CN107942890A

CN107942890A - 一种基于Android的采棉机智能监控***

Info

Publication number: CN107942890A
Application number: CN201711460745.6A
Authority: CN
Inventors: 苗中华; 马晨晖; 何创新; 刘成良
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2018-04-20

Abstract

本发明涉及一种基于Android的采棉机智能监控***，一种基于Android的采棉机智能监控***，包括有输入机构、采集单元、传感器单元、智能监控器、远程云平台移动终端和WEB终端，智能监控器通过CAN总线协议实现与数据采集单元的数据通信，实时获取并显示由采集单元采集的来自传感器单元和输入机构的采棉机工作状态信息。同时智能监控器通过LTE模块将工作状态参数上传到远程管理平台，由平台转发数据到移动终端和Web终端，实现对采棉机运行状态的实时监测、管理与调度，确保机器安全、稳定、高效率运行。

Description

一种基于Android的采棉机智能监控***

技术领域

本发明属于大型智能农业机械装备制造与自动化技术领域，并涉及网络通信技术，具体涉及一种基于Android的采棉机智能监控***，用于实现工作现场与客户远程的多场景监控功能。

背景技术

棉花种植业是国民经济的支柱性产业之一，而棉花采摘则是棉花生产过程中劳动强度最大，工期最长的作业，因此采棉过程的机械化与智能化尤为重要。

采棉机属于大型农业机械，其工作过程中需要监控大量参数与数据，如采棉头水路压力、风机转速、油温、发动机冷却液温度，以及吸入门、离合器和卸棉的状态等。同时采棉机监控***需要完善的故障诊断和故障报警机制，以便操作人员及时维修处理，避免耽误工期。

然而目前市面上同类产品的监控***参差不齐，大多为机械式仪表盘，体积大、显示不直观、功能单一、兼容性和扩展性差，此外人机交互体验不甚理想，且对故障缺少报警和诊断功能，对工作人员的操作技能要求高。此外棉花采摘时间集中，采棉机作业周期短，但作业强度大，因此对监控***的稳定性要求高，传统仪表往往难以胜任。

传统的采棉机缺乏人性化的工作体验，棉花产地荒无人烟，长时间高强度的工作会让操作人员感到枯燥和疲劳，影响工作效率，且容易发生操作事故。

其次传统的采棉机是一个“信息孤岛”，其工作状态数据只有操作人员知晓，缺乏远程监控管理功能，突发故障往往难以及时解决。此外，工作过程中产生的数据往往只支持本地存储，无法上传云平台，容易造成数据的破坏和丢失，而且对于数据的分析与利用存在滞后性。

发明内容

本发明的目的是针对目前采棉机监控***存在的不足之处，提出一种基于Android的采棉机智能监控***。

本发明是基于以下的技术方案实现：

一种基于Android的采棉机智能监控***，包括有输入机构、采集单元、传感器单元、智能监控器、远程云平台和远程终端，采集单元采集来自输入机构和传感器单元的采棉机各工作机构的状态参数数据，并通过CAN总线协议将数据传输给智能监控器，智能监控器实时获取并显示来自采集单元的状态参数，并通过无线网络将数据上传到远程云平台，远程云平台将数据转发给远程终端，实现采棉机工作状态的远程监控。所述的远程终端包括有移动终端和WEB终端。

所述的智能监控器包括核心处理器、电源管理模块、卫星定位模块、无线通信模块、CAN通信模块、倒车影像模块、音频解码模块、触控显示模块、故障报警模块以及接口扩展模块等十大部分。

智能监控器的核心处理器由电源管理模块供电，通过I2C接口连接倒车影像模块；通过I2S接口连接音频解码模块；通过USB接口连接无线通信模块；通过LVDS接口连接触控显示模块；通过UART接口连接卫星定位模块；通过普通GPIO接口连接故障报警模块；通过SPI接口挂载CAN通信模块。

智能监控器的电源管理模块主要为满足不同功能模块正常工作所需的电压和电流要求，管理的工作电压包括24V、5V、4V、3.3V和1.8V。

智能监控器的倒车影像模块主要为辅助操作人员实现车辆的倒车掉头，避免造成对作物或者人身的伤害。

智能监控器的音频解码模块主要为提供语音故障报警和语音操作指导的功能，相关语音是根据采棉机各工作部件可能发生的工作异常情况提前录制，基本覆盖采棉机的工作异常场景。此外所述音频解码模块也提供了播放音乐和收听广播的功能，满足操作人员基本的娱乐需求。

智能监控器的触控显示模块采用高清IPS屏幕，支持10点触控，用于人机交互操作，与智能手机一致，体验优秀，无学习成本。

智能监控器的卫星定位模块包括GPS定位模块和北斗定位模块，功耗低、精度较高，可以满足采棉机的实时定位和导航需求。

智能监控器的无线通信模块采用LTE模块，实现与远程云平台的通信，可实时上传采棉机工作过程中产生的数据，便于远程监控和调度管理。此外该模块在地图导航时也将提供移动数据服务功能。

