智能機(jī)載測(cè)畝儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種無人遙控農(nóng)藥噴灑飛機(jī)實(shí)際作業(yè)中對(duì)不規(guī)則地塊的面積及 相關(guān)價(jià)格等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)的設(shè)備。 技術(shù)背景
[0002] 隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，各種農(nóng)機(jī)產(chǎn)品競(jìng)相產(chǎn)生，無人遙控農(nóng)藥噴灑飛機(jī)就是其中 的一種。遙控農(nóng)藥噴灑飛機(jī)給土地噴灑農(nóng)藥提供了極大便利，節(jié)省了人力，也提高了工作效 率，然而其工作內(nèi)容單一，只是機(jī)械地給田地噴灑農(nóng)藥，無法估算田地的面積和噴灑農(nóng)藥費(fèi) 用，而現(xiàn)有的土地面積測(cè)量?jī)x等軟件雖能實(shí)現(xiàn)面積的估算和相關(guān)費(fèi)用計(jì)算，卻無法與農(nóng)機(jī) 進(jìn)行通信、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；并且現(xiàn)有的土地測(cè)量?jī)x器和軟件的測(cè)量方式均是采用邊界 測(cè)量法，即要求測(cè)量人沿被測(cè)土地邊緣環(huán)行一周，才能計(jì)算出面積。目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的檢測(cè) 器體積大，精度低，攜帶不方便，而且不宜上機(jī)攜帶，操作復(fù)雜，效率低，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述缺陷設(shè)計(jì)一種既能完成對(duì)土地面積的測(cè)量和遙控 飛機(jī)作業(yè)費(fèi)用的計(jì)算，也能與遙控飛機(jī)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)時(shí)處理采集數(shù)據(jù)的智能機(jī)載 測(cè)畝儀。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：本智能機(jī)載測(cè)畝儀整機(jī)系統(tǒng)由電路硬件部分和PC機(jī) 軟件部分組成；整機(jī)電路硬件部分由機(jī)載硬件模塊和PC機(jī)硬件模塊組成，其中機(jī)載硬件有 GPS模塊、STC89C52單片機(jī)、Si4432無線收發(fā)模塊、IXD1602液晶顯示屏、電源模塊、三個(gè)非 自鎖按鍵;PC機(jī)硬件模塊是Si4432無線收發(fā)模塊；
[0005] 整機(jī)電路硬件部分電路連接關(guān)系及信號(hào)流程是：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制GPS模塊每隔3-5秒 采集一組地塊經(jīng)煒度數(shù)據(jù)：即采用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠提供實(shí)時(shí)的經(jīng)度、煒度、高程 等導(dǎo)航和定位信息，利用GPS的定位功能，得出各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，再通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出地塊 面積等參數(shù)；飛機(jī)作業(yè)完畢后，GPS模塊采集若干組數(shù)據(jù)，暫存在單片機(jī)中；單片機(jī)再將數(shù) 據(jù)發(fā)送給機(jī)載Si4432無線收發(fā)模塊；機(jī)載Si4432將該數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)Si4432無線收發(fā) 模塊；PC機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，再將數(shù)據(jù)交給PC機(jī)軟件處理；軟件運(yùn)行得到的結(jié)果沿原路返回， 同時(shí)單片機(jī)控制LCD液晶顯示屏顯示結(jié)果；三個(gè)按鍵分別負(fù)責(zé)機(jī)載硬件模塊的啟動(dòng)、關(guān)閉 和數(shù)據(jù)下載；
