位多为割台、输送槽、脱粒滚筒、输粮搅龙等，主要为堵塞故障。因此，易堵塞部位和前进速度多为收割机监测的重点对象[2]。随着农业的发展，以往的人工定期检修收割机借助个人经验维修收割机己不适应当今农业的发展需求，当今农业的发展需要有更智能的故障诊断方法应用于收割机。综上，联合收割机的故障诊断智能化势在必行，是农业现代化和智能化道路上必须要解决的重要问题。
1. 联合收割机工作参数故障诊断系统设计
1.1整体设计与工作原理
本系统主要通过C8051F020微处理器外接多霍尔传感器，实现对联合收割机主要工作部件如脱粒滚筒转速、搅龙转速等关键信息获取，在单片机中采用基于目标信号瞬时变化趋势的故障诊断方法，实现三种工作状态的有效判断，将故障诊断结果进行传输。采集的数据通过SIM900A模块发送至云平台，云平台与客户端通信采用SOCKET通信方式，经客户端请求获取云平台数据。基于JAVA在客户端上相应模块3个模块对数据进行最后的处理与展示，从而实现对农田作业机械关键信息以及故障诊断状况实时监测[3]。
1.2数据采集与故障诊断系统
数据采集与故障诊断系统硬件由测量联合收割机各重要工作参数的传感器、PLC、自带ARM系统的显示器等组成[4]。数据采集与故障诊断装置安装在联合收割机驾驶室内，位于驾驶员左侧便于驾驶员查看状态信息。
采集系统以微处理器C8051F020为核心。采集信号包括前进速度、输送槽转速、输粮搅龙转速、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、割台搅龙转速等信号，用多路霍尔转速传感器对多路转速信号进行采集。其中前进速度信号与割台割台搅龙信号经调理电路处理后分别接入C8051F020的外部中断，与内部定时器配合进行独立采集与处理。输送槽转速、输粮搅龙转速、切流滚筒转速、纵流滚筒转速通过四选一多路模拟开关CD4052选通后经信号调理电路接入外部中断2，循环进行信号采集与处理。
故障诊断系统包括基于目标信号瞬时变化趋势的故障诊断方法与3种判断情况子程序。系统基于差分理论完成瞬时变化趋势预测[5]，对经过调理电路处理后的数据执行3种判断情况子程序的判断，当系统判定信号出现预警状态，触发预警中断子程序，发送数据“1”;当系统判定信号出现报警状态，触发报警子程序，发送数据“2”;转速正常情况下，发送数据“0”，数据均通过SIM900A模块发送至云平台再接收至Android客户端中的数据监测模块。
1.3物联网平台设计
采用SIM900A模块通过UART0串行接口与C8051F020单片机连接，发送TCP连接至OneNet物联网平台[6]。通过注册登录OneNet平台，在创建的项目中分别为作业数据采集与故障信息处理各创建6个设备、6个数据流以及1个设备应用。数据流接收工作状态参数与故障诊断信号。
1.4 基于Android客户端设计
Android客户端主要分为数据监测模块，故障信息处理模块和数据存取模块3个模块，采用Android JAVA开发，所有源代码编译完成后打包生成APK文件，即为该系统的安装文件[7]。将APK文件直接安装在Android手机上，相比于传统的联合收割机监控系统，本设计不受时间、地域、环境、距离等因数限制，用户可随时轻松安装该系统，操作方便灵活。
数据监测模块可实时获取如纵切流滚筒、滚筒转速、输粮搅龙转速等部位实时数据，数据显示采用经典三段式仪表盘式样显示，可绘制实时数据折线图便于数据监测。故障信息处理模块用于接收“0”、“1”、“2”数据，实现“0”表示正常，“1”表示预警，“2”表示报警的数据报警方案，报警显示同样采用经典三段式仪表盘式样显示。数据存取模块由手機自带SQLite数据库来实现数据的本地存储和管理，人工故障诊断信息采集界面和参数设置界面[8]。
2. 联合收割机田间故障诊断性能测试
将本文设计的基于Android客户端的联合收割机工作参数故障诊断系统安装在水稻联合收割机上进行水稻田间收割试验及其工作参数故障诊断验证。田间试验表明：智能控制和诊断系统可以在保证最佳作业性能和不发生堵塞等故障的情况下，实现联合收割机作业的信息读取，实时远程监测与故障诊断，提高了联合收割机的工作效率和降低了故障率，减轻了驾驶员的劳动强度。
将基于C8051F020的数据采集与故障诊断系统与联合收割机智能控制模拟试验台连接，进行信息采集、传输、显示及储存等试验，数据采集显示。采集的数据通过SIM900A模块发送至云平台，经客户端请求获取云平台数据。经分析，数据接收延时在2s内，数据丢失率控制在5‰以内。
3.结果与讨论
基于Android客户端可以将联合收获机的实时数据监测与故障状况监测结合起来，实现多源信息融合，增强数据互补，实现了农业信息数据的远程监测与故障实时诊断。本设计数据丢失率小于5‰，信息获取延迟时间小于2s，报警及时、正确，满足联合收获机户外工作远程信息采集与故障监测要求，具有良好推广运用前景。
参考文献
[1]夏连庆， 梁学修， 伟利国， 等. 联合收割机自动监测系统研究进展[J]. 农业机械， 2013（19）： 141-145.
