0 引言

农机作业正朝着信息化、智能化发展，各种智能控制农业机械将在各种农业领域成为不可替代的重要产品。智能农机的发展需要更有效地通过数据服务来利用农业资源。例如，迪尔公司的Farm Sight、杜邦先锋的Field360都是被广泛使用的农业大数据系统，可以有效帮助农民收集来自机械化农场设备的种植和产量数据，并将这些信息输入数据库，从而应用于农业生产。因此，信息化、智能化将成为当前国内农机产业的发展方向，尽快与国际衔接成为必然[1]。

1 田间作业信息采集系统硬件电路设计与实现

根据拖拉机田间作业农艺，将传感器测量技术引入到拖拉机-机具田间作业过程，设计改造拖拉机悬挂系统，将角度传感器、力传感器（牵引力传感器、扭矩传感器）集成到拖拉机悬挂系统中，保证拖拉机可挂结播种机、旋耕机、植保机械、拖车等农机具，实现配套机具作业深度及作业姿态仿形（高度及角度）的实时监测[2]。

1.1 功能设计（图1）

1.2 硬件平台

1.2.1 传感器

检测系统所使用传感器安装布置如图2所示，所有传感器波特率设置为9600bps，串口编号与传感器地址一致，便于检查每一个传感器接收数据是否正确。供电电压24V。

1.2.2 显示器

图1 系统功能

图2 传感器安装示意图1、2—BSQ-15拉力传感器；3、4—BSQ-17拉力传感器；5、6、7—ZC-6082 力传感器；8、9 双轴倾角传感器；10—多普勒雷速度传感器.

项目选用的显示器嵌入式液晶触摸显示模块，操作者可以直接点触摸屏，就可以传送指令，随意进行功能控制，显示器件是15寸串口液晶LVDS2模组。模组是广州市崇畅计算机科技有限公司独立研发生产的包含图片、字符叠加以及各类常用波形、曲线等绘图指令的显示解决方案。该模组已广泛应用在医疗、金融、工控等行业中，如图3所示。

图3 显示器

1.2.3 工控机

项目选用的工控机由北京阿尔泰科技有限公司开发设计，产品型号为LB96A2多功能高性能带PCI扩展插槽的无风扇嵌入式工控整机，采用Intel○RBayTrail-IE3845处理器，内置4GB DDR3L SODIMM内存，具有丰富可靠的外设，能够与PCI接口的设备组成多种工业测控系统，结构坚固，抗冲击，抗振，并能够防止数据在移动时丢失。

该工控机供电电压为9～30VDC/12V适配器供电，3个PCI插槽，6路RS-232/RS-485/RS-422复用串口，操作系统多样（win7、win8、win10、linux），1 个 VGA 显示接口，4个USB2.0接口、1个USB3.0接口，1个DVI-D显示接口（分辨率：1920*1080），1个VGA显示接口。

该工控机满足田间作业信息采集系统使用要求。

1.3 硬件电路设计

1.3.1 RS232串行接口电路设计

传感器数据的接收及存储都是通过串口进行传输的，每一个串行设备COM口，例如“COM1”，本项目的田间作业信息采集系统共有9个传感器，需要9个COM口，传统工控机无法满足使用要求，为了实现串口通讯，在工控机上配备了串口扩展模块，该串口扩展模块可将分散的9个COM口集成在一个多针扩展模块上，大大减轻工作强度，提高控制箱利用率，如图4所示。

图4 串口扩展模块

1.3.2 传感器信号采集接口电路

本项目采用的传感器有位置传感器、扭矩传感器、力传感器，以上三种传感器使用的通讯协议均为MODBUS协议，其中安装于左右悬挂点的力传感器BSQ-15及左右铰接点的力传感器BSQ-17输出方式为RS232，安装于后悬挂左、右下拉杆上的位置传感器LVT526H输出方式为RS485，需要通过工控数据转换器转换为RS232输出，才可与工控机通讯。安装于左下拉杆、右下拉杆和上拉杆上的力传感器ZC-6802，以及安装于后PTO上的扭矩传感器输出方式与位置传感器相同，以位置传感器为例，设计位置传感器原理框图如图5所示。基本思想是接收位移传感器信号，实现差分至单端的转换；转换后的单端信号经过低通滤波器后转换为数字信号；使用工控数据转换器通过RS232接口发送给PC机。

图5 位置传感器采集电路结构图

1.3.3 人机交互界面设计

嵌入式液晶触摸显示模块和键盘操作模块组成了本项目所设计的系统的人机交互界面。本设计所采用的显示器件是15寸串口液晶LVDS2模组。模组是广州市崇畅计算机科技有限公司独立研发生产的包含图片、字符叠加以及各类常用波形、曲线等绘图指令的显示解决方案。该模组已广泛应用在医疗、金融、工控等行业中，只要用手指轻轻的指碰计算机显示器上的图符或者文字就能实现对主机操作。

文章来源：《信息记录材料》 网址: http://www.xxjlcl.cn/qikandaodu/2021/0303/1136.html