楊宇紅　彭春富

摘 要為了提高農(nóng)田的利用效率，在種植的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)合理的應(yīng)用農(nóng)田環(huán)境信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)施肥、灌溉，本文基于農(nóng)田的覆蓋面積，設(shè)計(jì)采用了基于GPRS與無(wú)限傳感網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境信息檢測(cè)系統(tǒng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境的信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測(cè) GPRS 無(wú)線傳感器

1 農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)要介紹

在應(yīng)用農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的時(shí)候，能夠有效的實(shí)現(xiàn)農(nóng)田種植的精準(zhǔn)性，將復(fù)雜的農(nóng)田系統(tǒng)與信息技術(shù)結(jié)合在一起，以最低的投入實(shí)現(xiàn)高效的農(nóng)田種植，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境的最高利用，利用各類(lèi)的農(nóng)業(yè)資源獲取最好的經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益。

在農(nóng)田種植的過(guò)程中，農(nóng)田的覆蓋面積普遍較大，種植的環(huán)境相對(duì)較差，導(dǎo)致在農(nóng)田種植的過(guò)程中就無(wú)法廣闊的開(kāi)辟農(nóng)田信息的獲取途徑，并且在無(wú)形之中導(dǎo)致了農(nóng)田種植信息采集的高成本，對(duì)農(nóng)田耕作造成較大的影響，在這一問(wèn)題的影響下，使用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可以開(kāi)辟一個(gè)全新的信息獲取以及無(wú)線通信的平臺(tái)，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)農(nóng)田環(huán)境信息的采集以及收集。

在應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)GPS/GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的時(shí)候工作效率較高，但是也村子著網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的問(wèn)題，只是適用于農(nóng)田數(shù)據(jù)傳輸量較小的情況，并且在實(shí)施農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)的時(shí)候要求實(shí)時(shí)性較低，但是在應(yīng)用ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大范圍的布置傳感器節(jié)點(diǎn)，借此來(lái)對(duì)農(nóng)田種植中的各種信息，例如：土地PH值、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度以及土壤溫濕度等等進(jìn)行短距離以及長(zhǎng)距離的通信，逐漸將數(shù)據(jù)采集廣泛的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)控制領(lǐng)域中，不斷的提高農(nóng)田的收成率。

2 在農(nóng)田檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用ZigBee無(wú)線傳感器的設(shè)計(jì)原理以及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

農(nóng)田檢測(cè)系統(tǒng)呢主要是由ZigBee無(wú)線傳感器、嵌入GPRS的ARM網(wǎng)關(guān)以及上位機(jī)軟件構(gòu)成，其中ZigBee無(wú)線傳感器位于核心地位，控制農(nóng)田中設(shè)置的多個(gè)測(cè)量土壤PH值傳感器、空氣溫濕度傳感器、光照傳感器以及土壤溫濕度傳感器等等，這樣可以將農(nóng)田中有關(guān)種植的信息數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并向協(xié)調(diào)器傳遞數(shù)據(jù)信息，在農(nóng)田信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，ARM網(wǎng)關(guān)集成了ZigBee無(wú)線傳感器和GPRS模塊，借助協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)了微型傳感器的節(jié)點(diǎn)的采集，并借助網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信息交互，同時(shí)將數(shù)據(jù)分享到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

上位機(jī)軟件以及服務(wù)器可以從ARM網(wǎng)關(guān)中接收到各類(lèi)型的信息，并對(duì)所接收的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、處理、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)以及查詢(xún)，同時(shí)還可以將各類(lèi)型的數(shù)據(jù)制作成圖表，并通過(guò)向各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸控制命令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)型的傳感器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使得每一個(gè)農(nóng)田檢測(cè)系統(tǒng)的使用者可以在任何時(shí)間地點(diǎn)都登陸服務(wù)器獲取想要的服務(wù)，也就是在線的實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)中存儲(chǔ)的信息并進(jìn)行遠(yuǎn)程的參數(shù)設(shè)置。

3 農(nóng)田監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 針對(duì)微型傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