[0006]STC89C52單片機(jī)程序代碼由匯編語言編寫，其流程是：開始進(jìn)行初始化操作，單 片機(jī)發(fā)送指令給GPS模塊，控制其采集數(shù)據(jù)；單片機(jī)檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)傳來，該數(shù)據(jù)或來自 GPS模塊，或來自PC機(jī)Si4432無線收發(fā)模塊，若有，則接收并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；單片機(jī)控制液晶顯 示屏顯示相關(guān)數(shù)據(jù)；檢測(cè)是否有外部中斷，若有，則下載數(shù)據(jù)；同時(shí)單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送給機(jī) 載無線收發(fā)模塊，機(jī)載無線收發(fā)模塊再將數(shù)據(jù)下傳給PC機(jī)無線收發(fā)模塊。
[0007] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0008] 本實(shí)用新型采用國(guó)際通用的51單片機(jī)作為處理核心，工作穩(wěn)定。同時(shí)該設(shè)計(jì)使用 的國(guó)際通用的TF16EGPS模塊具有精度高功耗低，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。本智能機(jī)載測(cè)畝儀采 用的Si4432是一款低于IGHz高性能射頻收發(fā)器。其主要針對(duì)工業(yè)、科研和醫(yī)療（ISM)以 及短距離無線通信設(shè)備（SRD)。Si4432輸出功率可達(dá)+20dBm，接收靈敏度達(dá)到-121dBm，可 提供對(duì)數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖FIFO、接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI)、空閑信道評(píng)估（CCA)、喚醒 定時(shí)器、低電壓檢測(cè)、溫度傳感器、8位AD轉(zhuǎn)換器和通用輸入/輸出口等功能的硬件支持，具 有很強(qiáng)的適用性。本實(shí)用新型可以同時(shí)在PC端運(yùn)行編寫的土地面積、工時(shí)費(fèi)用計(jì)算軟件， 能夠在飛機(jī)噴灑作業(yè)的同時(shí)實(shí)時(shí)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)和觀察，方便使用，具有很強(qiáng)的通用性，并且 具有相關(guān)費(fèi)用計(jì)算的功能可以選用。本實(shí)用新型解決了傳統(tǒng)測(cè)畝儀需要沿被測(cè)土地邊界運(yùn) 行一周和農(nóng)業(yè)無人機(jī)農(nóng)藥噴灑運(yùn)行軌跡的矛盾、傳統(tǒng)分析不規(guī)則面積采用直線擬合帶來的 測(cè)定準(zhǔn)確率差、效率低的固有缺陷。
【附圖說明】
[0009] 圖1-整機(jī)系統(tǒng)測(cè)量原理框圖。
[0010] 圖2-硬件部分原理框圖。
[0011] 圖3-STC89C52單片機(jī)電路圖。
[0012] 圖4-單片機(jī)復(fù)位電路圖。
[0013] 圖5-GPS模塊電路圖。
[0014] 圖6-機(jī)載Si4432無線通信模塊電路圖。
[0015] 圖7-IXD12864液晶顯示屏模塊電路圖。
[0016] 圖8-按鍵模塊電路圖。
[0017] 圖9-機(jī)載硬件模塊電路總圖。
[0018] 圖10-PC機(jī)硬件模塊電路圖。
[0019] 圖11-單片機(jī)程序流程圖。
[0020] 圖12-軟件部分程序流程圖。
[0021] 圖13-軟件運(yùn)行初始界面。
[0022] 圖14-軟件處理數(shù)據(jù)后的界面。
【具體實(shí)施方式】
[0023] -、智能機(jī)載測(cè)畝儀整機(jī)系統(tǒng)及測(cè)量方法
[0024] 本智能機(jī)載測(cè)畝儀整機(jī)系統(tǒng)由電路硬件部分和PC機(jī)軟件部分組成；其測(cè)量方法 是，飛機(jī)繞地塊作業(yè)，機(jī)載硬件每隔3-5秒采集地塊經(jīng)煒度數(shù)據(jù)，通過無線收發(fā)模塊下傳數(shù) 據(jù)，PC機(jī)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，在PC機(jī)上運(yùn)行軟件，處理測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出土地面積和相關(guān)費(fèi)用， 再次通過無線收發(fā)模塊將結(jié)果上傳到機(jī)載硬件上顯示。整體系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
