農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究

林逢升 付祥

摘要：為了最大限度地提高農(nóng)業(yè)環(huán)境信息數(shù)據(jù)獲取結(jié)果的全面性和完整性，文章提出一種切實可行的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案。首先，在移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用背景下，采用無線遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞剑瑢⒈O(jiān)控現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)直接發(fā)送到服務(wù)器中。其次，通過綜合利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)，為用戶提供強(qiáng)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管理功能。結(jié)果表明：該文所設(shè)計的農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常、可靠、穩(wěn)定，各個功能模塊實現(xiàn)滿足設(shè)計相關(guān)要求，符合實際應(yīng)用需求。希望通過這次研究，為相關(guān)人員提供有效的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集;遠(yuǎn)程監(jiān)控;傳感器;GPRs/CDMA;農(nóng)業(yè)環(huán)境

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）11-0030-03

目前，大量農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控技術(shù)在具體的運(yùn)用中主要采用現(xiàn)場封閉方式或者有線通信方式以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。這兩種方式在控制農(nóng)業(yè)環(huán)境方面均存在很大的缺陷和不足。而農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用可以從根本上解決以上問題，通過設(shè)計和應(yīng)用該系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)對各個偏僻場點農(nóng)業(yè)環(huán)境信息數(shù)據(jù)的高效化、智能化監(jiān)控，還能提高現(xiàn)場信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)男屎托Ч?，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展提供重要的平臺支持。這一系統(tǒng)的設(shè)計充分利用了農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)，因此，加強(qiáng)對該技術(shù)的分析和研究顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)使用的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 RS—48總線技術(shù)

RS—48總線技術(shù)作為一種常用的數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，內(nèi)部使用了一種收發(fā)器設(shè)備，該設(shè)備綜合運(yùn)用了以下兩種方式，一種是平衡發(fā)送方式，另一種是差分接收方式。其中，平衡方式在具體運(yùn)用中需要借助接收端，對差分信號進(jìn)行處理[1]，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的TTL電平，因此，該方式在抑制共模方面具有重要作用。通過將RS—48總線技術(shù)科學(xué)地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，可以將采集好的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸于相應(yīng)的終端上。通過借助RS—48串行總線向現(xiàn)場測控設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，以保證現(xiàn)場傳感器測控效率和效果。

1.2 GPRS無線通信技術(shù)

目前，GPRS無線通信技術(shù)發(fā)展比較成熟，成千上萬個運(yùn)營商成功實現(xiàn)了對GPRS商用系統(tǒng)的開通，該技術(shù)在具體的運(yùn)用中主要使用以下多種GPRS組網(wǎng)方式：（1） 公網(wǎng)固定IP方式。當(dāng)主機(jī)成功接入公網(wǎng)后，可以形成龐大的Internet網(wǎng)絡(luò)[2]，通過該方式，終端機(jī)與GPRS之間會自動建立起相應(yīng)連接，從而獲得相應(yīng)的IP地址。然后，向主機(jī)發(fā)送相應(yīng)的IP地址，確保主機(jī)與終端機(jī)之間能夠建立起良好、穩(wěn)定的通信關(guān)系。該方式具有通信性能良好、組網(wǎng)操作簡單、運(yùn)行效率高等特征。（2） GPRS動態(tài)IP方式。該方式在具體運(yùn)用中需要將GPRS接入相關(guān)系統(tǒng)內(nèi)，確保GPRS與服務(wù)器之間建立起有效連接，從而快速獲得相應(yīng)的動態(tài)IP地址。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端主要采用了域名尋址的方式[3]，從多個DNS服務(wù)器上找到相應(yīng)的主機(jī)動態(tài)IP，以保證連接建立的穩(wěn)定性和可靠性。（3） GPRS專線方式。該主機(jī)通過利用GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對固定IP地址的設(shè)定，該方式具有數(shù)據(jù)可靠性高、通信性能高、系統(tǒng)建設(shè)成本低等特點。

1.3 傳感器測試技術(shù)

傳感器測試技術(shù)主要是指嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)律，對被測量進(jìn)行測定，然后，將對所測定的被測量進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，使其直接轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的器件或裝置，該器件或者裝置主要用于對各種信號的輸出。此外，該裝置主要由以下兩個元件組成，一種是敏感元件，另一種是轉(zhuǎn)換元件。其中，敏感元件作為一種被測量部分，可以被傳感器所直接測量[4]。轉(zhuǎn)換元件主要是指借助傳感器對敏感元件的輸出信號進(jìn)行直接處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號部分，該電信號部分具有強(qiáng)大的傳輸功能和測量功能。傳感器技術(shù)作為一種常用的信息技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，并取得了良好的應(yīng)用效果。

