无线蓝牙农机监控系统的设计,农业机械化论文

无线蓝牙农机监控系统的设计,农业机械化论文传统的农机监控系统中，一般采用点对点线缆传输方式，难以避免接线复杂、布线困难等问题。由于农机作业环境恶劣、光照强等因素影响，都会导致线缆的腐蚀、老化，进而降低系统的可靠性和抗干扰性。监控系统中有大量分散的传感器设备，这些设备不仅要随着作物的改变而进行调整，同时扑朔迷离的线缆也需要重新安装[3],工作量较大，因而考虑应用蓝牙无线技术解决这些问题。本文目的是设计一个无线农机监控系统，讨论无线蓝牙通信技术在农机监控中的应用[4].1蓝牙技术蓝牙技术〔Bluetooth〕是一种短距离无线通信技术，是于1998年中旬由东芝、英特尔诺基亚等公司共同公布的无线通信技术[5].其建立了一种通用的无线传输空中接口，可使各个生产设备商的各种类型的产品能在近距离范围内进行无线通信和无线交互操作。蓝牙工作在2.4GHz的ISM〔Industrial、Scientific、Medical,工业、科学、医学〕频带，采用时分双工传输方案实现全双工传输。绝大多数国家的ISM频段的范围是2.4~2.4835GHz,该频段全球通用，用户无需向所在国申请便可利用该频段。蓝牙通信距离一般为10m左右，配置功率放大器能够使通信距离进一步增加至100m,能够对数据和语音信号实时传输，支持高达723.2kbit/s的数据传输速率，与此同时还可支持3个语音频道。蓝牙技术将设备分为主设备和从设备，支持点对点和一点对多点两种连接，具有微微网和散射网两种网络拓扑构造。1.1蓝牙的特点1〕采用跳频技术能够很好地抵抗信号衰减。2〕可同时支持数据、音频、视频信号；经常运用电路、分组交换技术，支持多种语音同时传输的信道；包括3路语音信道、异步数据信道、同步语音信道。3〕功耗低、体积小，便于集成。如CRS公司的蓝牙芯片BlueCore4-ROMWLCSP的外形尺寸仅为3.8mm4.0mm0.7mm.当前，世界上最小的蓝牙收发模块仅0.7g[6].4〕具有开放的接口标准。蓝牙技术标准在全球范围内公开，世界上任意一个单位和个人都能够免费使用蓝牙技术。1.2蓝牙无线串口通信原理传统的通信方式都是采用的有线电缆的连接方式，蓝牙模块的主要功能是替代传统的串口通信电缆，将有线串口连接转变为无线蓝牙串口连接，进而实现无线的串口通信。蓝牙模块能够连接到任何具有标准串口的设备上使用，并可与具有蓝牙通信功能的笔记本电脑、掌上电脑、手机的设备进行无线串口通信。蓝牙无线串口通信原理如此图1所示。2监控系统的设计本系统由3部分组成，包括上位机、下位机和通讯传输模块。上位机采用的是广州萝岗工控有限公司生产的7寸WINCE工业触摸式平板电脑，如此图2所示。其处理器〔CPU〕：三星S3C2416,ARM9架构，主频400MHz,内存64MB.农机的作业人员通过驾驶室内的上位机就能够观察到农机的作业情况，帮助驾驶员及时地发现并排除故障。下位机中数据采集模块采用的是上海苏特电器有限公司生产的光电传感器和北京兆易科技发展有限公司生产的RISEN-RSE2AUT型超声波传感器，光电传感器主要进行农机播种、施肥作业数据采集，超声波传感器采集农机播种深度数据，微控制器模块选用的是STC公司生产的STC89C52微控制器。通讯传输模块选用的是北京水土行电子有限公司生产的BT578蓝牙适配器，CSR蓝牙2.0+EDR芯片，抗干扰强，误码率为零[7].内部Flash芯片嵌入了蓝牙SPP协议软件，无需蓝牙驱动程序，能够连接在带有串口设备上使用，配对完成后即可通信。本系统的传输模块由一个蓝牙主机和一个蓝牙从机组成[8].2.1位机设计上位机采用WindowsCE5.0为嵌入式系统的操作系统。该系统是微软专门设计给嵌入式设备所使用的计算机环境。