農(nóng)田信息遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通訊方式設(shè)計(jì)

【摘要】 介紹了農(nóng)田監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵐ぷ髟?，闡述了其關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)并對各種通訊技術(shù)進(jìn)行比較。在一定范圍的農(nóng)田內(nèi)， 實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)田土壤墑情、作物周圍多種氣象參數(shù)的采集與傳輸 ，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供了詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而可實(shí)時(shí)指導(dǎo)農(nóng)作物的生產(chǎn)管理，大大降低了農(nóng)業(yè)科研人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】 農(nóng)田 監(jiān)控系統(tǒng) 通訊技術(shù) 信息傳輸 數(shù)據(jù)

一、引言

農(nóng)作物的生長、發(fā)育和產(chǎn)量形成，同農(nóng)田環(huán)境各因素之間有著密切的關(guān)系，尤其是土壤墑情和農(nóng)作物生長關(guān)鍵期的氣象參數(shù)，其中溫度和濕度影響農(nóng)作物的發(fā)育速度，光照影響作物的光合作用。

通過合理的調(diào)節(jié)這些因子，可以有效的增加農(nóng)作物的產(chǎn)量或降低極端情況對作物產(chǎn)量的影響。通過獲得土壤墑情和農(nóng)作物生長關(guān)鍵期的氣象參數(shù)并進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，可為農(nóng)作物的精細(xì)化生產(chǎn)和產(chǎn)量預(yù)估提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支持，有效提高農(nóng)田管理的信息化和自動(dòng)化水平。

二、 各種通訊技術(shù)的對比

1、通信技術(shù)的快速發(fā)展，為農(nóng)田信息化管理提供了一個(gè)良好的平臺(tái)和技術(shù)支持。從最初的模擬信號方式全面升級到數(shù)字信號方式，通信的方式也越來越多元化。根據(jù)信號傳輸介質(zhì)，農(nóng)田信息傳輸方式可分為有線通信方式和無線通信方式，在有線通信方式之中，RS485、CAN總線通信方式和基于掌上電腦的通信方式是其主要形式，已被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械多傳感器集成和農(nóng)田信息采集。

無線通信方式可分類為長距離通信（GSM、GPRS等）和短距離通信（藍(lán)牙、ZIGBEE等）。顯然的，由于有線通信方式傳輸距離有限、布線難、不易維護(hù)等局限性在農(nóng)業(yè)監(jiān)測領(lǐng)域得不到廣泛應(yīng)用，因此，采用無線通信方式成為進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的首選。

分析這幾種通信方式，藍(lán)牙、ZIGBEE和RFID等無線傳輸方式因?yàn)閭鬏斁嚯x的不足主要用于溫室環(huán)境監(jiān)控、農(nóng)業(yè)物流識(shí)別等方面；而無線廣播系統(tǒng)等傳播的是模擬信號并且單向傳輸，顯然不適合應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)；專用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)能達(dá)到通信要求，但是費(fèi)用過于昂貴，工程過于龐大，可操作性太差；其它方式中無線局域網(wǎng)只能覆蓋小范圍地方，并且短波電臺(tái)也是費(fèi)用昂貴；而采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[3]，需要考慮節(jié)點(diǎn)攜帶能量，以及傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署和監(jiān)測及覆蓋與連接的關(guān)系等方面問題，如果能量供應(yīng)和相應(yīng)的協(xié)議問題得不到解決，通常會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰。

三、通訊技術(shù)的原理及選擇

GSM 是一個(gè)蜂窩型網(wǎng)絡(luò)，可以運(yùn)行在不同的無線電頻率上，目前工作的兩個(gè)主要頻段分別是 900MHz 和1800MHz，其中 GSM900 頻段的雙工間隔是 45MHz，有效帶寬是 25MHz，載頻數(shù)為 124 個(gè)，每個(gè)載頻擁有 8 個(gè)信道；GSM1800 頻段的雙工間隔是95MHz，有效帶寬是 75MHz，載頻數(shù)為 374 個(gè)，每個(gè)載頻擁有 8 個(gè)信道。作為 GSM 技術(shù)的延續(xù)，GPRS 技術(shù)[4]應(yīng)用 TDMA 信道，不必使用現(xiàn)行無線通信應(yīng)用所需的中介轉(zhuǎn)換器，就可以實(shí)現(xiàn)通信連接和數(shù)據(jù)中速傳輸。

在 GPRS 分組交換的通信過程中，無需提前分配信道建立連接，而是根據(jù)到達(dá)的數(shù)據(jù)包頭信息臨時(shí)尋找信道進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，這種共享使用信道的方式可以實(shí)現(xiàn)信道資源的合理利用。

四、方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)信息傳輸模塊的硬件包括CP1L-M30DT-D、CP1W-CIF01、GPRS DTU。監(jiān)測區(qū)內(nèi)農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)信息經(jīng)由相應(yīng)的傳感器模塊采集和CP1W-AD041模擬量接收模塊的AD轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字形式的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到CP1LM30DT-D的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（DM）。CP1W-CIF01模塊可以擴(kuò)展CP1L-M30DT-D的功能，使CP1L-M30DT-D實(shí)現(xiàn)RS-32C數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)CP1L-M30DT-D模塊與GPRS DTU模塊的連接和數(shù)據(jù)通信，再由GPRS DTU模塊將數(shù)據(jù)信息經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)上傳至上位機(jī)。

五、結(jié)束語

以野外農(nóng)田環(huán)境為研究對象，設(shè)計(jì)了一種基于 GPRS 技術(shù)的遠(yuǎn)程農(nóng)田信息采集系統(tǒng)。試驗(yàn)證明：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)田的土壤墑情以及農(nóng)作物周圍的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和CO2濃度等環(huán)境信息的全面連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測，大大提高了工作效率，提高了農(nóng)業(yè)管理的自動(dòng)化和信息化水平，都農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)具有一定的指導(dǎo)作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 郜向陽，王庫，李墨雪.GPRS無線數(shù)據(jù)傳送在農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006（6）：186-188.

[2] 楊瑋，李民贊，王秀.農(nóng)田信息傳輸方式現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（5）：297-300.

[3] 劉慧韜.基于GPRS的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2006.

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

[5] 何慶泥，周懷北. GPRS 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用.通訊與計(jì)算機(jī)，2005，7：77-81.