基于GPRS的作物生長環境監測系統設計

謝錚輝+羅微+張慧堅+胡杰+秦小立

摘要：針對農業生產環境監測存在采集參數少、網絡覆蓋小、信息共享等不足，采用計算機網絡技術、自動控制技術、移動通信技術、組態軟件技術等先進方法和手段，設計出具有數據采集、數據查詢、報警處理等功能的作物生長環境監測系統，從而獲得農作物生長的最佳條件，克服傳統監測的不足，達到農作物增產、品質改善和經濟效益增加的目的。

關鍵詞：GPRS；作物生長；環境監測；組態軟件

中圖分類號：S126文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0443-02

隨著無線通信網絡的不斷發展以及對無線網絡應用需求的大幅提升，基于GPRS的應用逐漸成為當前無線通信應用的主流。由于GPRS網絡的通信技術已經成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監測作物生長環境參數，能夠實現現有資源的最大利用。現有的農業環境監測系統有在溫室大棚等封閉空間，或者在戶外，如山地、林場、牧場、大規模示范田等。由于受到空間和環境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農作物全面、實時的信息。因此，采用GPRS技術可以實現對傳感器的遠程數據采集、傳輸和監控，使工作人員在監控中心就能夠掌握全局，節省了人力和物力。

1系統整體結構設計

圖1顯示了基于GPRS遠程數據采集的基本原理，數據處理采集傳輸端、GPRS網絡通信系統、Internet服務器構成了系統框架。其中，數據采集端由單片機及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數據處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經過單片機調用程序處理后[1]，通過GPRS網絡通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務器接收到處理過的數據信息，實現數據傳輸。此外，在服務器端口還要設計可以查看監測數據的軟件，用戶可以通過讀取相關信息，對其進行分析。

2硬件設計

監測終端的主要功能是將影響作物生長環境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關監測數據，通過傳感器和單片機進行采集、計算、分析之后，轉換成GPRS模塊能夠識別、接受的數據，然后通過無線傳輸方式傳送至服務器和監控中心[2]。系統的硬件采用模塊化的設計方式，主要由信號采集電路、A/D轉換模塊、單片機模塊、電源保護電路以及用來無線數據傳輸的GPRSDTU模塊組成[3]（圖2）。

2.1傳感器

溫濕度傳感器采用昆侖海岸JWSL-6系列空氣溫濕度傳感器。該傳感器采用24V直流供電，能達到濕度±3%、溫度±0.5℃，測量范圍溫度-10～60℃、濕度0～100%。土壤溫濕度傳感器采用錦州風光環測有限公司生產的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數據采集部分

系統采用模塊化設計，由傳感器、單片機、控制裝置、計算機等組成檢測系統，傳感器將采集到的物理參量轉換為電壓并完成信號的處理，數據通過PS-232總線傳給GPRS發送模塊，同時數據保存在組態軟件數據庫中，實現實時查詢和歷史數據查詢[4]。

整個系統硬件包含3個主要部分：（1）控制單片機（MCU）。主控芯片為89C51單片機，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機，經單片機處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數據組裝成要發送的數據傳送給GPRS模塊，用于控制其他串口外接模塊的工作[5]。（2）GPRS模塊。它是系統的通信功能單元，是單片機與互聯網交換數據的橋梁、復雜單片機與互聯網的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數據的傳感器、A/D轉換器、調試鍵盤機接受衛星定位信號的GPS模塊。數據采集系統基本構成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實現DTU控制，組成用戶專用數據網絡。該模塊通過RS-232/485接口進行通信，數據終端一直在線，能夠對高速、協議數據進行傳輸，并且可以通過本地串口和遠程中心端圖形界面DTU實現參數的維護。

