物联网技术的联合收割机远程监控及故障诊断方法

　　摘要：由于我国联合收割机信息化水平普遍较低，且普遍存在故障率高、平均无故障时间短、作业过程中损失率偏高等问题，因此设计基于物联网技术的联合收割机远程监测系统，通过结合传感器技术、视频技术、通信技术与数据库技术，实现将联合收割机的故障监测预警与故障分析结合，有效的对联合收割机进行检测，从而解决技术人员由于空间距离带来的时间消耗以及现场作业人员技术水平不足的问题，可以有效解放劳动生产力;基于物联网技术的联合收割机远程监控及故障诊断技术具有重要的社会经济价值。

　　关键词：联合收割机;远程监测;物联网;故障诊断;数据库

　　随着科技的发展及农机装备的现代化进程的推进，联合收割机已经逐步向自动化、信息化、智能化发展。在农业机械的作业管理上，传统的方式是通过走访记录农业机械的运作情况，但由于我国农业机械分布范围广泛，传统的方式获取到的信息滞后且不够全面，对于季节性强的农业作业，农业机械长时间工作的高可靠性就是作业按时完成的保证。

　　管理人员可以通过基于物联网技术的远程监测平台获取更加全面的数据[1]，针对不同的情况采取不同的作业策略，得到最佳的作业路线。同时通过车载端的监测数据分析机械设备的状态，预防故障的发生从而减少对作业的影响。在农业机械的故障诊断上[2]，传统的方式主要是根据经验判断或者故障出现导致机械设备不能正常工作时才进行故障的处理，故障处理的不及时将严重影响农业机械的使用性能。

　　将故障诊断技術应用到农业机械上，一定程度上改善了传统的方式无法实时、准确定位故障的情况[3]。但是农业机械工作环境的恶劣以及农业生产周期的特殊性，故障的诊断与预测的效果并不理想，因此针对农业机械的远程监测与故障诊断的研究是目前农业机械发展的主要方向。

　　1.联合收割机监测平台设计

　　1.1远程监测平台架构设计

　　为满足联合收割机远程监测平台[4]的功能需求，结合B/S架构系统的特点与应用，设计了主要包括通信服务器、数据库服务器和web服务器等三个部分组成的远程监测平台。通信服务器部署在远程服务器上，负责与车载采集系统进行通信，并完成数据的传输与数据的存储;数据库服务器用来保存运行数据、报警数据、用户信息、设备信息等。Web服务器用来响应管理人员和车主的请求，并根据采集到的数据进行故障的诊断与预警，也能通过该平台了解联合收割机的运行状况，对跨区作业的联合收割机进行远程调配。

　　1.2物联网平台组织架构设计

　　物联网平台是基于相关管理平台上的资源模型所搭建的多数据输入平台。在每个用户下，对终端传感器上传的数据点的管理都是以设备的形式进行的，每个用户可以创建多个设备，每个设备下也能添加多个传感器，设备表示一组传感器的集合，来自终端的数据点则上传至对应的传感器下，通过终端设备中编写物联网平台接入程序，完成数据采集、协议封装、数据点上传等工作，数据成功上传至平台后，物联网平台会在相应的传感器下生成随时间推移的数据点，以更直观的表现形式呈现数据的变化情况，用户可以对其管理范围内的产品、设备、传感器、数据点等资源进行管理，包括创建、编辑、罗列、查看、删除等操作。

　　2.联合收割机故障故障诊断系统

　　2.1故障诊断数据库建立

　　建立故障征兆数据库和故障查询数据库并设计故障查询系统，远程监视中心的工作人员可以结合传感器的监测数据[5]和视频图像信息来判断故障的原因并利用故障查询系统迅速找到解决故障的方法。在寻找故障解决办法的时候，根据情况的不同可以有两种查找方式选择：目录查找和模糊查找。目录查找适用于对故障的发生原因比较清楚的情况下;模糊查找适用于对于故障发生的原因不太确定的情况下，根据查找结果进行排除或逐一判断。以此作为远程监测平台的故障诊断方法[6]，在实际生产作业具有较高的实用意义，降低了对故障诊断工作的难度，提高了故障诊断效率，有利于联合收割机正常的生产作业。

