基于CAN总线的联合收割机工作状态智能化监测系统的研究

论文摘要

作为现场总线之一的CAN（controller area network）,总线技术,具有独特的设计思想、良好的功能特性、极高的可靠性和很强的现场抗干扰能力。CAN总线协议被选用作为农业机械应用的总线标准协议的基础。为了实现联合收割机的智能化操作,提高其作业质量并保证联合收割机能高效、安全、可靠、稳定地工作,在国外一些先进的联合收割机上已装备有喂入量、谷物湿度、作业速度、割台高度、GPS定位等多个电子检测单元,实现了作业速度、割茬高度、喂入量、脱粒滚筒转速、谷粒损失率等作业参数的监测、显示以及控制；并且兼有故障诊断及报警,计算和统计作业面积、耗油率及产量等智能化功能。现今我国联合收割机电子化与自动化水平普遍较低,质量与技术水平与国外同型号产品相比要相差2--4代,作业过程中谷粒损失率偏高,已经严重制约了国内联合收割机的发展。这就迫切需要研究相应的监测系统,对联合收割机各性能参数进行综合调整。因而实现联合收割机工作状态智能化监测对推进我国农机化发展,实现农业生产现代化有着重要的意义。首先,介绍了CAN总线技术的发展及其在农业机械中的应用并对联合收割机智能化监测技术的研究现状作了详细分析。系统以实现联合收割机工作过程中的信息采集、传递、存储、显示为目的,将驾驶员所需的联合收割机行走速度、喂入量、谷粒总损失率、割台高度、脱粒滚筒转速、输粮搅龙转速、谷物籽粒流量等主要工作状态参数进行实时监测。其次,设计了基于CAN总线通信的联合收割机工作状态智能化监测系统。各采集节点均选用单片机STC89C52RC为核心处理器,终端则选用S3C2410为核心处理器,Linux为操作系统。利用雷达地速传感器通过多普勒效应实现对联合收割机行走速度的监测,用定时器通过测周期法实现对脉冲量脱粒滚筒转速和输粮搅龙转速的监测,用超声波技术实现对割台高度的监测,用挤压力测试原理实现对喂入量的监测,用流量传感器实现对谷物籽粒流量的监测,以及采用谷粒损失传感器对谷粒总损失率进行监测等。CAN模块由控制器SJA1000和驱动器PCA82C250组成。基于CAN总线协议,制定出适用于联合收割机的通信协议,实现了基本的CAN总线通信功能。添加了libqwt库的QT技术实现了终端界面设计,通过SQLite数据库实现历史数据的保存和查询功能。最后,对监测系统进行CAN通讯试验和模拟田间试验,在终端界面上监测出分节点的实时工作状态参数,并作简要分析。通过运行调试,系统能够满足基本的实时性和可靠性要求,具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 CAN总线技术及其发展概况
• 1.2.2 CAN总线技术在农业机械中的应用
• 1.2.3 联合收割机智能化监测技术的研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 联合收割机的分类
• 2.2 联合收割机工作过程及监测对象的选择
• 2.2.1 联合收割机工作过程
• 2.2.2 监测对象的选择
• 2.3 系统整体设计
• 2.3.1 系统总体结构设计
• 2.3.2 采集节点的硬件整体设计
• 2.3.3 采集节点的软件整体设计
• 2.4 通信方案的选择
• 2.5 应用平台的选择
• 2.6 本章小结
• 第三章 联合收割机监测系统从节点设计
• 3.1 各采集节点硬件方案设计
• 3.1.1 行走速度的采集及硬件实现
• 3.1.2 转速的采集及硬件实现
• 3.1.3 喂入量和谷粒总损失率信号的采集
• 3.1.4 CAN通信单元硬件接口实现
• 3.2 各采集节点软件方案设计
• 3.2.1 脉冲信号采集
• 3.3 附加节点设计
• 3.3.1 USBCAN-I智能接口卡简介
• 3.3.2 USBCAN-I设备通讯软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 CAN总线通信协议设计
• 4.1 CAN总线的分层结构
• 4.2 CAN的报文传送和帧结构
• 4.3 CAN总线应用层方案
• 4.4 CAN总线应用层协议的制定
• 4.4.1 信息标识码ID分配方案
• 4.4.2 应用层信息帧格式
• 4.4.3 数据交换方式
• 4.4.4 报文验收滤波原理及实现
• 4.5 CAN通信模块软件设计
• 4.5.1 CAN总线节点初始化程序
• 4.5.2 CAN总线节点报文发送程序
• 4.5.3 CAN总线节点报文接收程序
• 4.6 本章小结
• 第五章 智能终端设计
• 5.1 软件平台设计
• 5.1.1 QT技术简介及安装
• qwt库'>5.1.2 添加lib_qwt库
• 5.1.3 SQLite技术简介及安装
• 5.1.4 建立交叉编译环境
• 5.2 终端软件总体方案设计
• 5.3 应用程序界面设计
• 5.3.1 终端主界面的功能与组成
• 5.3.2 波形绘制功能的实现
• 5.4 数据存储、查询模块设计
• 5.4.1 模块功能及界面设计
• 5.4.2 数据存储设计
• 5.4.3 数据查询设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统试验与分析
• 6.1 CAN通讯试验
• 6.2 模拟田间试验
• 6.3 试验结果分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录 部分程序