基于GPRS的作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

謝錚輝+羅微+張慧堅(jiān)+胡杰+秦小立

摘要：針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測存在采集參數(shù)少、網(wǎng)絡(luò)覆蓋小、信息共享等不足，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、移動通信技術(shù)、組態(tài)軟件技術(shù)等先進(jìn)方法和手段，設(shè)計(jì)出具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警處理等功能的作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，從而獲得農(nóng)作物生長的最佳條件，克服傳統(tǒng)監(jiān)測的不足，達(dá)到農(nóng)作物增產(chǎn)、品質(zhì)改善和經(jīng)濟(jì)效益增加的目的。

關(guān)鍵詞：GPRS；作物生長；環(huán)境監(jiān)測；組態(tài)軟件

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

隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展以及對無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的大幅提升，基于GPRS的應(yīng)用逐漸成為當(dāng)前無線通信應(yīng)用的主流。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)已經(jīng)成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監(jiān)測作物生長環(huán)境參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有資源的最大利用。現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)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(guī)模示范田等。由于受到空間和環(huán)境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農(nóng)作物全面、實(shí)時(shí)的信息。因此，采用GPRS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對傳感器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、傳輸和監(jiān)控，使工作人員在監(jiān)控中心就能夠掌握全局，節(jié)省了人力和物力。

1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1顯示了基于GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基本原理，數(shù)據(jù)處理采集傳輸端、GPRS網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、Internet服務(wù)器構(gòu)成了系統(tǒng)框架。其中，數(shù)據(jù)采集端由單片機(jī)及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數(shù)據(jù)處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經(jīng)過單片機(jī)調(diào)用程序處理后[1]，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務(wù)器接收到處理過的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。此外，在服務(wù)器端口還要設(shè)計(jì)可以查看監(jiān)測數(shù)據(jù)的軟件，用戶可以通過讀取相關(guān)信息，對其進(jìn)行分析。

2硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)測終端的主要功能是將影響作物生長環(huán)境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過傳感器和單片機(jī)進(jìn)行采集、計(jì)算、分析之后，轉(zhuǎn)換成GPRS模塊能夠識別、接受的數(shù)據(jù)，然后通過無線傳輸方式傳送至服務(wù)器和監(jiān)控中心[2]。系統(tǒng)的硬件采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，主要由信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊、電源保護(hù)電路以及用來無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)腉PRSDTU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(dá)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(fēng)光環(huán)測有限公司生產(chǎn)的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數(shù)據(jù)采集部分

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由傳感器、單片機(jī)、控制裝置、計(jì)算機(jī)等組成檢測系統(tǒng)，傳感器將采集到的物理參量轉(zhuǎn)換為電壓并完成信號的處理，數(shù)據(jù)通過PS-232總線傳給GPRS發(fā)送模塊，同時(shí)數(shù)據(jù)保存在組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢和歷史數(shù)據(jù)查詢[4]。

整個(gè)系統(tǒng)硬件包含3個(gè)主要部分：（1）控制單片機(jī)（MCU）。主控芯片為89C51單片機(jī)，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數(shù)據(jù)組裝成要發(fā)送的數(shù)據(jù)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(tǒng)的通信功能單元，是單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)的橋梁、復(fù)雜單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數(shù)據(jù)的傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、調(diào)試鍵盤機(jī)接受衛(wèi)星定位信號的GPS模塊。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本構(gòu)成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達(dá)RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實(shí)現(xiàn)DTU控制，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。該模塊通過RS-232/485接口進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)終端一直在線，能夠?qū)Ω咚佟f(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并且可以通過本地串口和遠(yuǎn)程中心端圖形界面DTU實(shí)現(xiàn)參數(shù)的維護(hù)。

3監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)

工控軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴(kuò)展性方面較差，而且工作量大，開發(fā)周期長[6]。該系統(tǒng)軟件采用了組態(tài)的方式來實(shí)現(xiàn)，靈活多樣的組態(tài)方式能便捷地實(shí)現(xiàn)用戶界面的開發(fā)以及工程實(shí)現(xiàn)。先進(jìn)的組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)多數(shù)據(jù)采集，用戶可以隨意和各類硬件設(shè)備連接；多數(shù)組態(tài)軟件[7]提供的腳本語言，使系統(tǒng)功能得到擴(kuò)充；組態(tài)軟件通過ODBC將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

