基于远程监控系统的大型农机具田间作业管理的设计实现

蒋兆平

（安徽省黄山市祁门县农机局乡镇农机总站，安徽 黄山 245600）

物联网技术是互联网技术、传感器技术、电控技术、网络通信技术等高度融合与集成而衍生出的现代信息化技术，其以各种类型的传感器设备作为数据采集器，实时快速地获取现实世界的动态变化信息，依托通信网络以及构建在计算机软硬件环境上的大数据云存储、云计算技术对所获取的数据进行传输、组织、管理、分析、应用，在万物互联的基础上实现对目标对象的高效化、智能化分析与深度挖掘，为人们的日常工作与生活提供个性化、人性化、多样化、智能化的辅助决策支撑。在农业领域中，大型农机具田间作业管理远程控制系统依托互联网技术、智能终端技术、内部控制网络、传感器技术等对大型农机具的运行状况、实时位置情况、行驶轨迹等进行实时监测与数据传输，再由用户通过智能终端设备如智能手机、IPAD等获取数据，远程监控大型农机具在田间作业的运行状态，大型农机具田间作业管理远程监控系统已成为智慧农业发展中不可或缺的重要组成部分。

1 大型农机具田间作业管理远程监控系统功能需求

1.1 系统需求分析

大型农机具田间作业管理远程监控系统的核心目标在于，用户通过终端远程监测大型农机具的工作参数并控制大型农机具的工作状态。为实现上述目标，大型农机具田间作业管理远程监控系统首先需要能够对用户发出的对大型农机具的控制命令进行自动化识别与匹配，正确解析出操控指令；其次，将识别出的控制指令传输到大型农机具田间作业管理远程监控系统中；最后由大型农机具田间作业管理远程监控系统控制大型农机具执行相应的指令，以确保用户的控制指令得到精准、有效地落实以及农机具的工作状态（实时位置、运行轨迹）能够实时传递给用户终端进行展示。通过上述对大型农机具田间作业管理远程监控系统的需求分析，系统包括两个核心功能模块，分别为数据传输模块以及农机具控制模块。

1.2 数据传输模块

数据传输模块是大型农机具田间作业管理远程监控系统的核心模块之一，在大型农机具田间作业管理远程监控系统中，下位机由一系列大型农机具构成，上位机则面向移动终端或PC终端用户，为用户提供智能监控界面与手段，数据传输模块是上、下位机的通信与数据传递模块，下位机定频率地向上位机传输其实时采集的大型农机具运行位置、运行状态与工作参数，上位机将用户对大型农机具的控制指令传送给下位机，以确保控制指令的快速下达与正确执行。无线通信网络是数据传输模块的核心，在选择无线通信网络时，应当重点考虑其带宽、传输距离、覆盖面、功耗、传输速度、成本等，对于大型农机具田间作业管理远程监控系统的数据传输模块而言，鉴于其传输数据量适中且长期不间断运行等特点，本系统选择功耗较低、成本较低的Zigbee作为无线通信技术，Zigbee的将运行模式为工作/休眠切换式，工作能耗较低，其使用免费的2.4GHz频段，无需额外的频道资源占用费，以降低数据传输模块的实际投入成本，满足大型农机具田间作业管理远程监控系统的数据传输需求。

2 大型农机具田间作业管理远程监控系统设计与实现

2.1 系统总体设计

大型农机具田间作业管理远程监控系统由数据传输模块以及农机具控制模块两部分构成，其系统架构图如图1所示，系统的上位机部分为农机具管控终端模块，PC端或移动终端经Zigbee接收器接收下位机农机具中传输回的实时位置信息、轨迹信息、运行状态信息等并进行终端展示，同时，终端借助Zigbee发射器将农机具控制指令发送出去，系统下位机部分为以51单片机为核心的大型农机具，下位机的Zigbee接收器接收无线发射的控制指令并传输给51单片机，单片机对指令进行解析，将指令分配到相应的农机具中执行。

图1 大型农机具田间作业管理远程监控系统架构图

2.2 据传输模块设计与实现

数据传输模块以Zigbee作为无线通信网络，其作为上位机和下位机模块之间信息交互的传输带，其工作的可靠性直接关系到本系统的运行状态。

2.3 农机具控制模块设计与实现

农机具控制模块的核心为51单片机，51单片机作为农机具控制模块的主芯片，调用Zigbee接收器接收发射器发射的控制指令，经串口将控制指令传输给主芯片，串口属于系统的一项硬件设备，每个设备对应一个DCB表，可以调用API函数将要打开的串口所对应的DCB进行初始化设置。串口和其他通信设备是作为文件处理的，而对串口的读写操作可以利用文件来实现，串口的操作流程为打开串口，收、发通信，关闭串口。根据通信协议将控制指令转化为代码供下位机识别与准确执行，若是上位机发出某下位机大型农机具开启，其代码为0x57，下位机的51单片机通过对该代码进行解析，对各个大型农机具的继电器进行控制，准确操控下位机中的各个大型农机具进行开启或关闭等操作，正确执行相应指令。

3 结语

在物联网、互联网、传感器、智能终端以及大型农机具的支撑下，大型农机具田间作业管理远程监控系统已经成为当前智慧农业发展的重要构成部分，为智慧农业中农机具作业轨迹监控与智能化调控提供便捷的工具。在大型农机具田间作业管理远程监控系统中嵌入无线网络通信技术，改变传统的大型农机具操控模式，通过接触式操作实现用户与大型农机具控制系统以及大型农机具的人机交互与远程控制，可以有效简化大型农机具远程监测与智能控制的操作流程。