3監控中心軟件設計

工控軟件系統設計中的數據都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴展性方面較差，而且工作量大，開發周期長[6]。該系統軟件采用了組態的方式來實現，靈活多樣的組態方式能便捷地實現用戶界面的開發以及工程實現。先進的組態軟件能夠實現多數據采集，用戶可以隨意和各類硬件設備連接；多數組態軟件[7]提供的腳本語言，使系統功能得到擴充；組態軟件通過ODBC將數據導出。

3.1系統軟件設計

中心軟件為用戶提供可視化的監測平臺，用戶通過監測平臺能快速、實時、在線了解農田環境信息[8]。監控終端與監控主機端通過網絡連接后把數據實時發送到平臺，監控終端若監測到相應參數超過安全范圍會及時發送警報，用戶通過查看信息進行相應的動作反應。監控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實時數據庫系統

本系統采用了力控組態軟件實現監控，該組態軟件能對現場生產數據進行采集和控制。由于在生產監控過程中需要將分布在不同地理位置的生產數據進行實時處理、存儲，因此就需要一個分布式的數據庫系統[9]。實時數據庫是由管理器和運行系統組成，運行系統能實現實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警、數據服務請求處理。實時數據庫應用如圖5所示。

4結束語

基于GPRS的作物生長環境監控系統設計，以現代控制理論為基礎，具有可靠、實時、穩定和低成本等優點。高速的傳輸控制技術，能快速可靠地進行遠程監測和監控；先進的組態軟件系統的設計，實現了與第三方設備接口的通信，具有較強的可擴展性，是農業作物生長換件監控的發展方向。

參考文獻：

[1]曹洪太，蘇曉峰，孫忠富，等.基于WEB和RS-485總線的分布式遠程環境監控系統的實現[J].中國農學通報，2006，22（2）：392-396.

[2]徐寧軍，陳戰平，馮智偉.GPRS業務在自動氣象站網數據傳輸中的應用[J].氣象科技，2006，34（1）：112-115.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網絡優化[M].北京：機械工業出版社，2003.

[4]李文.計算機監控系統及發展趨勢分析[J].計算機應用與軟件，2003，20（6）：75-77.

[5]喬曉軍，沈佐銳，陳青云，等.農業設施環境通用監控系統的設計與實現[J].農業工程學報，2000，16（3）：77-80.

[6]吳順鵬.組態軟件上位機監控系統設計與開發[J].科技信息，2008（21）：67，87.

[7]張齊，周博慧.組態軟件實時數據庫的設計與實現[J].微計算機信息，2007，23（2/3）：161-163.

[8]宋清昆，孫元娜，王學偉，等.組態軟件實時數據庫系統的設計[J].自動化技術與應用，2008，27（1）：55-57.

[9]李瑞峰.實時數據庫設計的關鍵技術[J].中國科技信息，2008（7）：98-99.endprint

摘要：針對農業生產環境監測存在采集參數少、網絡覆蓋小、信息共享等不足，采用計算機網絡技術、自動控制技術、移動通信技術、組態軟件技術等先進方法和手段，設計出具有數據采集、數據查詢、報警處理等功能的作物生長環境監測系統，從而獲得農作物生長的最佳條件，克服傳統監測的不足，達到農作物增產、品質改善和經濟效益增加的目的。

關鍵詞：GPRS；作物生長；環境監測；組態軟件

中圖分類號：S126文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0443-02

隨著無線通信網絡的不斷發展以及對無線網絡應用需求的大幅提升，基于GPRS的應用逐漸成為當前無線通信應用的主流。由于GPRS網絡的通信技術已經成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監測作物生長環境參數，能夠實現現有資源的最大利用。現有的農業環境監測系統有在溫室大棚等封閉空間，或者在戶外，如山地、林場、牧場、大規模示范田等。由于受到空間和環境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農作物全面、實時的信息。因此，采用GPRS技術可以實現對傳感器的遠程數據采集、傳輸和監控，使工作人員在監控中心就能夠掌握全局，節省了人力和物力。