中心軟件為用戶提供可視化的監(jiān)測平臺，用戶通過監(jiān)測平臺能快速、實(shí)時(shí)、在線了解農(nóng)田環(huán)境信息[8]。監(jiān)控終端與監(jiān)控主機(jī)端通過網(wǎng)絡(luò)連接后把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到平臺，監(jiān)控終端若監(jiān)測到相應(yīng)參數(shù)超過安全范圍會及時(shí)發(fā)送警報(bào)，用戶通過查看信息進(jìn)行相應(yīng)的動作反應(yīng)。監(jiān)控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用了力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，該組態(tài)軟件能對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制。由于在生產(chǎn)監(jiān)控過程中需要將分布在不同地理位置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、存儲，因此就需要一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[9]。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是由管理器和運(yùn)行系統(tǒng)組成，運(yùn)行系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、數(shù)據(jù)服務(wù)請求處理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用如圖5所示。

4結(jié)束語

基于GPRS的作物生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，具有可靠、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定和低成本等優(yōu)點(diǎn)。高速的傳輸控制技術(shù)，能快速可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和監(jiān)控；先進(jìn)的組態(tài)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了與第三方設(shè)備接口的通信，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，是農(nóng)業(yè)作物生長換件監(jiān)控的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹洪太，蘇曉峰，孫忠富，等.基于WEB和RS-485總線的分布式遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（2）：392-396.

[2]徐寧軍，陳戰(zhàn)平，馮智偉.GPRS業(yè)務(wù)在自動氣象站網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用[J].氣象科技，2006，34（1）：112-115.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]李文.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及發(fā)展趨勢分析[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2003，20（6）：75-77.

[5]喬曉軍，沈佐銳，陳青云，等.農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境通用監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2000，16（3）：77-80.

[6]吳順鵬.組態(tài)軟件上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].科技信息，2008（21）：67，87.

[7]張齊，周博慧.組態(tài)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（2/3）：161-163.

[8]宋清昆，孫元娜，王學(xué)偉，等.組態(tài)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2008，27（1）：55-57.

[9]李瑞峰.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)[J].中國科技信息，2008（7）：98-99.endprint

摘要：針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測存在采集參數(shù)少、網(wǎng)絡(luò)覆蓋小、信息共享等不足，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、移動通信技術(shù)、組態(tài)軟件技術(shù)等先進(jìn)方法和手段，設(shè)計(jì)出具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警處理等功能的作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，從而獲得農(nóng)作物生長的最佳條件，克服傳統(tǒng)監(jiān)測的不足，達(dá)到農(nóng)作物增產(chǎn)、品質(zhì)改善和經(jīng)濟(jì)效益增加的目的。

關(guān)鍵詞：GPRS；作物生長；環(huán)境監(jiān)測；組態(tài)軟件

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

隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展以及對無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的大幅提升，基于GPRS的應(yīng)用逐漸成為當(dāng)前無線通信應(yīng)用的主流。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)已經(jīng)成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監(jiān)測作物生長環(huán)境參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有資源的最大利用。現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)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(guī)模示范田等。由于受到空間和環(huán)境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農(nóng)作物全面、實(shí)時(shí)的信息。因此，采用GPRS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對傳感器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、傳輸和監(jiān)控，使工作人員在監(jiān)控中心就能夠掌握全局，節(jié)省了人力和物力。

1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1顯示了基于GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基本原理，數(shù)據(jù)處理采集傳輸端、GPRS網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、Internet服務(wù)器構(gòu)成了系統(tǒng)框架。其中，數(shù)據(jù)采集端由單片機(jī)及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數(shù)據(jù)處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經(jīng)過單片機(jī)調(diào)用程序處理后[1]，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務(wù)器接收到處理過的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。此外，在服務(wù)器端口還要設(shè)計(jì)可以查看監(jiān)測數(shù)據(jù)的軟件，用戶可以通過讀取相關(guān)信息，對其進(jìn)行分析。

2硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)測終端的主要功能是將影響作物生長環(huán)境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過傳感器和單片機(jī)進(jìn)行采集、計(jì)算、分析之后，轉(zhuǎn)換成GPRS模塊能夠識別、接受的數(shù)據(jù)，然后通過無線傳輸方式傳送至服務(wù)器和監(jiān)控中心[2]。系統(tǒng)的硬件采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，主要由信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊、電源保護(hù)電路以及用來無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)腉PRSDTU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(dá)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(fēng)光環(huán)測有限公司生產(chǎn)的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數(shù)據(jù)采集部分

