GPRS作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案

1、作者：Pan Hon glia ng僅供個人學(xué)習(xí)基于GPRS勺作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要：為了解決作物水分信息的快速獲取和無線遠(yuǎn)程傳輸問題。本文以PTM-48M乍為數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測系統(tǒng)，基于 GPRS無線傳輸技術(shù)，通過系統(tǒng)集成， 提出了的作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有實時測定和遠(yuǎn)程傳輸功能。闡述了 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。并從軟硬件兩方面描述了系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：傳感器；GPRS作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)1、引言對作物水分狀況進行準(zhǔn)確、快速、可靠的評價，是以實時監(jiān)測和診斷與作物 水分狀況密切相關(guān)的作物水分信息為基礎(chǔ)的。因此作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)是實施 灌溉決策和管理的重要基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)體系和精量灌溉

2、工程系統(tǒng)的一個 重要組成部分。而先進、可靠的作物水分信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和采集設(shè) 備則是精準(zhǔn)、快速、連續(xù)獲取作物水分信息的基礎(chǔ)保障。目前作物水分的數(shù)據(jù) 采集、傳輸多為有線方式，而無線的數(shù)據(jù)傳輸方式相對較少。本文所闡述的作物 水分無線遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)測系統(tǒng)即作物水分信息通過傳感器采得信號，經(jīng)PTM48M處理后。通過GPRSDT及 GPRS In ternet網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)中心根 據(jù)接收的數(shù)據(jù)進行決策。實現(xiàn)了作物水分信息的無線實時傳輸， 為實時診斷作物 水分狀況提供了依據(jù)和保證。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，以及國家對三農(nóng)的的高度重視，特別是國家2012農(nóng)業(yè)國家一號文件頒發(fā)后。國家科技園、各大農(nóng)業(yè)

3、園區(qū)、農(nóng)場等農(nóng)業(yè)機構(gòu)企業(yè)積 極尋求在良種培育、節(jié)本降耗、節(jié)水灌溉、農(nóng)機裝備、新型肥藥、疫病防控、加 工貯運、循環(huán)農(nóng)業(yè)、海洋農(nóng)業(yè)、農(nóng)村民生等方面的高新技術(shù)，力求突破現(xiàn)存的農(nóng) 業(yè)技術(shù)瓶頸，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。浙江托普儀器有限公司和浙江大學(xué)合作積極響應(yīng)科技興農(nóng)政策突出農(nóng)業(yè)科 技創(chuàng)新重點，研發(fā)出農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)通過通過射頻識別（rfid ）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備等新型技術(shù)將農(nóng)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng) 連接起來提大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工作效率和精細(xì)管理，避免了 “瘦肉精”、“毒辣椒粉”、“紅心鴨蛋”等問題的再次發(fā)生，保證了食品的安全和產(chǎn)量。目前此物 聯(lián)系統(tǒng)已在全國多家科技園、示范園區(qū)

4、、農(nóng)場、科研所、院校等區(qū)域成功運行， 技術(shù)穩(wěn)定成熟，功能齊全。為在農(nóng)業(yè)種植業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域的生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié) 建立智能化控制、信息化管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)項目提供了強有力的技術(shù)支持。物聯(lián)網(wǎng) 的實施將大大提高國家推進科技創(chuàng)新增強農(nóng)產(chǎn)品的步伐。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將開啟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)騰飛的新篇章。托普農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)核心產(chǎn)品均屬于自有品牌，自主研發(fā)生產(chǎn)。托普農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括三個層次:感知層：采用各種傳感器(如溫濕度、光照、C02風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、土壤溫濕度等)獲取植物的各類信息。傳輸層：信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和信息路由設(shè)備傳到控制中心，各個節(jié)點可以自由配對、任意監(jiān)控、互不干擾。應(yīng)用層：根據(jù)WSN獲取植物實時生長環(huán)境。圖