1系統整體結構設計

圖1顯示了基于GPRS遠程數據采集的基本原理，數據處理采集傳輸端、GPRS網絡通信系統、Internet服務器構成了系統框架。其中，數據采集端由單片機及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數據處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經過單片機調用程序處理后[1]，通過GPRS網絡通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務器接收到處理過的數據信息，實現數據傳輸。此外，在服務器端口還要設計可以查看監測數據的軟件，用戶可以通過讀取相關信息，對其進行分析。

2硬件設計

監測終端的主要功能是將影響作物生長環境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關監測數據，通過傳感器和單片機進行采集、計算、分析之后，轉換成GPRS模塊能夠識別、接受的數據，然后通過無線傳輸方式傳送至服務器和監控中心[2]。系統的硬件采用模塊化的設計方式，主要由信號采集電路、A/D轉換模塊、單片機模塊、電源保護電路以及用來無線數據傳輸的GPRSDTU模塊組成[3]（圖2）。

2.1傳感器

溫濕度傳感器采用昆侖海岸JWSL-6系列空氣溫濕度傳感器。該傳感器采用24V直流供電，能達到濕度±3%、溫度±0.5℃，測量范圍溫度-10～60℃、濕度0～100%。土壤溫濕度傳感器采用錦州風光環測有限公司生產的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數據采集部分

系統采用模塊化設計，由傳感器、單片機、控制裝置、計算機等組成檢測系統，傳感器將采集到的物理參量轉換為電壓并完成信號的處理，數據通過PS-232總線傳給GPRS發送模塊，同時數據保存在組態軟件數據庫中，實現實時查詢和歷史數據查詢[4]。

整個系統硬件包含3個主要部分：（1）控制單片機（MCU）。主控芯片為89C51單片機，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機，經單片機處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數據組裝成要發送的數據傳送給GPRS模塊，用于控制其他串口外接模塊的工作[5]。（2）GPRS模塊。它是系統的通信功能單元，是單片機與互聯網交換數據的橋梁、復雜單片機與互聯網的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數據的傳感器、A/D轉換器、調試鍵盤機接受衛星定位信號的GPS模塊。數據采集系統基本構成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實現DTU控制，組成用戶專用數據網絡。該模塊通過RS-232/485接口進行通信，數據終端一直在線，能夠對高速、協議數據進行傳輸，并且可以通過本地串口和遠程中心端圖形界面DTU實現參數的維護。

3監控中心軟件設計

工控軟件系統設計中的數據都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴展性方面較差，而且工作量大，開發周期長[6]。該系統軟件采用了組態的方式來實現，靈活多樣的組態方式能便捷地實現用戶界面的開發以及工程實現。先進的組態軟件能夠實現多數據采集，用戶可以隨意和各類硬件設備連接；多數組態軟件[7]提供的腳本語言，使系統功能得到擴充；組態軟件通過ODBC將數據導出。

3.1系統軟件設計

中心軟件為用戶提供可視化的監測平臺，用戶通過監測平臺能快速、實時、在線了解農田環境信息[8]。監控終端與監控主機端通過網絡連接后把數據實時發送到平臺，監控終端若監測到相應參數超過安全范圍會及時發送警報，用戶通過查看信息進行相應的動作反應。監控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實時數據庫系統

本系統采用了力控組態軟件實現監控，該組態軟件能對現場生產數據進行采集和控制。由于在生產監控過程中需要將分布在不同地理位置的生產數據進行實時處理、存儲，因此就需要一個分布式的數據庫系統[9]。實時數據庫是由管理器和運行系統組成，運行系統能實現實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警、數據服務請求處理。實時數據庫應用如圖5所示。

4結束語

基于GPRS的作物生長環境監控系統設計，以現代控制理論為基礎，具有可靠、實時、穩定和低成本等優點。高速的傳輸控制技術，能快速可靠地進行遠程監測和監控；先進的組態軟件系統的設計，實現了與第三方設備接口的通信，具有較強的可擴展性，是農業作物生長換件監控的發展方向。

參考文獻：

[1]曹洪太，蘇曉峰，孫忠富，等.基于WEB和RS-485總線的分布式遠程環境監控系統的實現[J].中國農學通報，2006，22（2）：392-396.