　　2.2数据采集传感器设计

　　数据采集传感器采集滚筒转速、前进速度、割台搅龙转速都是采集其相关转速，其中前进速度通过测量联合收割机前进转动内轮获得。转速的测量有多种方法：霍尔、光电、多普勒效应等。由于收割机特殊的结构以及作业环境的复杂性，本系统选用抗干扰性能好的霍尔传感器来测量转速，其使用方便、输出信号稳定并且实惠。其工作的原理是传感器检测到磁场信号时会输出一个电压脉冲，电压脉冲经过整形电路后输出可识别的电平信号。传感器的工作电压为12V，检测到磁场信号后的输出脉冲电压通过光电隔离器件将信号的幅值整定至3.3V电平并由施密特触发器74HC14对信号进行整形。

　　2.3远程监视端设计

　　对于远程监视端[7]，既要接收工作参数信息，也要接收视频图像信息，从机载端发来的信息经过服务器中转后被远程监视中心的计算机接收[8]。根据系统功能需要，采用模块化的设计思想，根据程序功能将应用程序分为机载视频监视程序、嵌入式视频服务器程序、接入物联网平台所需的图像、定位信息处理程序及信息交互工具等三个部分，分模块实现系统各部分功能，有利于降低耦合，便于系统功能扩展及后期调试和维护。在远程监视端建立故障征兆数据库和故障查询数据库，故障征兆数据库中存储故障发生时各个被监测部件的工作参数，故障查询数据库存储各种故障以及故障发生的原因和解决方法，并设计软件实现故障的快速查询。

　　3.联合收割机故障诊断性能测试

　　本文中设计的远程监测系统安装在联合收割机上进行性能测试。当设备处于在线状态时，远程监视端可进行视频请求，视频流从机载端由媒体服务器传输给远程监视端，并在远程监视端播放，可在远程端看到的割台、驾驶室和脱粒滚筒的图像。测试结果表明，随着分辨率和帧率的提高，CPU和内存资源占用率增加。因为采集的图像分辨率与帧率越高，产生的数据量越大，图像数据处理需要占用更多的CPU和内存资源。本文设计的远程监视屏幕在田间测试时仍能得到实时性良好、清晰流畅的视频图像，满足联合收割机正常工作需求。当故障发生时，故障数据库[9]和远程视频能够帮忙快速地判断故障并找出解决方案，指引现场工作人员及时排查联合收割机故障状态，尽快使联合收割机恢复正常工作。

　　4.结果与讨论

　　基于物联网技术的联合收割机远程监控平台运用计算机技术、现代通讯技术、传感器技术等，不仅能够实现跨越空间限制的远程监测，也为联合收割机跨区作业提供了更为方便的平台。通过分析历史数据得到联合收割机的运行规律，并与采集到的数据相融合，提高故障诊断的准确性。此远程监测系统在联合收割机监控系统中具有较好的表现，为现代化农业联合收割机监测系统提供了优越的条件，具有良好的市场推广前景。

　　参考文献

　　[1]严泽明，翟珊珊，张书峰.基于物联网技术的空气压缩机远程监控系统[J].电视技术，2019，43(18)：36-37+60.

　　[2]王威.浅析机械制造设备远程监控与故障诊断技术[J].化工管理，2019(36)：142-143.

　　[3]韩芳.浅析网络技术在机械故障诊断中的应用[J].网络安全技术与应用，2020(02)：105-106.

　　[4]许永俊.浅析机械制造设备远程监控与故障诊断技术[J].中国设备工程，2019(12)：104-105.

　　[5]罗如岗.海上平台起重机状态监测及故障诊断技术研究与应用[J].石油和化工设备，2019，22(10)：83-87.

　　[6]张智艺.基于LabVIEW的远程实时监控和故障诊断系统的开发[J].工业安全与环保，2019，45(07)：18-22.

　　[7]魏珊珊.机械制造设备远程监控与故障诊断技术分析[J].科学技术创新，2019(16)：96-97.

　　[8]韩芳.浅析网络技术在机械故障诊断中的应用[J].网络安全技术与应用，2020(02)：105-106.

　　[9]孟克.机械制造设备远程监控与故障诊断技术分析[J].内燃机与配件，2018(20)：168-169

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