基于GPRS和WEB的遠程網絡分布式茶園環境污染監測系統研究

摘要：根據目前漢中茶園種植分散的特點，設計了一種基于GPRS和WEB的茶園環境參數的監測系統。該系統由數據采集和網絡終端組成。采集系統由有害氣體傳感器和溫濕度傳感器組成，可以對茶園空氣參數實時檢測，通過SIM9000A把采集的數據發送到指定的網絡服務器上。結果表明，系統能很好地對環境參量精確測量，用戶可以隨時查看和進行控制。

關鍵詞：監測系統；網絡終端；溫濕度傳感器

中圖分類號： TP274；S126文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0416-03

收稿日期：2015-04-27

基金項目：院士工作站資助項目（編號：fckt201503）；陜西省教育廳產業化培育項目（編號：14JF004）；陜西理工學院科研基金（編號：SLGKY14-06、SLGKY15-25）。

作者簡介：韓團軍（1981—），男，陜西乾縣人，碩士，講師，主要從事集成電路設計與分析相關研究。E-mail：htjzyh@163.com。隨著漢中茶園種植朝著產業化、標準化種植方向發展，茶園環境的信息化管理水平對其質量和產量有著很大影響。因此，生產過程中實時掌握種植環境參數有著重要意義。傳統的監控設備數據不能實時在網絡上進行顯示，用戶不可以隨時隨地查看信息進行控制[1-3]。隨著農業的迅速發展，遠程實時監控農作物生長環境顯得更加重要。為了達到實時監控空氣質量的目的，并且能方便、快捷、高效、直觀地查看監控的結果，本研究提出了基于GPRS和WEB的遠程網絡分布式茶園環境污染檢測系統。相比傳統的監控設備，該系統是將數據發送到網絡上進行顯示，用戶可以隨時隨地查看信息，進行控制。

1檢測系統的設計方案

該系統是通過各個氣體傳感器將模擬當地空氣濃度模擬信號傳到AD轉換芯片將模擬信號轉換為數字信號，單片機接收數字信號，分析、處理再加密數據后傳給GPRS，GPRS使用3G網絡，使用TCP/IP協議，將加密后的數據發送到服務器端，服務器端接收大量數據并提取轉換實際有效的數據，寫入到數據庫。服務器端是基于多線程網路數據庫的后臺程序，同時可以支持上千客戶訪問的連接，處理并寫入到數據庫。數據庫存儲海量數據，為WEB前臺提供接口，WEB前臺調用指定數據庫的數據并進行直觀顯示。具體硬件框圖如圖1所示。

2硬件接口設計

2.1傳感器選擇

傳感器對于監測系統來說就如同生物的眼睛一樣重要，它決定著該系統數據的穩定性、真實性。因此，就數據的真實性﹑穩定性和價格合理性選擇了技術先進、性能穩定、靈敏度

高、性價比高的MQ系列氣體傳感器和Sensirion公司生產的單片全校準數字式相對濕度和溫度傳感器SHT11[4-6]。氣體傳感器原理是其輸出電壓和氣體的濃度有一定的比例，輸出為模擬電壓值，利用ADC7888將模擬信號數字化。溫濕度傳感器是一個將放大和調理為一體的器件，而且輸出為數字信號，避免了芯片之間轉化而使信號產生誤差。經過長時間的測試和廠家提供的傳感器技術資料，得出這為后期的數據處理提供了優越的先天條件，而且為系統數據的穩定性、真實性提供有力的保障。

2.2GSM通信模塊電路

SIM9000A模塊是一個雙頻GPRS/GSM模塊，TCP/IP協議在其內部嵌入。控制模塊利用它的串口控制其工作實現該模塊的收據收發。電路如圖2所示。

2.3電源模塊電路

電源電路要為整個系統供電，由于單片機、傳感器和GPRS模塊所需電流不同，系統用雙電源進行供電。GPRS模塊供電用MP2307設計，該器件工作電流可達3A，集成可調MOSFET，電流模式控制快速瞬態響應和逐周期電流限制。采用78M05、LM2940穩壓芯片分別為傳感器和AD芯片及各部分電路供電。GPRS供電具體電路如圖3所示。

2.4控制電路

控制電路采用STC12C5A60S2完成傳感器數據的采集和線性處理，控制GSM模塊完成信息的無線傳輸，最后在終端

顯示實時參數（圖4）。

3系統的軟件設計

3.1系統的流程

系統主要由控制芯片完成環境的數據采集、分析、處理，再加密數據后傳給GPRS，GPRS使用3G網絡，使用TCP/IP協議，將加密后的數據發送到服務器端，服務器端接收大量數據并提取轉換實際有效的數據，寫入到數據庫，服務器端是基于多線程網路數據庫的后臺程序，同時可以支持上千客戶訪問的連接，處理并寫入到數據庫。數據庫存儲海量數據，為WEB前臺提供接口，WEB前臺調用指定數據庫的數據并進行直觀顯示。具體流程如圖5所示。

3.2WEB服務器的設計

空氣質量遠程監測軟件的WEB服務器最終決定使用 Apache 公司的一款免費開源的Web 應用服務器TomCat作為B/S結構的WEB服務器。ApacheTomcat服務器接收用戶發來的請求并送至數據邏輯處理部分的Servlet進行處理，Servlet 則根據需要，調用JavaBean中的方法，通過JDBC技術獲得數據庫的數據，最后將所得到的數據再經由Tomcat、Apache 服務器和Jsp、HTML頁面呈現給用戶。

4實現與應用

通過硬件和軟件設計，系統可以正常地監測分散地域的環境相關參量，可以很好地在用戶頁面上展示數據，系統穩定，頁面美觀大方。用戶頁面如圖6所示，最終的設計終端如圖7所示。

5結論

針對漢中茶園種植的特點，設計了基于GPRS和WEB的遠程網絡分布式茶園環境污染檢測系統，實現了對當地空氣質量數據的實時采集，并全自動發送至網絡，通過自建的服務器收到后并響應，用戶可以很方便的訪問和查詢，該系統測量精確抗干擾能力強、性價比高，支持7×24 h不間斷為用戶提供信息服務，具有一定的農業應用價值。

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