[2]徐寧軍，陳戰平，馮智偉.GPRS業務在自動氣象站網數據傳輸中的應用[J].氣象科技，2006，34（1）：112-115.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網絡優化[M].北京：機械工業出版社，2003.

[4]李文.計算機監控系統及發展趨勢分析[J].計算機應用與軟件，2003，20（6）：75-77.

[5]喬曉軍，沈佐銳，陳青云，等.農業設施環境通用監控系統的設計與實現[J].農業工程學報，2000，16（3）：77-80.

[6]吳順鵬.組態軟件上位機監控系統設計與開發[J].科技信息，2008（21）：67，87.

[7]張齊，周博慧.組態軟件實時數據庫的設計與實現[J].微計算機信息，2007，23（2/3）：161-163.

[8]宋清昆，孫元娜，王學偉，等.組態軟件實時數據庫系統的設計[J].自動化技術與應用，2008，27（1）：55-57.

[9]李瑞峰.實時數據庫設計的關鍵技術[J].中國科技信息，2008（7）：98-99.endprint

摘要：針對農業生產環境監測存在采集參數少、網絡覆蓋小、信息共享等不足，采用計算機網絡技術、自動控制技術、移動通信技術、組態軟件技術等先進方法和手段，設計出具有數據采集、數據查詢、報警處理等功能的作物生長環境監測系統，從而獲得農作物生長的最佳條件，克服傳統監測的不足，達到農作物增產、品質改善和經濟效益增加的目的。

關鍵詞：GPRS；作物生長；環境監測；組態軟件

中圖分類號：S126文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0443-02

隨著無線通信網絡的不斷發展以及對無線網絡應用需求的大幅提升，基于GPRS的應用逐漸成為當前無線通信應用的主流。由于GPRS網絡的通信技術已經成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監測作物生長環境參數，能夠實現現有資源的最大利用。現有的農業環境監測系統有在溫室大棚等封閉空間，或者在戶外，如山地、林場、牧場、大規模示范田等。由于受到空間和環境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農作物全面、實時的信息。因此，采用GPRS技術可以實現對傳感器的遠程數據采集、傳輸和監控，使工作人員在監控中心就能夠掌握全局，節省了人力和物力。

1系統整體結構設計

圖1顯示了基于GPRS遠程數據采集的基本原理，數據處理采集傳輸端、GPRS網絡通信系統、Internet服務器構成了系統框架。其中，數據采集端由單片機及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數據處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經過單片機調用程序處理后[1]，通過GPRS網絡通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務器接收到處理過的數據信息，實現數據傳輸。此外，在服務器端口還要設計可以查看監測數據的軟件，用戶可以通過讀取相關信息，對其進行分析。

2硬件設計

監測終端的主要功能是將影響作物生長環境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關監測數據，通過傳感器和單片機進行采集、計算、分析之后，轉換成GPRS模塊能夠識別、接受的數據，然后通過無線傳輸方式傳送至服務器和監控中心[2]。系統的硬件采用模塊化的設計方式，主要由信號采集電路、A/D轉換模塊、單片機模塊、電源保護電路以及用來無線數據傳輸的GPRSDTU模塊組成[3]（圖2）。

2.1傳感器

溫濕度傳感器采用昆侖海岸JWSL-6系列空氣溫濕度傳感器。該傳感器采用24V直流供電，能達到濕度±3%、溫度±0.5℃，測量范圍溫度-10～60℃、濕度0～100%。土壤溫濕度傳感器采用錦州風光環測有限公司生產的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數據采集部分

