摘要:為實現打捆機作業數量的精準計數，對其他打捆機計數方法進行分析，設計了基于多傳感器的秸稈打捆機計數監測系統。系統以STC15W4K61S4為微處理器為核心，集成角度傳感器模塊、霍爾傳感器模塊及全網通模塊，可實現對打捆機作業量的精準計數與實時查看，并根據卡爾曼濾波算法對角度傳感器艙門檢測進行優化，實現打包計數精準上傳。系統測試結果表明:使用接近開關計數方法計數誤差為5．3%，未進行濾波處理的計數誤差為2．5%，使用卡爾曼濾波器后計數誤差為0%，使用卡爾曼濾波器優化后的角度值進行艙門檢測可使打捆機打包計數精準度達到100%。最后，對系統進行了實地作業試驗，結果表明:系統在長時間作業情況下工作效果良好，滿足系統設計需求。

　　關鍵詞:秸稈打捆機;計數系統;傳感器;卡爾曼濾波

　　引言

　　每年各地秋收后會產生大量秸稈，就地焚燒造成空氣污染和資源浪費，秸稈打捆機［1］的出現實現了對秸稈的回收利用［2］。對作業田地打包數量的統計可解決對每公頃地秸稈產量估測、秸稈包的去向分配及來年作業農機分配等問題。近年來，國內學者對打捆機作業監控進行了研究。康康［3］等利用多傳感器和GIS實現對農機作業面積統計和農機狀態的監測。賈全忠［4］利用STM32、嵌入式CDMA通信技術及全球定位系統實現對農機實時信息的收集和監測調度。上述研究都集中于車輛作業面積和農機車輛狀態的監測，未針對打捆機的精確計數進行監測;而計數工作目前大部分地區依舊以手工記錄為主，會出現漏記與數據管理不當的問題。國內也有學者對此問題提出了解決方案，如李建軍［5］等利用傳感器技術與PLC控制系統實現對網絡型圓草捆打捆機進行控制與監測，利用接近開關監測纏網完成和艙門變化來確定1次打包作業完成;但打捆機在作業過程中因震動明顯艙門會出現縫隙，收稿日期:2019－01－14基金項目:吉林省科技發展計劃項目(20160623016TC，20170204038NY，20170204017NY);國家大學生創新創業訓練計劃項目(201710193040)作者簡介:孫藝哲(1993－)，男，山西運城人，碩士研究生，(E－mail)sunyizhe1226@163．com。通訊作者:宮鶴(1976－)，男，長春人，副教授，碩士生導師，(E－mail)gonghe@jlau．edu．cn。接近開關檢測到變化后會直接判定1包作業完成，產生誤判。針對此問題，基于物聯網技術設計了一套秸稈打捆機計數監測系統，采用角度傳感器監測艙門吐包時的角度變化，結合纏網信息判定1包作業完成。同時，利用卡爾曼濾波算法對角度數據進行濾波處理，防止抖動問題對打包數量造成誤差。作業完成后，上傳數據至服務器端，在服務器應用Web和Android技術實現遠程監測和查看，實現對打捆機作業精準計數與遠程管理，使打捆機作業向信息化與智能化發展［6－7］。

　　1系統結構及原理

　　1．1系統結構基于物聯網的秸稈打捆機監測系統拓撲圖如圖1所示。

　　1．2卡爾曼濾波算法度變化

　　作業過程中，大田路況復雜，作業車輛自身存在抖動，會導致角度傳感器在采集數據時出現毛刺信息，造成打包誤判。因此，加入卡爾曼濾波算法對采集數值進行濾波，減少毛刺信息［8－12］，來規避誤判操作的發生。

　　2系統設計

　　2．1采集節點硬件設計

　　硬件終端主要由主控芯片、全網通模塊和安裝在打捆機上的傳感器組成。因設備供電由拖拉機電瓶提供，所以針對不同傳感器工作電壓設計了電平轉換電路，實現12V電平轉5V電平、3．3V電平，從而給主控芯片和傳感器供電。硬件結構圖如圖2所示。

　　主控芯片實現對采集數據處理和打包判斷。傳感器選用高精度傳感器對農機作業過程中各項數據進行采集，全網通模塊實現數據的上傳。圖3為硬件終端實物圖。

　　2．2系統軟件設計

　　整套系統軟件分為兩部分:①硬件終端以Keil5為開發環境，采用單片機C語言開發;②遠程服務器程序主要用來進行數據接收、解析、分析及存儲等功能，同時構建人機交互界面，實現遠程監測的目的。

　　3系統測試

　　為驗證加入卡爾曼濾波算法后是否提高了對作業完成動作判斷的準確率，于2018年10月在農安新農鄉鎮前韓家進行了實地測試。圖7為現場作業圖片。

　　4結論

　　針對監測打捆機作業數據不準確的問題，設計實現了基于多傳感器的秸稈打捆機計數監測系統，并從硬件的傳感器選型、相關算法研究、硬件設計及軟件實現方案等角度闡述了系統的設計思路。使用卡爾曼濾波算法還原角度傳感器采集到的數據真實度，確保判斷1包作業完成的準確性。實地測試表明:系統可連續、穩定地工作。

　　參考文獻:

　　［1］竇玉欣，李彩霞，徐從曉，等．秸稈打捆機［J］．河北農機，2018(8):16．

　　［2］新農．實施“841”工作法破解秸稈禁燒難題［J］．當代農機，2012(12):6－7．

　　［3］康康，陳忠國，王林鳳，等．基于物聯網的移動式農機設備監控系統［J］．江蘇農業科學，2018，46(1):169－173．

　　［4］賈全忠．基于STM32的農業機械設備監控系統設計［J］．農機化研究，2015，37(8):216－219．

　　［5］李建軍，姜永成，孟慶祥，等．網絡型圓草捆打捆機控制系統關鍵技術研究［J］．農機化研究，2019，41(6):60－66．

　　［6］李道亮．農業4．0—即將到來的智能農業時代［J］．農學學報，2018，8(1):207－214．