由于农机监控系统的程序部分是在个人计算机上通过VisualStudio2008开发环境模拟WindowsCE的操作系统进行程序开发，所以在程序开发时，需要研究WindowsCE编程接口、WindowsCE线程和怎样搭建基于VisualStudio2008的WindowsCE应用程序开发环境。2.2下位机设计下位机采用成本低廉的STC89C52芯片〔见图3〕，是由宏晶科技有限公司生产的一代具有低功耗、高性能8位CMOS微控制器。它的特性是信息传输高速且抗干扰能力强，同时它能够在线用串口编程，只需要接三四根线就行，方便简单，不需要专门的编程器和仿真器下载调试。该芯片的选定是由于它的这些特性功能所决定的，主要完成终端监测传感信号的采集、系统的计算及信息的处理等功能。该监视系统下位机采用成本低廉的STC89C52单片机芯片，工作稳定电压要求为+5V.因而，需要一个+5V电源供电，在农机作业经过中，采用作业车辆的电源为其供电是最理想的，需要将作业车辆12V的电压转换为该芯片的工作电压；但是作业车辆的电压是不稳定的，只能将作业车辆不稳定的+12V电源转换为STC89C52单片机芯片稳定+5V工作电压，以确保该芯片正常工作。稳压电源如此图4所示。3蓝牙模块的连接蓝牙无线数据采集系统如此图5所示。3.1下位机与蓝牙模块的连接蓝牙采集模块通过RS232接口与下位机进行通信连接，可自动搜索下位机并与一样配对密码的蓝牙采集模块完成配对连接，并记忆最后一次配对蓝牙模块的地址和密码，以后通电只要找它所记忆的下蓝牙采集模块，直接按下配对去除按钮，蓝牙采集模块才能放弃记忆，重新搜索。3.2上位机与蓝牙模块的连接上位机与蓝牙接口模块的连接采用的是RE232接口，当蓝牙采集模块将数据传输给蓝牙接收模块，蓝牙接收模块将数据返给上位机，在上位机中显示并进行数据处理[9].系统的主界面和播种监控界面如此图6和图7所示。3.3蓝牙模块配对连接通过AT命令对蓝牙模块进行设置，能够对蓝牙模块的主从角色、通信波特率、配对密码进行修改，AT命令需要进行串口调试操作[10].串口调试需要在电脑中运行串口调试助手，然后将蓝牙模块主机和从机分别接到上位机和下位机原串口电缆所连接的两个串口上；从机设备发出配对请求，需在主机上输入正确的从机配对密码进行验证，主机上电后会自动搜索从机并完成配对连接；当主机和从机上蓝色指示灯由快闪变为双闪、绿灯常亮，此时配对连接成功。串口调试助手如此图8所示。4结论1〕蓝牙技术是一种能够将大量的移动设备进行组网的连接技术，具有无限的前景。其底层蓝牙协议栈作为蓝牙技术的技术核心，使得蓝牙技术具有强大的发展空间。2〕在农机监控系统中使用蓝牙技术，不仅使该系统能够进行短距离无线通信，也使蓝牙技术具有了强大的生命力，改变了传统的有线传输，取代了复杂的现场布线环节。3〕将蓝牙技术结合嵌入式技术在农机监控系统中的使用，能够进行短距离无线通信力，增加了组网功能。同时，将传感器采集到的分散数据集中传输给微处理器处理中心，实现资源分享。以下为参考文献：[1]王妍，张春仙，沈国华，等。蓝牙技术在军用通信设备中的应用讨论[J].舰船电子工程，2008,28〔7〕：102-103.[2]樊俊霞，李新娥。基于单片机的数据采集与无线收发系统的研究[J].山西电子技术，2018〔6〕：48-50.[3]周益明。基于无线传感器网络的温室群监测与控制系统的关键技术研究与实现[D].杭州：浙江大学，2018.[4]李莉，刘刚。基于蓝牙技术的温室环境监测系统设计[J].农业机械学报，2006,37〔10〕：97-100.[5]李义军。嵌入式蓝牙网关的设计与实现[D].青岛：中国海洋大学，2006.[6]陆静霞，丁为民，陈炜峰，等。蓝牙技术与农业机器人[J].农机化研究，2005〔5〕：19-20.[7]苗志强。嵌入式蓝牙视频硬件编解码系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，202