農田信息遠程監(jiān)控系統(tǒng)的通訊方式設計

【摘要】 介紹了農田監(jiān)控系統(tǒng)數據傳輸的通訊工作原理，闡述了其關鍵技術的設計并對各種通訊技術進行比較。在一定范圍的農田內， 實現了對農田土壤墑情、作物周圍多種氣象參數的采集與傳輸 ，為后續(xù)的數據處理提供了詳實的基礎數據，進而可實時指導農作物的生產管理，大大降低了農業(yè)科研人員的勞動強度。

【關鍵詞】 農田 監(jiān)控系統(tǒng) 通訊技術 信息傳輸 數據

一、引言

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

通過合理的調節(jié)這些因子，可以有效的增加農作物的產量或降低極端情況對作物產量的影響。通過獲得土壤墑情和農作物生長關鍵期的氣象參數并進行遠程傳輸，可為農作物的精細化生產和產量預估提供堅實的數據支持，有效提高農田管理的信息化和自動化水平。

二、 各種通訊技術的對比

1、通信技術的快速發(fā)展，為農田信息化管理提供了一個良好的平臺和技術支持。從最初的模擬信號方式全面升級到數字信號方式，通信的方式也越來越多元化。根據信號傳輸介質，農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，已被應用于農業(yè)機械多傳感器集成和農田信息采集。

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、不易維護等局限性在農業(yè)監(jiān)測領域得不到廣泛應用，因此，采用無線通信方式成為進行遠程監(jiān)控的首選。

分析這幾種通信方式，藍牙、ZIGBEE和RFID等無線傳輸方式因為傳輸距離的不足主要用于溫室環(huán)境監(jiān)控、農業(yè)物流識別等方面；而無線廣播系統(tǒng)等傳播的是模擬信號并且單向傳輸，顯然不適合應用于精準農業(yè)系統(tǒng)；專用數據傳輸網能達到通信要求，但是費用過于昂貴，工程過于龐大，可操作性太差；其它方式中無線局域網只能覆蓋小范圍地方，并且短波電臺也是費用昂貴；而采用無線傳感器網絡[3]，需要考慮節(jié)點攜帶能量，以及傳感器網絡的部署和監(jiān)測及覆蓋與連接的關系等方面問題，如果能量供應和相應的協(xié)議問題得不到解決，通常會導致網絡崩潰。

三、通訊技術的原理及選擇

GSM 是一個蜂窩型網絡，可以運行在不同的無線電頻率上，目前工作的兩個主要頻段分別是 900MHz 和1800MHz，其中 GSM900 頻段的雙工間隔是 45MHz，有效帶寬是 25MHz，載頻數為 124 個，每個載頻擁有 8 個信道；GSM1800 頻段的雙工間隔是95MHz，有效帶寬是 75MHz，載頻數為 374 個，每個載頻擁有 8 個信道。作為 GSM 技術的延續(xù)，GPRS 技術[4]應用 TDMA 信道，不必使用現行無線通信應用所需的中介轉換器，就可以實現通信連接和數據中速傳輸。

在 GPRS 分組交換的通信過程中，無需提前分配信道建立連接，而是根據到達的數據包頭信息臨時尋找信道進行數據發(fā)送，這種共享使用信道的方式可以實現信道資源的合理利用。

四、方案設計與實現

數據信息傳輸模塊的硬件包括CP1L-M30DT-D、CP1W-CIF01、GPRS DTU。監(jiān)測區(qū)內農田環(huán)境數據信息經由相應的傳感器模塊采集和CP1W-AD041模擬量接收模塊的AD轉換，并將轉換后的數字形式的數據信息存儲到CP1LM30DT-D的數據存儲區(qū)（DM）。CP1W-CIF01模塊可以擴展CP1L-M30DT-D的功能，使CP1L-M30DT-D實現RS-32C數據通信，從而實現CP1L-M30DT-D模塊與GPRS DTU模塊的連接和數據通信，再由GPRS DTU模塊將數據信息經無線網絡上傳至上位機。

五、結束語

以野外農田環(huán)境為研究對象，設計了一種基于 GPRS 技術的遠程農田信息采集系統(tǒng)。試驗證明：該系統(tǒng)實現了對農田的土壤墑情以及農作物周圍的溫度、濕度、光照強度和CO2濃度等環(huán)境信息的全面連續(xù)自動監(jiān)測，大大提高了工作效率，提高了農業(yè)管理的自動化和信息化水平，都農業(yè)生產和科學試驗具有一定的指導作用。

參 考 文 獻

[1] 郜向陽，王庫，李墨雪.GPRS無線數據傳送在農情監(jiān)測系統(tǒng)中的應用[J].農機化研究，2006（6）：186-188.

[2] 楊瑋，李民贊，王秀.農田信息傳輸方式現狀及研究進展[J].農業(yè)工程學報，2008，24（5）：297-300.

[3] 劉慧韜.基于GPRS的環(huán)境監(jiān)測網絡系統(tǒng)研究與實現[D].武漢：華中科技大學，2006.

[4] 韓斌杰.GPRS原理及其網絡優(yōu)化.機械工業(yè)出版社.2003.

[5] 何慶泥，周懷北. GPRS 數據傳輸技術及實時數據采集應用.通訊與計算機，2005，7：77-81.