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由傳感器、單片機(jī)、控制裝置、計(jì)算機(jī)等組成檢測系統(tǒng)，傳感器將采集到的物理參量轉(zhuǎn)換為電壓并完成信號的處理，數(shù)據(jù)通過PS-232總線傳給GPRS發(fā)送模塊，同時(shí)數(shù)據(jù)保存在組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢和歷史數(shù)據(jù)查詢[4]。

整個(gè)系統(tǒng)硬件包含3個(gè)主要部分：（1）控制單片機(jī)（MCU）。主控芯片為89C51單片機(jī)，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數(shù)據(jù)組裝成要發(fā)送的數(shù)據(jù)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(tǒng)的通信功能單元，是單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)的橋梁、復(fù)雜單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數(shù)據(jù)的傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、調(diào)試鍵盤機(jī)接受衛(wèi)星定位信號的GPS模塊。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本構(gòu)成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達(dá)RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實(shí)現(xiàn)DTU控制，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。該模塊通過RS-232/485接口進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)終端一直在線，能夠?qū)Ω咚佟f(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并且可以通過本地串口和遠(yuǎn)程中心端圖形界面DTU實(shí)現(xiàn)參數(shù)的維護(hù)。

3監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)

工控軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴(kuò)展性方面較差，而且工作量大，開發(fā)周期長[6]。該系統(tǒng)軟件采用了組態(tài)的方式來實(shí)現(xiàn)，靈活多樣的組態(tài)方式能便捷地實(shí)現(xiàn)用戶界面的開發(fā)以及工程實(shí)現(xiàn)。先進(jìn)的組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)多數(shù)據(jù)采集，用戶可以隨意和各類硬件設(shè)備連接；多數(shù)組態(tài)軟件[7]提供的腳本語言，使系統(tǒng)功能得到擴(kuò)充；組態(tài)軟件通過ODBC將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

中心軟件為用戶提供可視化的監(jiān)測平臺，用戶通過監(jiān)測平臺能快速、實(shí)時(shí)、在線了解農(nóng)田環(huán)境信息[8]。監(jiān)控終端與監(jiān)控主機(jī)端通過網(wǎng)絡(luò)連接后把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到平臺，監(jiān)控終端若監(jiān)測到相應(yīng)參數(shù)超過安全范圍會及時(shí)發(fā)送警報(bào)，用戶通過查看信息進(jìn)行相應(yīng)的動作反應(yīng)。監(jiān)控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用了力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，該組態(tài)軟件能對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制。由于在生產(chǎn)監(jiān)控過程中需要將分布在不同地理位置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、存儲，因此就需要一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[9]。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是由管理器和運(yùn)行系統(tǒng)組成，運(yùn)行系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、數(shù)據(jù)服務(wù)請求處理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用如圖5所示。

4結(jié)束語

基于GPRS的作物生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，具有可靠、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定和低成本等優(yōu)點(diǎn)。高速的傳輸控制技術(shù)，能快速可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和監(jiān)控；先進(jìn)的組態(tài)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了與第三方設(shè)備接口的通信，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，是農(nóng)業(yè)作物生長換件監(jiān)控的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹洪太，蘇曉峰，孫忠富，等.基于WEB和RS-485總線的分布式遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（2）：392-396.

[2]徐寧軍，陳戰(zhàn)平，馮智偉.GPRS業(yè)務(wù)在自動氣象站網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用[J].氣象科技，2006，34（1）：112-115.

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摘要：針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測存在采集參數(shù)少、網(wǎng)絡(luò)覆蓋小、信息共享等不足，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、移動通信技術(shù)、組態(tài)軟件技術(shù)等先進(jìn)方法和手段，設(shè)計(jì)出具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警處理等功能的作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，從而獲得農(nóng)作物生長的最佳條件，克服傳統(tǒng)監(jiān)測的不足，達(dá)到農(nóng)作物增產(chǎn)、品質(zhì)改善和經(jīng)濟(jì)效益增加的目的。

關(guān)鍵詞：GPRS；作物生長；環(huán)境監(jiān)測；組態(tài)軟件

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

隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展以及對無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的大幅提升，基于GPRS的應(yīng)用逐漸成為當(dāng)前無線通信應(yīng)用的主流。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)已經(jīng)成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監(jiān)測作物生長環(huán)境參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有資源的最大利用。現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)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(guī)模示范田等。由于受到空間和環(huán)境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農(nóng)作物全面、實(shí)時(shí)的信息。因此，采用GPRS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對傳感器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、傳輸和監(jiān)控，使工作人員在監(jiān)控中心就能夠掌握全局，節(jié)省了人力和物力。

