農(nóng)藥殘留傳輸終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張軼

摘 要 本文結(jié)合農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境信息監(jiān)控的需要，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的農(nóng)藥殘留傳輸終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GPS技術(shù)定位大棚所在的位置，通過(guò)RS232與農(nóng)藥殘留檢測(cè)儀相連，采集農(nóng)藥殘留情況，通過(guò)GPRS技術(shù)與Web端進(jìn)行通信，可傳輸大棚溫度、濕度、光照等環(huán)境信息，也用于傳輸該大棚的農(nóng)藥殘留信息，給出了系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的流程圖。試驗(yàn)表明，系統(tǒng)具有成本低，可靠性高，可用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)藥殘留 GPRS GPS RS232

1 引言

近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)也發(fā)生了飛躍式的變化，科技保障了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，也帶來(lái)了一定的隱患。生產(chǎn)者為了獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，大量使用農(nóng)藥來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量。農(nóng)藥對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)有極其重要的作用，但由于農(nóng)藥本身固有的化學(xué)屬性和對(duì)其使用不當(dāng)，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留嚴(yán)重超標(biāo)，嚴(yán)重危害到廣大人民群眾的身體健康。

在眾多安全問(wèn)題中，蔬菜農(nóng)藥殘留是城鄉(xiāng)居民關(guān)注的熱點(diǎn)，蔬菜農(nóng)藥殘留原因除環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備落后、檢測(cè)體系不完善等之外，最主要的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與運(yùn)輸過(guò)程中的人為因素。蔬菜大棚種植技術(shù)是一種比較常見(jiàn)的技術(shù)，它具有較好的保溫性能，在任何時(shí)間都可吃到反季節(jié)的蔬菜，深受人們的喜愛(ài)，對(duì)環(huán)境信息如空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度等的準(zhǔn)確采集是蔬菜大棚高產(chǎn)的必要條件，目前的大多數(shù)市場(chǎng)環(huán)境采集終端雖可以采集環(huán)境信息并傳輸給遠(yuǎn)程服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，但不具有同時(shí)采集農(nóng)藥殘留的功能，目前國(guó)內(nèi)有很多大棚蔬菜種植基地，分布在不同物理區(qū)域，為了更好的集中管理，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有物理位置采集的功能，同時(shí)為不同地域，不同環(huán)境種植的蔬菜進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析奠定了基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的農(nóng)藥殘留傳輸終端的核心板采用LPC2132微控制器，它是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，最大操作時(shí)鐘為 60MHz。并帶有 64kB 嵌入的高速 Flash 存儲(chǔ)器和 16kB 的片內(nèi) SRAM。 大大簡(jiǎn)化了整體應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜程度。超小的 LQFP64 封裝很很低的功耗使得 LPC2132 非常適合通信網(wǎng)關(guān)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器，軟件 MODEM，語(yǔ)音識(shí)別，低端成像等應(yīng)用，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。多個(gè) 32 位定時(shí)器，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) UART 口，10 位 DAC，PWM 通道，SPI 通訊接口，47 個(gè) GPIO 以及多達(dá) 9 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使得他也特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用。

終端結(jié)構(gòu)如圖1所示。終端的功能主要包括溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境信息采集； GPS位置信息采集；按鍵設(shè)計(jì)；農(nóng)藥殘留信息采集；通過(guò)GPRS與Web服務(wù)器進(jìn)行通信功能。

3 關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)

終端的程序開(kāi)發(fā)采用開(kāi)發(fā)環(huán)境ADS（ARM Developer Suite） 它是ARM處理器下最主要的開(kāi)發(fā)工具。ADS是全套的實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的軟件工具，ADS主要由編譯器、鏈接器、符號(hào)調(diào)試器、armar（庫(kù)函數(shù)生成器）、CodeWarrior（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE）、調(diào)試器和C，C++庫(kù)組成。