2 系統(tǒng)設(shè)計方案

在充分結(jié)合農(nóng)業(yè)多樣性以及地域廣闊性的基礎(chǔ)上，本文提出了一套切實可行的系統(tǒng)設(shè)計方案，該方案在改進(jìn)和優(yōu)化相關(guān)技術(shù)的前提下，開發(fā)了一款功能強(qiáng)大、適用性強(qiáng)的農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在具體的設(shè)計和開發(fā)中，綜合利用了傳感器測試技術(shù)、RS—48總線技術(shù)、GPRS無線通信技術(shù)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等技術(shù)[5]，其中，將GPRS/CDMA無線通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行充分結(jié)合，從根本上提高了農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控效率和效果。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

在GPRS/CDMA無線通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用背景下，為了更好地提高農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行性能，滿足用戶的多樣化使用需求，現(xiàn)將該系統(tǒng)劃分為以下三大模塊，分別是終端數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊、服務(wù)器端數(shù)據(jù)接收存儲模塊、基于Web的數(shù)據(jù)管理模塊。

2.2 終端數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊

該模塊主要是指監(jiān)控系統(tǒng)軟件和硬件的總稱，該模塊主要用于對GPRS/CDMA無線通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)之間的有效連接，采用實時發(fā)送的方式，向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送所采集好的數(shù)據(jù)。該模塊硬件設(shè)備主要由以下幾個部分組成[6]，分別是遠(yuǎn)程測控終端設(shè)備、GPRS發(fā)送卡、因子傳感器。通過利用RS-485總線技術(shù)將RTU（遠(yuǎn)程測控設(shè)備） 與若干個數(shù)字傳感器進(jìn)行有效銜接，從而構(gòu)成一套系統(tǒng)、完善的農(nóng)業(yè)環(huán)境現(xiàn)場測控網(wǎng)絡(luò)。此外，RTU作為一種常用的遠(yuǎn)程測控設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于遠(yuǎn)程測控單元裝置中，有利于更好地實現(xiàn)對現(xiàn)場信號的自動化、精確化監(jiān)控[7]。該模塊內(nèi)部充分利用了RTU設(shè)備，該設(shè)備為用戶提供了編程開發(fā)式接口，通過利用這些接口，可以實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)的高效化采集和處理。數(shù)據(jù)采集發(fā)送程序執(zhí)行流程圖如圖2所示。

2.3 服務(wù)器端數(shù)據(jù)接收存儲模塊

該模塊主要由以下三個部分組成，分別是服務(wù)器計算機(jī)平臺、數(shù)據(jù)接收存儲程序、SQLServer數(shù)據(jù)庫。其中，SQLServer數(shù)據(jù)庫所選用的服務(wù)器主要是由PowerEdge4600程序所提供，所選用的數(shù)據(jù)庫軟件型號為“MicrosoftSQLServer2000”。該模塊所處理的數(shù)據(jù)主要從存儲程序傳輸過來[8]，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過運(yùn)行相關(guān)存儲程序，可以實現(xiàn)TCPSocket連接請求的有效校驗，以實現(xiàn)對相關(guān)信息數(shù)據(jù)的規(guī)范化解析，并將解析后的數(shù)據(jù)安全、可靠地存儲于數(shù)據(jù)庫表中。