[0025] 二、整機(jī)電路硬件部分的組成
[0026] 1、本設(shè)計(jì)的硬件部分由機(jī)載硬件模塊和PC機(jī)硬件模塊組成，其中機(jī)載硬件主要 有GPS模塊、STC89C52單片機(jī)、Si4432無線收發(fā)模塊、IXD1602液晶顯示屏、電源模塊、三個(gè) 非自鎖按鍵(啟動(dòng)、手動(dòng)下載數(shù)據(jù)、關(guān)閉）等組成；PC機(jī)硬件模塊主要是由Si4432無線收發(fā) 模塊與PC機(jī)組成，用來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0027] 具體地，當(dāng)飛機(jī)繞地塊噴灑農(nóng)藥時(shí)，單片機(jī)控制GPS模塊每隔3-5秒采集一組地塊 經(jīng)煒度數(shù)據(jù)：即采用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠提供實(shí)時(shí)的經(jīng)度、煒度、高程等導(dǎo)航和定位 信息，利用GPS的定位功能，得出各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，再通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出地塊面積等參數(shù)； 飛機(jī)作業(yè)完畢后，GPS模塊采集若干組數(shù)據(jù)，暫存在單片機(jī)中；單片機(jī)再將數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)載 Si4432無線收發(fā)模塊；機(jī)載Si4432將該數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)Si4432無線收發(fā)模塊；PC機(jī)接 收到數(shù)據(jù)后，再將數(shù)據(jù)交給PC機(jī)軟件處理；軟件運(yùn)行得到的結(jié)果沿原路返回，同時(shí)單片機(jī) 控制LCD液晶顯示屏顯示結(jié)果；三個(gè)按鍵分別負(fù)責(zé)機(jī)載硬件模塊的啟動(dòng)、關(guān)閉和數(shù)據(jù)下載。 本設(shè)計(jì)硬件部分原理框圖如圖2所示。
[0028] 2、機(jī)載硬件電路各功能模塊設(shè)計(jì)
[0029] (I)STC89C52 :本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)為主控芯片。STC89C52是STC公司生 產(chǎn)的一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，為通用 的單片機(jī)，具有良好的處理能力。
[0030] STC89C52單片機(jī)主要控制GPS模塊、Si4432無線收發(fā)模塊和IXD液晶顯示屏。 STC89C52單片機(jī)如圖3所示。
[0031] (2)單片機(jī)復(fù)位電路：復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，當(dāng)程序運(yùn)行錯(cuò)誤(如程序"跑 飛"）或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于"死鎖"狀態(tài)時(shí)，可按復(fù)位鍵，使單片機(jī)或系統(tǒng)擺脫"跑飛"狀態(tài) 而重新啟動(dòng)。復(fù)位電路如圖4所示。
[0032] (3)GPS模塊：本設(shè)計(jì)采用的GPS模塊為集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU， 并加上相關(guān)外圍電路而組成的一個(gè)集成電路。目前GPS模塊的GPS芯片大部分還是以全球 市占率第一的SiRFIII系列為主。
[0033] GPS模塊由單片機(jī)控制，當(dāng)飛機(jī)作業(yè)時(shí)，單片機(jī)控制GPS模塊每隔3-5秒采集一組 數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)暫存在單片機(jī)中。GPS模塊電路如圖5所示。