3.1 GPS位置采集與處理

本文采用GPS技術(shù)來(lái)自動(dòng)定位蔬菜大棚的位置，采用的GPS模塊最多可同時(shí)接收20個(gè)衛(wèi)星，重新抓取的時(shí)間為0.1秒，數(shù)據(jù)接口：VCC、GND、TXD、RXD ，通過(guò)串口與微處理器相連。由于本文設(shè)計(jì)的終端需要占用系統(tǒng)自帶的兩個(gè)串口，所以GPS位置采集需要通過(guò)I/O口采用軟件的方式來(lái)模擬物理串口，P0.11為接收管腳，配制為CAP1.1通過(guò)捕獲其下降沿并產(chǎn)生中斷，中斷初始化的代碼如下所示：

void interrupt_init（void）

{

VICIntSelect = 0x00000000； // 設(shè)置所有通道為IRQ中斷

VICVectCntl2 = 0x20|0x05； // 分配軟串口中斷通道

VICVectAddr2 = （unsigned int）IRQ_SimuUart；//設(shè)置軟串

口向量地址

}

IRQ_SimuUart中斷處理程序的流程圖如圖2所示。

使用模擬串口向GPS模塊發(fā)送指令的流程圖如圖3所示。

3.2 GPRS與服務(wù)器通信

PTM100 是一款超小尺寸 GSM/GPRS 模塊。體積只有 38mm*29mm*3mm。內(nèi)嵌 TCP/IP 協(xié)議，支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸，使無(wú)線終端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸變得極其簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)、遙控遙測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線POS機(jī)等。部分AT指令定義如下：

#define ATE0 "ATE0＼r＼n" //關(guān)閉回顯

#define AT "AT＼r＼n" //測(cè)試串口是否工作正常

#define SIM "AT+ESIMS？＼r＼n" //測(cè)試SIM卡是否正常

#define CONNECT "AT+COPS？＼r＼n"http://測(cè)試是否連接網(wǎng)絡(luò)

為了方便對(duì)終端設(shè)備的設(shè)置以及服務(wù)器遠(yuǎn)程IP地址、端口號(hào)的變化，系統(tǒng)通過(guò)將管理員的號(hào)碼存儲(chǔ)到終端的SIM卡，通過(guò)管理員向終端發(fā)送短消息來(lái)改變終端設(shè)置。GPRS功能模塊初始化代碼流程圖如圖4所示。

當(dāng)需要發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，通過(guò)TCP/IP進(jìn)行連接與傳輸。本文設(shè)計(jì)的終端如果第1次發(fā)送失敗會(huì)再連續(xù)連接并發(fā)送2次，并通過(guò)調(diào)用led_on（）與led_off（）函數(shù)改變GPRS模塊對(duì)應(yīng)LED燈“亮”與“滅”，用于提示用戶目前系統(tǒng)的故障原因。發(fā)送數(shù)據(jù)的重要AT指令如下：

AT^CIPSTART=TCP，121.42.144.101，2020//連接到服務(wù)器 AT^CIPSEND=EE#T：24.2#CO2：0.12 //發(fā)送字符數(shù)據(jù)

AT^CIPCLOSE //關(guān)閉連接

3.3 農(nóng)藥殘留信息采集

RP-420型儀器是農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)儀，它可以獨(dú)立檢測(cè)樣品，有RS-232接口，可以與終端連接。可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印結(jié)果等管理工作。其統(tǒng)計(jì)功能非常完善，可對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的各種樣本的合格率，樣本類(lèi)別，樣本來(lái)源等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

初始化連接RP-420的RS-232接口，設(shè)置波特率為19200，設(shè)置8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕被按下時(shí)，調(diào)用getData（）方法讀取RP420農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)都是整數(shù)形式，需還原成實(shí)際的吸光度（×0.001）或抑制率（×0.1%），所有的數(shù)據(jù)格式都是3個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是符號(hào)位，用0X00表示正，0X80表示負(fù)，第2、3字節(jié)是整數(shù)型值，低位在前，高位在后，讀取的流程如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的農(nóng)藥殘留傳輸終端系統(tǒng)，效果圖如圖6所示。

終端結(jié)合GPRS、GPS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大棚定位，環(huán)境信息讀取，農(nóng)藥殘留信息傳輸，在核心版串口不足情況下，本文介紹了使用普通I/O口實(shí)現(xiàn)模擬串口的方法；管理員可通過(guò)短消息方式隨時(shí)改變終端的設(shè)置信息，以及很好的適應(yīng)連接服務(wù)器的IP地址變化。具有很好的適用價(jià)值。

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