[2]李俐娜. 联合收割机故障的诊断与排除探讨[J]. 农机使用与维修， 2019（05）： 60.
[3]余昌舜. 基于模糊神经网络的联合收割机远程故障诊断系统研究[D]. 湖北工业大学， 2019.
[4]胡亚娟. 液压式联合收割机电气控制系统的PLC设计[J]. 农机化研究， 2019， 41（10）： 111-115.
[5]王宏甲. 基于AVR单片机的四轴数控雕刻机控制系统的研究与设计[D]. 山东理工大学， 2018.
[6]王欢. 基于WSN的采棉机产量在线监测系统设计与研究[D]. 石河子大学， 2019.
[7]邓美玲， 李晓霞. 基于Android的农机运维管理信息系统设计[J]. 南方农机， 2018， 49（19）： 71.
[8]江楠， 马江涛， 郑远攀. 基于BS架构的收割机轨迹数据可视化分析系统[J]. 农机化研究， 2020， 42（12）： 188-193+199.
关键词：联合收割机;工作参数;远程监测;故障诊断;系统设计
农业装备的改善是实现农业工业化和现代化的物质基础，是先进农业技术能够被有效使用和推广的先验条件。联合收割机近年来也得到了前所未有的飞速发展，正日益向机电一体化、信息化、智能化高速发展。目前大多联合收割机都装备了带有空调的密闭驾驶室，驾驶员用耳朵已经很难分辨收割机各部位的运转声响异常与否[1]，此种条件下仅用人的听力和视力去识别故障将变得越来越困难，因此联合收割机在使用过程中不免会出现各种各样的故障。
目前联合收割机工作的环境仍然是复杂多变的，因而近年来，有很多针对联合收割机工作状态的监测控制系统。联合收割机的故障频发部位多为割台、输送槽、脱粒滚筒、输粮搅龙等，主要为堵塞故障。因此，易堵塞部位和前进速度多为收割机监测的重点对象[2]。随着农业的发展，以往的人工定期检修收割机借助个人经验维修收割机己不适应当今农业的发展需求，当今农业的发展需要有更智能的故障诊断方法应用于收割机。综上，联合收割机的故障诊断智能化势在必行，是农业现代化和智能化道路上必须要解决的重要问题。
1. 联合收割机工作参数故障诊断系统设计
1.1整体设计与工作原理
本系统主要通过C8051F020微处理器外接多霍尔传感器，实现对联合收割机主要工作部件如脱粒滚筒转速、搅龙转速等关键信息获取，在单片机中采用基于目标信号瞬时变化趋势的故障诊断方法，实现三种工作状态的有效判断，将故障诊断结果进行传输。采集的数据通过SIM900A模块发送至云平台，云平台与客户端通信采用SOCKET通信方式，经客户端请求获取云平台数据。基于JAVA在客户端上相应模块3个模块对数据进行最后的处理与展示，从而实现对农田作业机械关键信息以及故障诊断状况实时监测[3]。
1.2数据采集与故障诊断系统
数据采集与故障诊断系统硬件由测量联合收割机各重要工作参数的传感器、PLC、自带ARM系统的显示器等组成[4]。数据采集与故障诊断装置安装在联合收割机驾驶室内，位于驾驶员左侧便于驾驶员查看状态信息。
采集系统以微处理器C8051F020为核心。采集信号包括前进速度、输送槽转速、输粮搅龙转速、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、割台搅龙转速等信号，用多路霍尔转速传感器对多路转速信号进行采集。其中前进速度信号与割台割台搅龙信号经调理电路处理后分别接入C8051F020的外部中断，与内部定时器配合进行独立采集与处理。输送槽转速、输粮搅龙转速、切流滚筒转速、纵流滚筒转速通过四选一多路模拟开关CD4052选通后经信号调理电路接入外部中断2，循环进行信号采集与处理。
