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1.方案設計

1.1系統總體結構

系統主要由田間作業平臺、上位機監控系統兩大部分組成。田間作業平臺主要包括移動平臺、ARM控制器、溫濕度傳感器、速度傳感器、超聲波傳感器、電磁閥執行器、GPS定位模塊、GPRS無線傳輸模塊等。上位機監控系統主要包括終端服務器及監控軟件。

1．2移動噴灑平臺設計

本設計選定了ARM公司的STM32F103作為主要的控制器，其具有片內資源多，處理速度快等優點。同一作物長勢的好壞可以很大程度上從作物的生長高度來反應。因此，本系統選擇了低廉、穩定的超聲波傳感器在行進條件下測量地面作物的高度作為長勢信息的輸入量。生長高度信息配合上作業平臺的移動速度，在控制器的綜合分析處理下，計算得出當前點應噴灑的液體總量。控制器將噴灑量這一計算結果轉換成電平信號通過I/O口輸出到執行單元，即電磁閥，以實現智能化的變量噴灑功能。GPS定位模塊的引入可以給測量及執行數據提供位置信息，準確記錄田間作物長勢及噴水情況的分布信息；且為后續自動行駛提供必要的技術支持。GPRS無線傳輸模塊選取了SIM900A，該模塊內嵌了TCP/IP協議，可以實現數據透傳，將田間作業信息實時傳輸到遠程終端上位機，方便管理者實時查看、保存數據，并可在控制室進行協調、指揮。

1．3上位機監控系統設計

監控中心的任務一是接收GPRS發來的數據并保存在數據庫中，二是建立友好的人際交互界面，三是將數據進行網絡，以便可以從其他終端進行數據訪問。因此，上位機監控系統分為三個模塊：數據收發模塊、人機交互界面模塊和web網絡模塊。本設計中的監控端程序使用了VisualStudio.NET2012(C#)來編寫。C#是專門為.NET應用而開發的一種語言，其很好地繼承了C與C++的Winsock與數據庫操作功能，可以將本設計中上位機監控系統的各部分程序融合到一個程序中。本設計使用了中國移動公司的GPRS網絡，其為數據傳輸提供了物理層和IP層的連接，傳輸層有TCP和UDP協議兩種方式。為了保證數據傳輸的可靠性和穩定性，本設計采用TCP協議的連接。服務器首先創建一個用于偵聽的套接字，調用Listen()函數使它處于偵聽狀態。客戶端在創建套接字完畢后，調用Connect()函數，請求與服務器套接字連接；服務器套接字在收到客戶端的連接請求后，調用Accept()函數，創建一個用于連接的套接字。應用該套接字和客戶端上的連接套接字，用戶就能實現在服務器和客戶端之間進行數據傳輸，即可通過個人計算機或移動終端訪問服務器，完成對田間作業實時數據的查詢、信息管理、發送控制指令等操作，實現移動式智能化液體變量噴灑系統的遠程測控。人機界面為監控中心管理員提供一個友好的監視與控制的界面，是監控中心的一個重要的組成部分。其要實現的主要功能為：對數據庫的顯示、查詢以及對移動測量平臺的遠程控制等。網絡程序為ASP.NET文件，Internet網上的任一用戶通過瀏覽器打開時，會自動調用最新更新的數據源，以保證用戶查詢到最新數據。

2．結論

本課題立足農業機械化、信息化、智能化等方面的迫切需求，為了實現農作物的變量施肥或灌溉，提出了一套智能化液體變量噴灑系統的設計方案。系統通過搭建一個移動作業平臺，以行進中的地面作物高度作為實時輸入量，配合平臺的移動速度，在控制器中計算得出相應的噴灑量及時間點，并轉換成電平信號控制電磁閥的動作，實現智能化變量噴灑功能。另外，系統方案中還集成了GPRS模塊，能夠實現將采集的原始數據、處理后的結果數據等實時發送到遠程服務器，并在上位機終端實現實時的顯示、存檔等功能。該系統設計合理，成本低，適合農田推廣。

作者：李修華 王萌 張四維 梁瀟 單位：廣西大學