5、溫濕度、光照參數(shù)等，收集各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，進行存儲和管理實現(xiàn)整個測試點的信息動態(tài)顯示， 并根據(jù)各類信 息進行自動灌溉、施肥、噴藥、降溫補光等控制、對異常信息進行自動報警。力卩 裝攝像頭可以對每個大棚和整個園區(qū)進行實時監(jiān)控。2 GPRS的概述及技術(shù)優(yōu)勢GPRS(GeneralPacket Radio Service .通用無線分組業(yè)務(wù))作為第二代移動通信技術(shù)GSM向第三代移動通信(3G)的過渡技術(shù)，是一種基于GSM的移動分組數(shù) 據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動分組的IP或者X. 25連接。GPRS±現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò) 基礎(chǔ)上疊加了一個新的網(wǎng)絡(luò).同時在網(wǎng)絡(luò)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級。 形成 了一個

6、新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實體，提供端點到端點的、廣域的無線IP連接。GPRS1項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過GPR舸以在移動狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)E mail、進行In ternet瀏覽等。GPRS 采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信通過各種網(wǎng)關(guān)和路由到數(shù)據(jù)中心(如圖2所示)。道又可以由多個用戶共享。資源被有效的 利用。使用GPRS數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量、時間計 費，迅速降低了服務(wù)成本s胡。GPR刪絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。GPRS勺技術(shù)優(yōu)勢如下：(1) GPRS個最“招人”的特點就是“永遠(yuǎn)在線” 。GPR睬用的是分組交換 技術(shù)，不

7、需要像Modem那樣撥號連接.用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時才占用資源。 支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可為每個用戶提供9. 05171. 2kbit /s的數(shù)據(jù)傳輸速率。(3) GPRS網(wǎng)絡(luò)接人速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。(4) GPRS的設(shè)計使得它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大 量數(shù)據(jù)的傳輸。GPRSE在0. 51秒之內(nèi)恢復(fù)數(shù)據(jù)的重新傳輸。(5) GPRS的安全功能同現(xiàn)有的 GSM安全功能一樣。不過 GPRS使用的密碼算 法是專為分組數(shù)據(jù)傳輸所優(yōu)化過的。(6) 用戶數(shù)據(jù)在MS和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間透明地傳輸。它使用的方法是封裝和 隧道技術(shù)。(7) 覆蓋較好，與現(xiàn)有無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(

8、集群、雙向傳呼、CDPD CDMA)目比， 其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。3系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)由上位機(數(shù)據(jù)中心)、下位機(PTM一 48M卜通信系統(tǒng)(GPRSDTU GPRS 網(wǎng)絡(luò)、Intemet、校園網(wǎng))三部分組成。主要是通過 PTM-48M所攜帶的土壤水分 等各類傳感器采集的數(shù)據(jù)信息通過串口通訊 RS一 232到GPRS)TU然后GPRQTU 將數(shù)據(jù)打成IP包，經(jīng)GPRS中接口接入無線GPRS絡(luò)。由移動服務(wù)商轉(zhuǎn)接到 In ternet 。到教育網(wǎng)一校園網(wǎng)。最終通過各種網(wǎng)關(guān)和路由到數(shù)據(jù)中心(如圖2所示)。4整體系統(tǒng)構(gòu)成4. 1數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測主要使用PTM一 48光合作用監(jiān)測儀又叫生理生態(tài)監(jiān)

9、測系統(tǒng)。 以及其攜帶的適配傳感器。4. 1. 1 PTM 48光合作用監(jiān)測儀的工作原理 PTM_48光合作用監(jiān)測儀是自 動監(jiān)測葉片CO氣體交換及蒸騰作用的四通道系統(tǒng)。此系統(tǒng)帶有一套四個獨創(chuàng) 的自動開合葉室。葉室逐一運轉(zhuǎn)。在開放的光合系統(tǒng)中，CO的交換由CO輸出濃度(Cout)的降低量決定，次濃度的降低量是與引入的周圍環(huán)境空氣(Cm)相比 較得出的。CO交換率可以由以下公式計算：E=kx(Cin CoutxF(1)其中，F(xiàn)是空氣流速，K是環(huán)境岡素系數(shù)，由空氣溫度及壓力決定系統(tǒng)會 自動計算此系數(shù)。蒸騰速率可按下列公式計算：Tr=(Hout Hin)xF (2)其中。H是空氣中蒸氣的絕對濃度。為縮短

