景琴琴，詹躍明，郭松梅

(重慶能源職業(yè)學(xué)院，重慶 402260)

0 引言

我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展相較于西方國家來說晚了許多年，以至于美國、英國等西方發(fā)達(dá)國家早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)雖然農(nóng)機(jī)設(shè)備的普及率較高，但仍不如西方發(fā)達(dá)國家，并且遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)非西方國家的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)?，F(xiàn)階段，我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展方向是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，其離不開嵌入式電子測量等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的輔助。精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)可以提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)生活效率，大大降低農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本，能夠提高農(nóng)作物的質(zhì)量，保證農(nóng)作物的新鮮和綠色，從而確保農(nóng)作物天然無公害，符合現(xiàn)在人們對天然無公害的農(nóng)作物的生活需求及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求，也符合我國大的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，更符合習(xí)主席近年來提出的“綠水藍(lán)天”的要求。

從農(nóng)作物的選種開始到農(nóng)作物的收獲，是一個較長的生長時間，需要用嵌入式電子測量的農(nóng)機(jī)去幫助和輔助農(nóng)民選種、耕田、施肥、除害蟲、澆水及收獲等。目前，嵌入式電子測量農(nóng)機(jī)的普及率較低，很難滿足我國農(nóng)業(yè)在此方面的大量需求[1]。

電子測量技術(shù)有著許多不可比擬的優(yōu)越性，許多非電量的測量也可以通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號再利用電子技術(shù)進(jìn)行測量。許多人們不能去測量或者無法直接測量的地方，都可以用嵌入式電子測量的方式去測量，從而實(shí)現(xiàn)對電參數(shù)的穩(wěn)態(tài)測量。

隨著科學(xué)的進(jìn)步，許多新型技術(shù)(如單片機(jī)、嵌入式技術(shù)和PC機(jī)等)都作為核心被應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械的監(jiān)控上。單片機(jī)的功能過于簡單，以其為核心的監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)展和升級難度大，運(yùn)行穩(wěn)定性也不理想。以PC機(jī)為核心的監(jiān)控系統(tǒng)成本太高，同時冗余的功能多，影響了推廣范圍。與這兩種技術(shù)相比，嵌入式技術(shù)的系統(tǒng)集成具有較為明顯的優(yōu)勢。

我國現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀以大平原農(nóng)業(yè)為主，輔之以山區(qū)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，所需機(jī)械各類繁多，發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)勢在必行，從而促進(jìn)了電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

嵌入式電子測量農(nóng)機(jī)能夠根據(jù)需要合理地選擇儀器及測量方法，判斷并排除在農(nóng)產(chǎn)品的成長過程中出現(xiàn)的各種問題，且能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，大大提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率。

1 農(nóng)機(jī)系統(tǒng)組成和原理

嵌入式電子測量的農(nóng)機(jī)以嵌入式處理器為核心，由蓄電池提供電源，顯示終端則在農(nóng)機(jī)駕駛室。駕駛員可以利用全新的電子駕駛技術(shù)和電子測量技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行測量，收集農(nóng)產(chǎn)品的各個參數(shù)信息，將農(nóng)產(chǎn)品的生長時機(jī)所需的營養(yǎng)成分和其他條件要求傳輸給微處理器。微處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，對參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示?？刂泼姘迥軌蝻@示數(shù)據(jù)，傳遞給駕駛員，駕駛員可根據(jù)返回的數(shù)據(jù)對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行分析及操作。系統(tǒng)的應(yīng)用程序和操作軟件安裝在儲存器中[2]，其構(gòu)成如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)以微處理器為核心，加上嵌入式的硬件設(shè)備和軟件操作程序，安裝在農(nóng)機(jī)上。該處理設(shè)備運(yùn)用高級芯片來收集農(nóng)產(chǎn)品生長所需的數(shù)據(jù)(如溫室大棚的蔬菜所需要的溫度及水分等)?；谇度胧诫娮訙y量的農(nóng)機(jī)顯示器要求高清設(shè)備，能夠更好、更全面地去顯示農(nóng)機(jī)采集設(shè)備所收集的信息，給駕駛員更加清楚的行動指令，從而確保農(nóng)機(jī)操作的精確化。

電子采集設(shè)備需要使用3.5V的電壓設(shè)備，農(nóng)機(jī)的12V蓄電池作為其電源設(shè)備。顯示設(shè)備采用電子液晶顯示器，也需要用12V的農(nóng)機(jī)蓄電池作為電源。微處理器外界顯示屏用于數(shù)據(jù)的顯示，顯著提高了屏幕的清晰程度和屏幕效果。同時，顯示設(shè)備內(nèi)裝有電子鬧鐘系統(tǒng)，若數(shù)據(jù)不足之時，電子鬧鐘系統(tǒng)則會自動提醒駕駛員處理，避免了時間差問題[3]。

