田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研究

摘 要

所謂“精細(xì)農(nóng)業(yè)”，實(shí)際上就是通過(guò)對(duì)田間農(nóng)作物各項(xiàng)要素的實(shí)際信息進(jìn)行分析，從而達(dá)到“最小投入、最大收益”的目的以及農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)性發(fā)展。對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行信息獲取與傳輸技術(shù)與“精細(xì)農(nóng)業(yè)”研發(fā)體系中的其他項(xiàng)目相比是屬于研究比較少的領(lǐng)域。但是利用傳感期以及單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與測(cè)量的方式，在國(guó)防以及工農(nóng)業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，而GPRS的迅猛發(fā)展也為數(shù)據(jù)的采集傳輸開(kāi)辟了新的研究方向。本文將對(duì)田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行研究討論。

【關(guān)鍵詞】精細(xì)農(nóng)業(yè) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 無(wú)線傳輸 GPRS

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式也在逐漸向科學(xué)化的方向過(guò)渡。傳統(tǒng)農(nóng)作物的培育主要是依靠生物育種的方式，在這種生產(chǎn)模式中，是通過(guò)投入大量的農(nóng)藥以及化肥來(lái)達(dá)到提升農(nóng)作物生產(chǎn)產(chǎn)量的目的。但是過(guò)度的使用化肥農(nóng)藥勢(shì)必會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成不良影響，同時(shí)農(nóng)藥化肥在農(nóng)作物中的殘留物質(zhì)也會(huì)嚴(yán)重影響人的身體健康。于是“精細(xì)農(nóng)業(yè)”應(yīng)運(yùn)而生，并開(kāi)始逐漸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中普及。它主要是依靠現(xiàn)代通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)管理。在很多農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”已經(jīng)被認(rèn)定為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑之一。

1 系統(tǒng)的基本原理以及性能需求

1.1 系統(tǒng)的基本原理

田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)主要由以下5個(gè)部分組成：用來(lái)采集土壤墑情的模塊、自動(dòng)氣象站、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、供電系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的具體工作原理如下文所述：

采集土壤墑情主要是利用土壤的溫濕傳感器來(lái)感測(cè)信號(hào)，將信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路以及適當(dāng)?shù)恼{(diào)整之后存儲(chǔ)到單片機(jī)當(dāng)中，然后與單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口進(jìn)行連接的收發(fā)無(wú)線數(shù)據(jù)的模塊將會(huì)把轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞剿偷阶詣?dòng)氣象站的數(shù)據(jù)采集器中。接下來(lái)就是氣象站內(nèi)的各類傳感器把采集到的信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集器中進(jìn)行存儲(chǔ)以及進(jìn)一步的傳輸。數(shù)據(jù)采集器會(huì)將存儲(chǔ)的所有數(shù)據(jù)傳送到GPRS DTU也就是內(nèi)置存儲(chǔ)卡中，然后GPRS DTU會(huì)把數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的封裝，與此同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議將GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)縫接入，最終通過(guò)各類網(wǎng)關(guān)和路由將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心中，由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)施總體的監(jiān)控。

1.2 系統(tǒng)的性能要求

田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的建立最初，是為了對(duì)農(nóng)田的需水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，通過(guò)各種類型的傳感器來(lái)對(duì)農(nóng)田的作物信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，并將數(shù)據(jù)及時(shí)的傳送到計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心當(dāng)中，以確保農(nóng)田的監(jiān)管人員可以對(duì)農(nóng)田中出現(xiàn)的各類問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的處理。將這個(gè)系統(tǒng)安裝到設(shè)定好的農(nóng)田環(huán)境當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的工作方式。另外因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有拆裝以及操作比較簡(jiǎn)便、對(duì)于農(nóng)田中各類信息的采集比較準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)的傳輸速度快、對(duì)其維護(hù)的成本不高等特點(diǎn)。所以對(duì)該系統(tǒng)也提出了幾點(diǎn)性能上的要求：

第一就是要有高度的可靠性。因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)是運(yùn)行在長(zhǎng)期無(wú)人堅(jiān)守的環(huán)境當(dāng)中，因此在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中系統(tǒng)不能出現(xiàn)無(wú)法響應(yīng)、數(shù)據(jù)連接中斷以及硬件故障或者是系統(tǒng)崩潰的情況。

第二保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，要確保數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性以及信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。以此來(lái)保證農(nóng)田管理人員可以對(duì)農(nóng)田的各類信息作出及時(shí)的了解、對(duì)農(nóng)田中出現(xiàn)的各類問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的解決，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)田生產(chǎn)管理上的優(yōu)化。

2 與系統(tǒng)相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)

2.1 單片機(jī)

單片機(jī)的工作實(shí)際上就是為完成各項(xiàng)任務(wù)而編制程序，也就是對(duì)各項(xiàng)任務(wù)指令進(jìn)行逐條的編譯。單片機(jī)執(zhí)行的每項(xiàng)任務(wù)都可以將其分成三個(gè)階段（取出指令、分析指令、執(zhí)行指令）。單片機(jī)的神經(jīng)中樞就是CPU。它的主要作用就是對(duì)通過(guò)單片機(jī)的各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算以及控制。單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器主要分為程序存儲(chǔ)器以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩大類。程序程序存儲(chǔ)器（ROM）在具體的操作過(guò)程當(dāng)中主要的作用就是對(duì)各類指令代碼以及表格等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。而隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）的主要作用則是對(duì)單片機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中各項(xiàng)工作變量以及數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，故此也有很多人會(huì)將它稱作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

2.2 GPRS技術(shù)

該技術(shù)可以在移動(dòng)用戶與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種無(wú)形的連接，從而為用戶提供高速的無(wú)線服務(wù)業(yè)務(wù)。將該技術(shù)應(yīng)用到田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)當(dāng)中是因?yàn)镚PRS只要激活之后就可以保持永遠(yuǎn)在線的狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)掉線的問(wèn)題，這個(gè)特點(diǎn)從很大程度上保證了田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及實(shí)時(shí)性。同時(shí)GPRS也可以實(shí)現(xiàn)與Internet的無(wú)縫連接，這為數(shù)據(jù)向計(jì)算機(jī)控制中心的傳輸提供了必要的保障。除此之外，GPRS覆蓋范圍廣泛以及資源利用率高也是將其用于田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的原因之一。

除了上述兩個(gè)在田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)中較為重要的技術(shù)之外，該系統(tǒng)中也應(yīng)用到了傳感器技術(shù)、自動(dòng)氣象站等等。正是通過(guò)這些高科技技術(shù)的有機(jī)融合，才使得田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)揮了最大作用。

3 總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用與長(zhǎng)足的發(fā)展。把無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)與田間農(nóng)作物的信息采集系統(tǒng)相結(jié)合，并應(yīng)用到農(nóng)作物的生產(chǎn)監(jiān)管當(dāng)中，形成具有農(nóng)業(yè)特色的田間信息遠(yuǎn)程獲取與無(wú)線傳輸系統(tǒng)將成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理在未來(lái)的重要發(fā)展方向。另外，如何提高土壤墑情信息以及氣象信息的準(zhǔn)確性也將成為農(nóng)田信息采集方向上亟待解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

林娣 河北省廊坊開(kāi)發(fā)區(qū)東之喬通信工程有限公司河北省廊坊市 065000endprint