故障诊断系统包括基于目标信号瞬时变化趋势的故障诊断方法与3种判断情况子程序。系统基于差分理论完成瞬时变化趋势预测[5]，对经过调理电路处理后的数据执行3种判断情况子程序的判断，当系统判定信号出现预警状态，触发预警中断子程序，发送数据“1”;当系统判定信号出现报警状态，触发报警子程序，发送数据“2”;转速正常情况下，发送数据“0”，数据均通过SIM900A模块发送至云平台再接收至Android客户端中的数据监测模块。
1.3物联网平台设计
采用SIM900A模块通过UART0串行接口与C8051F020单片机连接，发送TCP连接至OneNet物联网平台[6]。通过注册登录OneNet平台，在创建的项目中分别为作业数据采集与故障信息处理各创建6个设备、6个数据流以及1个设备应用。数据流接收工作状态参数与故障诊断信号。
1.4 基于Android客户端设计
Android客户端主要分为数据监测模块，故障信息处理模块和数据存取模块3个模块，采用Android JAVA开发，所有源代码编译完成后打包生成APK文件，即为该系统的安装文件[7]。将APK文件直接安装在Android手机上，相比于传统的联合收割机监控系统，本设计不受时间、地域、环境、距离等因数限制，用户可随时轻松安装该系统，操作方便灵活。
数据监测模块可实时获取如纵切流滚筒、滚筒转速、输粮搅龙转速等部位实时数据，数据显示采用经典三段式仪表盘式样显示，可绘制实时数据折线图便于数据监测。故障信息处理模块用于接收“0”、“1”、“2”数据，实现“0”表示正常，“1”表示预警，“2”表示报警的数据报警方案，报警显示同样采用经典三段式仪表盘式样显示。数据存取模块由手機自带SQLite数据库来实现数据的本地存储和管理，人工故障诊断信息采集界面和参数设置界面[8]。
2. 联合收割机田间故障诊断性能测试
将本文设计的基于Android客户端的联合收割机工作参数故障诊断系统安装在水稻联合收割机上进行水稻田间收割试验及其工作参数故障诊断验证。田间试验表明：智能控制和诊断系统可以在保证最佳作业性能和不发生堵塞等故障的情况下，实现联合收割机作业的信息读取，实时远程监测与故障诊断，提高了联合收割机的工作效率和降低了故障率，减轻了驾驶员的劳动强度。
将基于C8051F020的数据采集与故障诊断系统与联合收割机智能控制模拟试验台连接，进行信息采集、传输、显示及储存等试验，数据采集显示。采集的数据通过SIM900A模块发送至云平台，经客户端请求获取云平台数据。经分析，数据接收延时在2s内，数据丢失率控制在5‰以内。
3.结果与讨论
基于Android客户端可以将联合收获机的实时数据监测与故障状况监测结合起来，实现多源信息融合，增强数据互补，实现了农业信息数据的远程监测与故障实时诊断。本设计数据丢失率小于5‰，信息获取延迟时间小于2s，报警及时、正确，满足联合收获机户外工作远程信息采集与故障监测要求，具有良好推广运用前景。
参考文献
[1]夏连庆， 梁学修， 伟利国， 等. 联合收割机自动监测系统研究进展[J]. 农业机械， 2013（19）： 141-145.
[2]李俐娜. 联合收割机故障的诊断与排除探讨[J]. 农机使用与维修， 2019（05）： 60.
[3]余昌舜. 基于模糊神经网络的联合收割机远程故障诊断系统研究[D]. 湖北工业大学， 2019.
[4]胡亚娟. 液压式联合收割机电气控制系统的PLC设计[J]. 农机化研究， 2019， 41（10）： 111-115.
[5]王宏甲. 基于AVR单片机的四轴数控雕刻机控制系统的研究与设计[D]. 山东理工大学， 2018.
[6]王欢. 基于WSN的采棉机产量在线监测系统设计与研究[D]. 石河子大学， 2019.
[7]邓美玲， 李晓霞. 基于Android的农机运维管理信息系统设计[J]. 南方农机， 2018， 49（19）： 71.
[8]江楠， 马江涛， 郑远攀. 基于BS架构的收割机轨迹数据可视化分析系统[J]. 农机化研究， 2020， 42（12）： 188-193+199.