智能监控器的CAN通信模块，采用SAE J1939的CAN总线协议，主要和采棉机的数据采集单元通信，实现对采棉机各工作部件工作状态的监控。所述的数据采集单元采集来自输入机构单元和传感器单元的数据。

所述输入机构单元包括四个主动接触式机械开关，分别是风机结合开关，用于控制风机与发动机的结合；水压开关，用于控制采棉头的给水***；卸棉开关，用于控制棉箱的翻转；润滑开关，用于控制采棉头的润滑***。

所述传感单元包括水压传感器、温度传感器、电阻传感器和接近开关。水压传感器用于采集采棉头水路压力信息，温度传感器用于采集液压油油温信息，电阻传感器用于采集油位信息，接近开关用于检测风机转速、行走速度以及吸入门信号。

智能监控器的故障报警模块由红黄绿3色LED灯和蜂鸣器构成，分别表示不同的故障等级。绿色灯亮，代表正常工作；黄色灯亮代表警告，但不影响正常工作；红色灯亮代表严重故障，立马停机检修。

智能监控器的接口扩展模块主要包括按键扩展口、UART扩展口、USB扩展口和SD卡扩展口，功能丰富，可满足个性化需求。一方面，操作人员可以通过按键接口快速切换屏幕的显示界面。另一方面，操作人员也可以通过UART接口外接打印机，实现现场打印棉花采摘信息。此外，操作人员还可以通过USB接口与SD卡接口扩展数据的本地存储，保存工作参数以及历史数据。

所述远程云平台是远程监控框架的核心，是整个远程监控的控制中心。远程云平台主要通过开源的消息传输协议MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)，实现与前端硬件平台(即前述智能控制器)以及客户终端间的消息传递，以此搭建起远程监控的整体框架。其中客户终端主要包括移动终端(智能手机)和Web终端。

所述远程云平台上主要部署了MQTT代理器和Mysql数据库服务器，其中MQTT代理器负责将智能监控器上传的数据实时推送至移动终端。而Mysql数据库服务器则负责数据的存储与管理，并提供Web终端获取数据的接口。

对比目前的现有技术，本发明的技术方案具有以下有益效果：

所述智能监控***基于开源的Android操作***，人机交互逻辑与智能手机保持一致，降低操作人员学习成本。通过高清IPS显示屏实时显示采棉机的工作状态参数，清晰直观，界面友好。

所述智能监控***具有完善的故障报警功能，并支持语音播报故障提醒以及语音提示基本的操作指南。同时扩展了影音娱乐功能，支持播放音乐和收听广播，可有效缓解高强度工作产生的疲劳感，提升工作效率。

所述智能监控***还能有效破解采棉机“信息孤岛”问题，通过MQTT协议将数据实时上传至远程云平台，由云平台进行数据存储与分析，同时将数据转发到客户终端，实现对采棉机的远程监控与管理。

附图说明

图1为实施例中的采棉机智能监控***的整体结构框图。

图2为实施例中的智能监控器的内部结构框图。

图3为实施例中的智能监控***的远程监控框架图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例的采棉机智能监控***，包括输入机构1、采集单元2、传感器单元3、智能监控器4、远程云平台5、移动终端6和Web终端7。采集单元2采集来自输入机构1和传感器单元3的采棉机各工作机构的状态参数，并通过CAN总线协议将数据传输给智能监控器4。所示的传感器单元3的传感器状态参数一般为模拟量，需要采集单元2经过A/D转换成数字量才能被利用。智能监控器4实时获取并显示来自采集单元2的状态参数，并通过LTE模块将数据上传到远程云平台5。远程云平台5最后将数据转发给移动终端6和Web终端7，实现采棉机工作状态的远程监控。

如图2所示，智能监控器的内部框架主要包括电源管理模块8、核心处理器9、卫星定位模块10、CAN通信模块11、无线通信模块12、报警模块13、触控显示模块14、倒车影像模块15、音频解码模块16以及接口扩展模块17。电源管理模块8为智能监控器各个功能模块提供所需的工作电压和工作电流。

接口扩展模块17主要包括按键扩展口18、UART扩展口19、USB扩展口20和SD卡扩展口21，功能丰富，可满足个性化需求。一方面，操作人员可以通过按键接口快速切换屏幕的显示界面。另一方面，操作人员也可以通过UART接口外接打印机，实现现场打印棉花采摘信息。此外，操作人员还可以通过USB接口与SD卡接口扩展数据的本地存储，保存工作参数以及历史数据。