1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1顯示了基于GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基本原理，數(shù)據(jù)處理采集傳輸端、GPRS網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、Internet服務(wù)器構(gòu)成了系統(tǒng)框架。其中，數(shù)據(jù)采集端由單片機(jī)及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數(shù)據(jù)處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經(jīng)過單片機(jī)調(diào)用程序處理后[1]，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務(wù)器接收到處理過的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。此外，在服務(wù)器端口還要設(shè)計(jì)可以查看監(jiān)測數(shù)據(jù)的軟件，用戶可以通過讀取相關(guān)信息，對其進(jìn)行分析。

2硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)測終端的主要功能是將影響作物生長環(huán)境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過傳感器和單片機(jī)進(jìn)行采集、計(jì)算、分析之后，轉(zhuǎn)換成GPRS模塊能夠識別、接受的數(shù)據(jù)，然后通過無線傳輸方式傳送至服務(wù)器和監(jiān)控中心[2]。系統(tǒng)的硬件采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，主要由信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊、電源保護(hù)電路以及用來無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)腉PRSDTU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(dá)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(fēng)光環(huán)測有限公司生產(chǎn)的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數(shù)據(jù)采集部分

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由傳感器、單片機(jī)、控制裝置、計(jì)算機(jī)等組成檢測系統(tǒng)，傳感器將采集到的物理參量轉(zhuǎn)換為電壓并完成信號的處理，數(shù)據(jù)通過PS-232總線傳給GPRS發(fā)送模塊，同時(shí)數(shù)據(jù)保存在組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢和歷史數(shù)據(jù)查詢[4]。

整個(gè)系統(tǒng)硬件包含3個(gè)主要部分：（1）控制單片機(jī)（MCU）。主控芯片為89C51單片機(jī)，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數(shù)據(jù)組裝成要發(fā)送的數(shù)據(jù)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(tǒng)的通信功能單元，是單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)的橋梁、復(fù)雜單片機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數(shù)據(jù)的傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、調(diào)試鍵盤機(jī)接受衛(wèi)星定位信號的GPS模塊。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本構(gòu)成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達(dá)RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實(shí)現(xiàn)DTU控制，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。該模塊通過RS-232/485接口進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)終端一直在線，能夠?qū)Ω咚佟f(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并且可以通過本地串口和遠(yuǎn)程中心端圖形界面DTU實(shí)現(xiàn)參數(shù)的維護(hù)。

3監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)

工控軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴(kuò)展性方面較差，而且工作量大，開發(fā)周期長[6]。該系統(tǒng)軟件采用了組態(tài)的方式來實(shí)現(xiàn)，靈活多樣的組態(tài)方式能便捷地實(shí)現(xiàn)用戶界面的開發(fā)以及工程實(shí)現(xiàn)。先進(jìn)的組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)多數(shù)據(jù)采集，用戶可以隨意和各類硬件設(shè)備連接；多數(shù)組態(tài)軟件[7]提供的腳本語言，使系統(tǒng)功能得到擴(kuò)充；組態(tài)軟件通過ODBC將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

中心軟件為用戶提供可視化的監(jiān)測平臺，用戶通過監(jiān)測平臺能快速、實(shí)時(shí)、在線了解農(nóng)田環(huán)境信息[8]。監(jiān)控終端與監(jiān)控主機(jī)端通過網(wǎng)絡(luò)連接后把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到平臺，監(jiān)控終端若監(jiān)測到相應(yīng)參數(shù)超過安全范圍會及時(shí)發(fā)送警報(bào)，用戶通過查看信息進(jìn)行相應(yīng)的動作反應(yīng)。監(jiān)控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用了力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，該組態(tài)軟件能對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制。由于在生產(chǎn)監(jiān)控過程中需要將分布在不同地理位置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、存儲，因此就需要一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[9]。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是由管理器和運(yùn)行系統(tǒng)組成，運(yùn)行系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、數(shù)據(jù)服務(wù)請求處理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用如圖5所示。

4結(jié)束語

基于GPRS的作物生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，具有可靠、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定和低成本等優(yōu)點(diǎn)。高速的傳輸控制技術(shù)，能快速可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和監(jiān)控；先進(jìn)的組態(tài)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了與第三方設(shè)備接口的通信，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，是農(nóng)業(yè)作物生長換件監(jiān)控的發(fā)展方向。

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