[0034] (4)機(jī)載Si4432無線通信模塊：Si4432是一款低于IGHz高性能射頻收發(fā)器。其 主要針對(duì)工業(yè)、科研和醫(yī)療（ISM)以及短距離無線通信設(shè)備（SRD)。SI4432輸出功率可達(dá) +20dBm，接收靈敏度達(dá)到-121dBm，可提供對(duì)數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖FIFO、接收信號(hào)強(qiáng)度指 示（RSSI)、空閑信道評(píng)估（CCA)、喚醒定時(shí)器、低電壓檢測(cè)、溫度傳感器、8位AD轉(zhuǎn)換器和通 用輸入/輸出口等功能的硬件支持，具有很強(qiáng)的適用性。
[0035] 機(jī)載Si4432無線通信模塊主要用來發(fā)送單片機(jī)中的數(shù)據(jù)和接收PC機(jī)的結(jié)果數(shù) 據(jù)。它可將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)硬件模塊來傳輸，還可將PC機(jī)硬件模塊傳來的數(shù)據(jù)交 給單片機(jī)來處理。機(jī)載Si4432無線通信模塊電路如圖6所示。
[0036] (5)IXD12864液晶顯示屏：IXD液晶顯示屏與單片機(jī)的IO口相連，該液晶顯示屏 可以顯示漢字，左邊顯示設(shè)置的測(cè)量項(xiàng)目，右邊顯示得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)和計(jì)算的地塊面積和 費(fèi)用等結(jié)果，便于測(cè)量的觀察。LCD12864液晶顯示屏模塊電路如圖7所示。
[0037] (6)按鍵模塊：本設(shè)計(jì)采用三個(gè)按鍵來控制整個(gè)電路，S2為電路啟動(dòng)開關(guān)，按下該 鍵，電路供電；S3為手動(dòng)下載數(shù)據(jù)開關(guān)，按下該鍵，可以下載采集的數(shù)據(jù)或測(cè)量結(jié)果；S4為 電路關(guān)閉開關(guān)，按下該鍵，電路斷電，停止工作。按鍵模塊電路如圖8所示。
[0038] (7)電源接口：?jiǎn)纹瑱C(jī)的工作電壓為5V，可通過兩節(jié)干電池組為單片機(jī)供電，同時(shí) 設(shè)計(jì)一個(gè)電源指示燈，配合啟動(dòng)按鍵即可確定電路供電是否正常：當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，指示燈變 亮說明電源供電正常。
[0039] 機(jī)載硬件模塊電路總圖如圖9所示。
[0040]3、PC機(jī)硬件模塊電路設(shè)計(jì)
[0041]PC機(jī)硬件模塊由PC機(jī)和Si4432無線通信模塊組成，兩者通過串口連接起來。PC 機(jī)Si4432無線通信模塊與機(jī)載Si4432無線通信模塊共同組成整個(gè)硬件系統(tǒng)的雙向無線傳 輸裝置，完成數(shù)據(jù)的雙向傳輸。PC機(jī)硬件模塊電路原理圖如圖10所示。
[0042] 4、單片機(jī)程序代碼由匯編語言編寫，根據(jù)硬件系統(tǒng)的功能來設(shè)計(jì)程序，程序設(shè)計(jì) 流程圖如圖11所示。STC89C52單片機(jī)程序流程是：開始進(jìn)行初始化操作，單片機(jī)發(fā)送指令 給GPS模塊，控制其采集數(shù)據(jù)；單片機(jī)檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)傳來，該數(shù)據(jù)或來自GPS模塊，或來 自PC機(jī)Si4432無線收發(fā)模塊，若有，則接收并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；單片機(jī)控制液晶顯示屏顯示相關(guān) 數(shù)據(jù)；檢測(cè)是否有外部中斷，若有，則下載數(shù)據(jù)；同時(shí)單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送給機(jī)載無線收發(fā)模 塊，機(jī)載無線收發(fā)模塊再將數(shù)據(jù)下傳給PC機(jī)無線收發(fā)模塊。
[0043] 三、軟件部分程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行
[0044] 1、程序設(shè)計(jì)
[0045] 該軟件處理來自飛機(jī)采集的數(shù)據(jù)，得到欲求的結(jié)果。它由MATLAB⑶I編程開發(fā)， 可實(shí)現(xiàn)讀取測(cè)量數(shù)據(jù)、處理測(cè)量數(shù)據(jù)、計(jì)算土地面積、核算費(fèi)用等功能，其中計(jì)