控制面板需要駕駛員根據(jù)個人使用習(xí)慣對按鍵進(jìn)行排版設(shè)定，讓駕駛員能夠在第一時間內(nèi)根據(jù)顯示數(shù)據(jù)做出最快的處理?？刂泼姘搴蛢Υ嫫鞑⒙?lián)設(shè)置，這樣顯示器顯示的數(shù)據(jù)能夠在第一時間進(jìn)行備份。這些數(shù)據(jù)對于同一類農(nóng)產(chǎn)品、相同環(huán)境下的成長是至關(guān)重要的，儲存器需要及時進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，并在數(shù)據(jù)分析和處理完之后在第一時間內(nèi)進(jìn)行儲存。該儲存設(shè)備需要有較大的容量，這樣才能夠讓數(shù)據(jù)進(jìn)行永久性地保留。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)線選擇光纜，使數(shù)據(jù)的分析處理結(jié)果在第一時間內(nèi)進(jìn)行傳遞，且該數(shù)據(jù)的傳遞線也需要有著較強(qiáng)的抗干擾能力，才能夠讓數(shù)據(jù)在傳遞過程中保持相對安全，不至于在傳遞過程中出現(xiàn)被干擾的現(xiàn)象[4]。

圖1 農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的組成部分

3 軟件和算法

目前，嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)主要有面向控制及通信的實(shí)時操作系統(tǒng)，但基于嵌入式電子測量的農(nóng)機(jī)的系統(tǒng)需要能夠進(jìn)行高端設(shè)備處理且能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行升級及數(shù)學(xué)公式的運(yùn)算，從而增加監(jiān)控的信息種類。

以拖拉機(jī)為例，路徑規(guī)劃與跟蹤模塊根據(jù)已規(guī)劃壟行及當(dāng)前拖拉機(jī)GPS位置信息，動態(tài)實(shí)時顯示拖拉機(jī)的工作位置、作業(yè)路徑及壟行跟蹤偏差，并及時提示駕駛員調(diào)整駕駛策略，以保障拖拉機(jī)準(zhǔn)確巡航。路徑回放功能過程再現(xiàn)與檢查：系統(tǒng)通過AB直線壟行預(yù)規(guī)劃的方法決策拖拉機(jī)在田間的工作路徑并進(jìn)行跟蹤顯示，當(dāng)拖拉機(jī)壟行跟蹤偏差大于作業(yè)要求時，系統(tǒng)需重新規(guī)劃路徑。

嵌入式電子測量的農(nóng)機(jī)部件有很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但在中心內(nèi)部微處理器的幫助之下，駕駛員能夠更好地了解和處理出現(xiàn)的一些問題。同時，運(yùn)用軟件能處理對產(chǎn)品的調(diào)查。首先是產(chǎn)品的數(shù)據(jù)分析，可對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、成長有很大的幫助，運(yùn)用數(shù)學(xué)公式對農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而更加精確地去計(jì)算農(nóng)產(chǎn)品所需要的營養(yǎng)成分。微處理器需要和儲存器更好地配合，微處理器需要能夠及時有效地去分析數(shù)據(jù)，并運(yùn)行CPU處理數(shù)據(jù)，從而對數(shù)據(jù)進(jìn)行更加良好的處理分析。

4 系統(tǒng)測試

本產(chǎn)品將更多地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)發(fā)展，應(yīng)用于溫室大棚生產(chǎn)，這樣生產(chǎn)生活的運(yùn)營形勢才能得到更好的轉(zhuǎn)變[5]。

基于嵌入式電子測量的農(nóng)機(jī)能夠更好用于農(nóng)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)發(fā)展提供更好的幫助，對于我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展有更多的借鑒意義。如果系統(tǒng)能夠在溫室大棚農(nóng)業(yè)中測量大棚內(nèi)部的溫度、濕度及CO2含量，及時地對大棚內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)對大棚內(nèi)部環(huán)境及時有效的調(diào)整。測試發(fā)現(xiàn)：嵌入式電子測量農(nóng)機(jī)在工作流程中更加流暢，作業(yè)效率極高，測量越來越精確，效果令人滿意[6]。測試結(jié)果如表1所示。

表1 嵌入式電子測量的農(nóng)機(jī)溫室大棚測試

Table 1 Agricultural machinery system test of embedded electronic measurement in greenhouse

速度/m·s-1蔬菜作業(yè)效率/hm2·h-1故障次數(shù)花卉作業(yè)效率/hm2·h-1故障次數(shù)1.20.3510.4301.60.4200.5311.80.4800.610

5 結(jié)論

基于嵌入式技術(shù)和電子測量技術(shù)，介紹了一個依托于嵌入式電子測量的農(nóng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)，用于對農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)測量。

系統(tǒng)以嵌入式電子測量為主，以微處理器為核心，由顯示器、控制面板、連接器和儲存器等部件構(gòu)成，應(yīng)用效果良好，降低了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高了資源的利用率及自動化水平?；谇度胧诫娮訙y量的農(nóng)機(jī)有更好的市場前景，頻率范圍寬，測量量程廣，測量精準(zhǔn)度高，測量速度快、易于實(shí)現(xiàn)遙測和長期不間斷測量，相對于原來的農(nóng)機(jī)有著很大的優(yōu)越性[7]，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。