系統采用模塊化設計，由傳感器、單片機、控制裝置、計算機等組成檢測系統，傳感器將采集到的物理參量轉換為電壓并完成信號的處理，數據通過PS-232總線傳給GPRS發送模塊，同時數據保存在組態軟件數據庫中，實現實時查詢和歷史數據查詢[4]。

整個系統硬件包含3個主要部分：（1）控制單片機（MCU）。主控芯片為89C51單片機，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機，經單片機處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數據組裝成要發送的數據傳送給GPRS模塊，用于控制其他串口外接模塊的工作[5]。（2）GPRS模塊。它是系統的通信功能單元，是單片機與互聯網交換數據的橋梁、復雜單片機與互聯網的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數據的傳感器、A/D轉換器、調試鍵盤機接受衛星定位信號的GPS模塊。數據采集系統基本構成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實現DTU控制，組成用戶專用數據網絡。該模塊通過RS-232/485接口進行通信，數據終端一直在線，能夠對高速、協議數據進行傳輸，并且可以通過本地串口和遠程中心端圖形界面DTU實現參數的維護。

3監控中心軟件設計

工控軟件系統設計中的數據都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴展性方面較差，而且工作量大，開發周期長[6]。該系統軟件采用了組態的方式來實現，靈活多樣的組態方式能便捷地實現用戶界面的開發以及工程實現。先進的組態軟件能夠實現多數據采集，用戶可以隨意和各類硬件設備連接；多數組態軟件[7]提供的腳本語言，使系統功能得到擴充；組態軟件通過ODBC將數據導出。

3.1系統軟件設計

中心軟件為用戶提供可視化的監測平臺，用戶通過監測平臺能快速、實時、在線了解農田環境信息[8]。監控終端與監控主機端通過網絡連接后把數據實時發送到平臺，監控終端若監測到相應參數超過安全范圍會及時發送警報，用戶通過查看信息進行相應的動作反應。監控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實時數據庫系統

本系統采用了力控組態軟件實現監控，該組態軟件能對現場生產數據進行采集和控制。由于在生產監控過程中需要將分布在不同地理位置的生產數據進行實時處理、存儲，因此就需要一個分布式的數據庫系統[9]。實時數據庫是由管理器和運行系統組成，運行系統能實現實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警、數據服務請求處理。實時數據庫應用如圖5所示。

4結束語

基于GPRS的作物生長環境監控系統設計，以現代控制理論為基礎，具有可靠、實時、穩定和低成本等優點。高速的傳輸控制技術，能快速可靠地進行遠程監測和監控；先進的組態軟件系統的設計，實現了與第三方設備接口的通信，具有較強的可擴展性，是農業作物生長換件監控的發展方向。

參考文獻：

[1]曹洪太，蘇曉峰，孫忠富，等.基于WEB和RS-485總線的分布式遠程環境監控系統的實現[J].中國農學通報，2006，22（2）：392-396.

[2]徐寧軍，陳戰平，馮智偉.GPRS業務在自動氣象站網數據傳輸中的應用[J].氣象科技，2006，34（1）：112-115.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網絡優化[M].北京：機械工業出版社，2003.

[4]李文.計算機監控系統及發展趨勢分析[J].計算機應用與軟件，2003，20（6）：75-77.

[5]喬曉軍，沈佐銳，陳青云，等.農業設施環境通用監控系統的設計與實現[J].農業工程學報，2000，16（3）：77-80.

[6]吳順鵬.組態軟件上位機監控系統設計與開發[J].科技信息，2008（21）：67，87.

[7]張齊，周博慧.組態軟件實時數據庫的設計與實現[J].微計算機信息，2007，23（2/3）：161-163.

[8]宋清昆，孫元娜，王學偉，等.組態軟件實時數據庫系統的設計[J].自動化技術與應用，2008，27（1）：55-57.

[9]李瑞峰.實時數據庫設計的關鍵技術[J].中國科技信息，2008（7）：98-99.endprint