2.4 基于Web的數(shù)據(jù)管理模塊

基于Web的數(shù)據(jù)管理模塊作為農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要模塊之一，主要由以下幾個部分組成：（1） Web服務(wù)器平臺。該平臺作為一種穩(wěn)定性能較高的計算機(jī)，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，通過將服務(wù)器操作系統(tǒng)和服務(wù)器軟件安全、可靠地安裝和部署于計算機(jī)上，可以提高計算機(jī)運(yùn)行性能。此外，Web服務(wù)器平臺所選用的IIS6.0屬于比較流行的服務(wù)器軟件，該平臺只有與Windows進(jìn)行集成化后才能正常使用。同時，該平臺具有安裝靈活、配置簡單、界面友好等特征[9]。為了實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)的安全化、可靠化存儲和管理，避免服務(wù)器因遭遇網(wǎng)絡(luò)黑客、網(wǎng)絡(luò)病毒的入侵而引發(fā)一系列的危害，需要將若干個服務(wù)器安裝和固定于不同地點，這樣一來，不僅有利于對相關(guān)數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的實時化、高效化采集，還能將多個服務(wù)器安全、可靠地存儲于鏡像文件中。（2） Web服務(wù)器應(yīng)用程序。該應(yīng)用程序主要指通過訪問和登錄指定的網(wǎng)址后所看到的ASP·NETWeb應(yīng)用程序網(wǎng)頁內(nèi)容。該程序在具體設(shè)計中主要利用ASP·NET技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計所得到的。通過利用Web應(yīng)用管理程序，可以實現(xiàn)對Web相關(guān)數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。服務(wù)器應(yīng)用程序主要借助B/S體系結(jié)構(gòu)，而用戶操作功能在具體實現(xiàn)中離不開對客戶端瀏覽器的使用，數(shù)據(jù)增刪改查操作均需要借助數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端進(jìn)行實現(xiàn)[10]。三層B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析發(fā)布模塊如圖3所示。Web服務(wù)器應(yīng)用程序核心功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，當(dāng)用戶輸入正確的賬號和密碼成功登錄到相應(yīng)的系統(tǒng)時，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的請求，自動向用戶反饋相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析發(fā)布主頁面，以實現(xiàn)對遠(yuǎn)程監(jiān)控終端數(shù)據(jù)的查詢?yōu)g覽、動態(tài)分析以及下載保存等多種操作，當(dāng)服務(wù)器完成對相關(guān)提交請求的發(fā)送和處理后，服務(wù)器會自動根據(jù)瀏覽器所提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，以實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的統(tǒng)計、計算、存儲和管理，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)會自動生成相應(yīng)的動態(tài)頁面。利用Web服務(wù)器向客戶端瀏覽器發(fā)送相應(yīng)的運(yùn)行結(jié)果?；赪eb數(shù)據(jù)管理模塊可以向網(wǎng)絡(luò)用戶提供相應(yīng)的人機(jī)交互界面，便于網(wǎng)絡(luò)用戶足不出戶、隨時隨地地查詢和獲取遠(yuǎn)程終端數(shù)據(jù)。此外，管理者還要負(fù)責(zé)對若干個監(jiān)控站點相關(guān)數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理?；赪eb數(shù)據(jù)管理模塊主要包含以下五大功能模塊。（1） 實時數(shù)據(jù)顯示。該功能主要用于對網(wǎng)頁內(nèi)容的自動化、實時化刷新和發(fā)布。（2） 歷史數(shù)據(jù)查詢。用戶通過該功能選擇和確定需要查詢的起始日期，可以隨時隨地地瀏覽和查詢?nèi)我鈿v史時段的信息數(shù)據(jù)。（3） 數(shù)據(jù)動態(tài)分析。該模塊在具體的運(yùn)用中需要借助數(shù)據(jù)分析發(fā)布程序，實現(xiàn)對相關(guān)圖形曲線的自動化繪制和顯示，同時，通過選擇和點擊相應(yīng)的時間段，系統(tǒng)會自動生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析曲線。（4） 數(shù)據(jù)報表生成化下載。用戶利用計算機(jī)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的規(guī)范化使用和分析，系統(tǒng)為用戶提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)文件下載功能以及導(dǎo)出功能。通過選擇相應(yīng)的日期，可以實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)文件的精確化、高效化導(dǎo)出和使用。（5） 遠(yuǎn)程現(xiàn)場傳感器布局查詢。該系統(tǒng)為用戶提供了強(qiáng)度大的傳感器安裝分布圖查詢功能，便于用戶利用該模塊實現(xiàn)對所有傳感器空間位置全面化的了解和把握，為后期科學(xué)地分析和確定出分析數(shù)據(jù)當(dāng)前所具備的變化特征。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用與總結(jié)

本文所設(shè)計的農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)研究領(lǐng)域、生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域等。例如：在科學(xué)研究領(lǐng)域中，科研人員通過利用該系統(tǒng)可以足不出戶、隨時隨地地查詢和瀏覽當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場所涉及的環(huán)境信息，通過對這些環(huán)境信息變化規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確了解，并開展海量科學(xué)數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計工作，這樣一來，不僅可以保證農(nóng)業(yè)環(huán)境變化分析結(jié)果的精確性和真實性，還能實現(xiàn)對重要資源的循環(huán)利用。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文所設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)之所以在農(nóng)業(yè)環(huán)境信息數(shù)據(jù)監(jiān)控領(lǐng)域中取得了良好的應(yīng)用效果，得益于傳感器測試技術(shù)、RS—48總線技術(shù)、GPRS無線通信技術(shù)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，通過綜合利用這些關(guān)鍵技術(shù)，有效地提高了該系統(tǒng)的運(yùn)行性能，為實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)環(huán)境相關(guān)信息數(shù)據(jù)的自動化、遠(yuǎn)程化監(jiān)控和管理提供了有力的保障。

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收稿日期：2021-11-02

基金項目：學(xué)校2019教學(xué)改革和建設(shè)類項目：安卓手機(jī)軟件開發(fā)新型態(tài)課程（A-0152-19-754）

作者簡介：林逢升（1973—） ，男，福建尤溪人，高級工程師，碩士，主要研究方向為計算機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā);付祥（1975一） ，男，浙江蕭山人，副教授，碩士，主要研究方向為信息化應(yīng)用技術(shù)開發(fā)和計算機(jī)職業(yè)教育研究。