微型傳感器在農(nóng)田信息檢測(cè)系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)農(nóng)田環(huán)境信息的采集，并將獲得的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行下一步的傳遞與處理。在設(shè)計(jì)微型傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必備的設(shè)備就是傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、微型處理器、射頻通信以及電源模塊，在必備設(shè)備的基礎(chǔ)上，針對(duì)微型處理器的不同應(yīng)用用途（例如：土壤PH值、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度以及土壤溫濕度等等）實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的微型處理器的結(jié)構(gòu)完善，在結(jié)合實(shí)際用途的過(guò)程中，對(duì)微型處理器的能量消耗、測(cè)量范圍以及精度等基本使用屬性進(jìn)行完善。

有效的處理好微型處理器結(jié)構(gòu)的之后，在農(nóng)田監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)作的過(guò)程中就能夠在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)相互協(xié)作完成對(duì)農(nóng)田環(huán)境信息的全方位手機(jī)，并將收集到的所有數(shù)據(jù)匯集到無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中。

3.2 ARM網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行ARM網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必要的結(jié)構(gòu)設(shè)備就是ZigBee協(xié)調(diào)器、GPRS模塊以及ARM控制器這三部分，并且ZigBee協(xié)調(diào)器是其中最核心的部位，并在協(xié)調(diào)器的部分設(shè)置一定數(shù)量的接口，最常用的接口就是串口以及通用的IO接口，總體看來(lái)，微型處理器與ARM網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)在一定程度上具有相同性，但是在軟件系統(tǒng)的應(yīng)用上存在一定的差異，其中GPRS模塊結(jié)構(gòu)選擇的是集成的SIM300模塊，內(nèi)部應(yīng)用的是TCP/IP協(xié)議，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中支持AT指令的運(yùn)行，而ARM控制器的主要功能就是協(xié)調(diào)ZigBee協(xié)調(diào)器以及GPRS/GSM實(shí)現(xiàn)了信息之間的交互以及處理，同時(shí)利用串行口以及存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)更多功能模塊的接入。

4 農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集以及傳輸程序的設(shè)計(jì)

微型傳感器采用的數(shù)據(jù)采集方式是在ZigBee 2010 PRO協(xié)議棧的基礎(chǔ)上完成的，一旦完成了ZigBee網(wǎng)站之后，微型處理器能夠通過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)農(nóng)田環(huán)境信息數(shù)據(jù)機(jī)進(jìn)行周期性的收集，在每次信息收集完成之后，就會(huì)自動(dòng)的進(jìn)入到休眠的模式，這樣可以降低長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的能量消耗，降低了農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)成本，在數(shù)據(jù)收集完成之后，將所有搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體打包，通過(guò)樹(shù)形拖布結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到ZigBee網(wǎng)站中。

4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，是在Windows操作系統(tǒng)以及Qt應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架的環(huán)境內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，上位機(jī)軟件的主要功能包括了數(shù)據(jù)管理以及遠(yuǎn)程信息監(jiān)控。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)合理的兼顧數(shù)據(jù)接收、解析以及存儲(chǔ)處理等功能，其中，關(guān)于數(shù)據(jù)接收功能設(shè)計(jì)的時(shí)候采用的技術(shù)是Socket技術(shù)，并在服務(wù)器端口的輔助下將所收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)還要使用數(shù)據(jù)幀協(xié)議進(jìn)行解釋。

而在進(jìn)行信息檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)的時(shí)候，要兼顧數(shù)據(jù)顯示、信息查詢(xún)以及圖標(biāo)自動(dòng)生成的功能，這樣能夠提高農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用戶(hù)對(duì)于環(huán)境信息的瀏覽以及查詢(xún)服務(wù)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]熊攀.基于ZigBee和GPRS的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[D].湖北大學(xué)，2014.

[2]劉堅(jiān)，陶正蘇，陳德富，等.基于GPRS的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2009，30（2）：30-32.

作者單位

1.常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)系網(wǎng)絡(luò)教研室 湖南省常德市 415000

2.常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)系軟件教研室 湖南省常德市 415000