采棉机智能监控系统的技术探讨

高治国，郭 健

（1.石河子开发区合创农机装备有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子职业技术学院，新疆 石河子 832000）

1 基于导航的采棉机智能监控系统

基于导航的采棉机监控系统主要应用导航、地理信息及无线通信技术，通过调用Baidu Maps API，结合JavaScript语言实现采棉机基本信息管理、定位监控、工作状态实时显示等功能。系统主要包括采棉机车载终端、监控服务中心两大部分。采棉机车载终端利用内置导航模块，定位采棉机位置信息和当前日期、时间，及时准确地获取采棉机工况参数，包括棉箱翻转状态、采摘头升降状态、发动机转速、风机转速、润滑脂加注和油耗等关键设备运行状态信息；通过内置GPRS模块，以GPRS流量方式将数据回传至监控服务中心。监控服务中心接收到采棉机车载终端无线传输的数据后，经过通信协议的转换和解析，将数据存储至监控服务中心数据库，完成对数据库的访问，并在监控系统电子地图上显示采棉机当前位置和工况，实现采棉机的实时定位和路径导航。当采棉机状态信息异常时，监控服务中心的工作人员能够及时通知驾驶员采取措施，以保证采棉机正常工作。监控服务中心的WebGIS平台可采用百度地图API技术构建。与传统的WebGIS地图同步交互手段相比，百度地图的前端开发技术采用AJAX的异步通信方式，在保留其他地图信息的同时，服务器直接对客户端请求作出响应，并将用户需要的信息反馈至客户端。该监控系统人机界面友好、功能完善、使用方便，具有采棉机实时定位、状态信息监测、作业面积统计、历史轨迹回放等功能，实践中得到了较好的应用。

2 嵌入式采棉机智能监控系统

嵌入式系统指安全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统，执行的是带有特定要求的预先定义的任务，是由一个或者多个预先编程好的程序来统一执行，且由不同的微处理控制器、单片机来组成。多嵌入式平台开发，对于采棉机智能监控的在线监控和实时路径规划研究具有重要的参考价值，克服了基于微型单片机系统的可靠性、自动化程度低、二次开发困难。

嵌入式智能监控硬件的设计引入了先进的嵌入式系统控制思想，整个系统是由许多个零部件装置共同组成的，如微处理器模块、GPS模块及GPRS模块等，重点以各个模块的选型设计为主，具体实施操作上，包括信息采集电路设计、蕴ED显示电路系统、电源电路等相关配套设备的安装设计。而操作系统充分利用了可移植性的特点嵌入到了整个智能监控平台中，可最大限度地增强系统的可读性。与此同时，在数据信息的传输层面，运用的是GPRS传输方式，在农业生产领域具有较充足的经验，整个智能操作系统的稳定性和经济性较好。其中，软件程序的设计主要分为GPS接受解析、GPRS数据发送及采棉机数据采集等。在虚拟仪器技术嵌入上，可以同时制定相应的通信协议，保证终端与监控中心的通信效果及执行力，实现采棉机对作业面积进行分析、规划。通过成熟开发，采棉机作业位置服务、工况信息、作业面积统计及屏幕显示等配套功能设计层面，完全实现了自动化、数字化管控。

3 基于云计算的采棉机智能监控技术

将多嵌入式平台引入到智能控制系统中，并采用云处理计算方式对多平台节点进行连接，能更好实现采棉机视频采集和处理的实时性和智能化。云计算平台集成了巨大的云数据处理网络，可以提供大量的、并行的网络节点间的计算和服务，云计算系统主要包括计算资源管理系统和服务器集群。其中，计算资源管理系统可有效地调度计算资源、动态地部署、配置、调度和回收资源；服务器集群负责高并发量的用户请求处理、大运算量的计算处理，为了满足大数据存储的需求，使用相关数据分割算法对数据进行处理，使用并行计算的方式上传和下载数据。

采棉机的云处理数据平台主要使用在驾驶室，设计采用阶梯式的结构，为了实现智能监控系统的云处理计算功能，采用阶梯式的结构对云处理计算平台进行开发。其中，全局监控服务器负责整合局部监控服务器的信息，局部监控负责监控代理数据的整合，从而完成多嵌入式平台系统数据资源的整合，实现并行计算的数据处理方式。利用云数据处理计算方法可以有效提高计算速度，实现路径的实时规划，采棉机利用其风力输送、液压传动、棉箱等部件与梳脱式采摘台挂接；智能视频监控系统设计在驾驶室，利用多嵌入式平台实现监控系统的实时采集和图像处理。利用云计算可以有效提高计算速度，且可以处理干扰信号线的图像，完成路径规划。农业实践表明，其路径追踪能力较强，在2m范围内便可以追踪到路径，采棉效果较好，采净率高、落地棉率和含杂率较低，符合采棉机的各项性能设计要求。

4 结语

采棉机智能监控系统虽然在部分顶尖技术层面还尚存缺陷，但总体发展趋势已经成熟。无论是当地农业机械化生产的要求，还是国内棉花市场的巨大需求，采棉机在生产领域的应用，以及相关技术的研发和推广，已是大势所趋，有待于进一步研究和挖掘。