所示的核心处理器9采用三星Exynos4412作为主控芯片，是整个智能监控器的“中枢”，控制和管理着其他功能模块。通过卫星定位模块10实时获取采棉机的位置信息，其中模块采用移远通信的GNSS模块MC20；通过CAN通信模块11实现与采集单元2的数据通信，其中模块的CAN控制器采用MCP2515，CAN收发器采用MCP2551；通过无线通信模块12将数据上传到远程云平台5，其中模块采用移远通信的LTE模块EC20；通过报警模块13来告警机器出现故障，提醒操作人员及时处理，其中模块包括红黄绿三色LED和蜂鸣器；通过触控显示模块14来实时显示状态参数以及实现人机交互操作，其中屏幕采用北京迅为电子有限公司的7寸IPS高清显示屏；通过倒车影像模块15可辅助操作人员驾驶车辆，方便车辆倒车掉头，其中模块主芯片采用数字视频解码器TVP5150；通过音频解码模块16实现语音故障报警与操作提示，以及满足播放音乐收听广播的娱乐需求，其中模块主芯片采用音频编解码器WM8960；通过接口扩展模块17实现监控器的功能扩展，其中按键扩展18可以控制LCDIPS屏幕切换不同的界面来分类显示不同状态信息，UART扩展19可外接打印机实现现场打印棉花产量、面积等信息，USB扩展20与SD卡扩展21可扩展数据的本地存储，保存工作参数以及历史数据。

如图3所示，智能监控器4通过无线通信基站22实现与远程云平台5的数据通信，再由云平台将数据转发给移动终端6和Web终端7。智能监控器4由LTE模块提供数据上网功能，故需要运营商的基站服务。大型棉田所在地通常地广人稀，网络条件不稳定，故远程监控框架的网络协议主要采用MQTT协议，有效解决了数据传输不可靠问题。

所述MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议),是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的“轻量级”通讯协议。其最大的优点是可以以极少的代码和有限的带宽，为远程设备提供实时可靠的消息服务。

MQTT协议包含3种角色，分别为MQTT服务端(发布主题)、MQTT客户端(订阅主题)以及MQTT代理器(服务核心)。所述远程监控框架中，智能监控器4主要作为MQTT服务端，移动终端6和Mysql数据库主要作为MQTT客户端，而MQTT代理器则被部署在远程云平台上。

由智能监控器4发布主题，上传数据至MQTT代理器，再由代理器将数据推送至订阅了相关主题的移动终端，实现移动端的远程监控。此外云平台上还部署了Mysql数据库服务器，订阅MQTT代理器的所有主题消息，实时存储智能监控器4上传的数据。而Web终端7则通过TCP/IP协议访问云端Mysql数据库，实时显示采棉机工作状态，实现对采棉机的监控与管理，确保机械安全、稳定、高效率运行。

Claims

1.一种基于Android的采棉机智能监控***，包括有输入机构、采集单元、传感器单元、智能监控器、远程云平台和远程终端，采集单元采集来自输入机构和传感器单元的采棉机各工作机构的状态参数数据，并通过CAN总线协议将数据传输给智能监控器，智能监控器实时获取并显示来自采集单元的状态参数，并通过无线网络将数据上传到远程云平台，远程云平台将数据转发给远程终端，实现采棉机工作状态的远程监控。

2.根据权利要求1所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述的远程终端包括有移动终端和WEB终端。

3.根据权利要求1所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述的输入机构包括四个主动接触式机械开关，分别是风机结合开关，用于控制风机与发动机的结合；水压开关，用于控制采棉头的给水***；卸棉开关，用于控制棉箱的翻转；润滑开关，用于控制采棉头的润滑***。

4.根据权利要求1所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述传感单元包括水压传感器、温度传感器、电阻传感器和接近开关；水压传感器用于采集采棉头水路压力信息，温度传感器用于采集液压油油温信息，电阻传感器用于采集油位信息，接近开关用于检测风机转速、行走速度以及吸入门信号。

5.根据权利要求1所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述的智能监控器包括电源管理模块、核心处理器及分别与核心处理器连接的卫星定位模块、无线通信模块、CAN通信模块、倒车影像模块、音频解码模块、触控显示模块、故障报警模块和接口扩展模块。

6.根据权利要求5所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述的智能监控器的核心处理器由电源管理模块供电，通过I2C接口连接倒车影像模块；通过I2S接口连接音频解码模块；通过USB接口连接无线通信模块；通过LVDS接口连接触控显示模块；通过UART接口连接卫星定位模块；通过普通GPIO接口连接故障报警模块；通过SPI接口挂载CAN通信模块；智能监控器通过CAN通信模块与采集单元连接，通过无线通信模块与远程云平台进入通信。

7.根据权利要求5所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述的电源管理模块主要用于为满足不同功能模块正常工作所需的电压和电流要求，管理的工作电压包括24V、5V、4V、3.3V和1.8V。

8.根据权利要求5所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述的触控显示模块采用高清IPS屏幕，支持10点触控，用于人机交互操作；CAN通信模块采用SAEJ1939的CAN总线协议，主要和采棉机的数据采集单元通信，实现对采棉机各工作部件工作状态的监控。

9.根据权利要求5所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述的卫星定位模块包括GPS定位模块和北斗定位模块，用于采棉机的实时定位和导航需求。

10.根据权利要求5所述的基于Android的采棉机智能监控***，其特征在于，所述的无线通信模块采用LTE模块，实现与远程云平台的通信，可实时上传采棉机工作过程中产生的数据，便于远程监控和调度管理，为地图导航时也将提供移动数据服务功能。