10、測量周期。 Hout在葉室關(guān)閉后 20秒到30秒之問的穩(wěn)定期進行計算。計算 Hout時也考慮到了葉室內(nèi)部濕度的 增加。因此也測定了周圍空氣濕度的初始蒸發(fā)速率。4. 1. 2操作模式分手動模式和自動模式。手動模式僅用于測試及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。在此模式中系統(tǒng)可通過系統(tǒng)控制臺面板上的控制面 板控制.也可由終端模擬程序控制。自動模式是主要操作模式。通過終端模擬程 序即可進行數(shù)據(jù)采集初始化。4. 1. 3傳感器選配PTM-48光合監(jiān)測儀有11個通道可連接選配傳感器。激 發(fā)電壓有：+15Vdc, 15Ddc,+5VdOo最大負(fù)載電流為 0.3A。輸入電壓：02.5Vdc。PIR 一 1光合作用輻射傳感器。1

11、9;IR_4總輻射傳感器，ATH一 2空氣溫濕度 傳感器，SMS- 2 土壤濕度傳感器，LT 一 2M葉片溫度傳感器.SF4M SF 一 5M 莖流相對速率傳感器，SD 5M或SD一 6莖干微變化傳感器。DE 1M電子點位 測樹器，F(xiàn)I LM F1 一 MM F1 一 XSM水果生長傳感器，SA一 2或薩一 20莖干 生長測量計。4. 2數(shù)據(jù)終端及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)本文選用的GF 2008AW型 GPRS I)TU GPRS6線數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品，內(nèi)置西門子MC39i模塊。模塊在使用時需要安裝已經(jīng)開通 GPR助能的SIM卡.和手機一 樣在移動網(wǎng)中具有唯一的ID。該設(shè)備采用安全、透明的傳輸機制.能適用于各

12、行業(yè)用戶的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù).特別適用于間斷性的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù) 據(jù)傳輸，該設(shè)備還可提供命令狀態(tài)下的 TCP/ UDP專輸方式。用戶采用命令方式 只需對下位機進行少量簡單的軟件編程開發(fā)就可實現(xiàn)串口設(shè)備的Intemet聯(lián)網(wǎng).該模式為用戶提供了一種更為靈活的串口設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)的方法。該產(chǎn)品具有使用成本低、準(zhǔn)確性高、對環(huán)境適應(yīng)性好、易于安裝、易于維護等特點，能夠 為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和虛擬專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。4. 2. 1 GF一 2008AW型 GPRS DTU具有的功能(1)支持GSM雙頻網(wǎng)絡(luò)和GPRS據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)等2. 5代無線網(wǎng)絡(luò)。易于安裝、維護；使用方便、靈活

13、、可靠，即插即用。(3)強大的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)控制器，具備完整的TCM助、議棧及功能強大的透明 傳輸保障機制，支持基于DDNS勺動態(tài)域名解析功能。 可實現(xiàn)點對點、點對多點多種方式的實時數(shù)據(jù)傳輸；掉線自動重新聯(lián)網(wǎng) 功能。(5) 不依賴于運營商交換中心的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，直接通過Intemet網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的構(gòu)建覆蓋全國范圍內(nèi)的移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。(6) 內(nèi)嵌Watchdog芯片，提供多種復(fù)位機制，可軟件控制。(7) 遠(yuǎn)程訪問服務(wù)功能，為用戶實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護提供了可靠的手段。4. 2. 2 DTU主要參數(shù)的設(shè)置AT+IISP1=*99*1 ，接入網(wǎng)絡(luò)的特服號，通過特服號接人 GPRS.(2) AT+IUSR

14、N=WAP接入網(wǎng)絡(luò)的用戶名。(3) A '葉IPWD=WAP接人網(wǎng)絡(luò)的密碼。AT+IMIS=AT+CGDCONT-1IP，cmnet,接入 intemet。(5) AT+IHSRV=<IP或域名：端口號；由于數(shù)據(jù)中心(服務(wù)器)在實驗室內(nèi)， 屬于內(nèi)網(wǎng)連接，服務(wù)器IP地址：210. 27. 94. 176。至U校網(wǎng)絡(luò)中心開通的端口 號為：6006。(6) AT+II . PRT端口號(6006)，設(shè)置了 DTU的監(jiān)聽端口，用來等待監(jiān)聽遠(yuǎn)端 客戶端跟其建立連接，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。(7) AT+ISTYP=0,該參數(shù)設(shè)置了通信協(xié)議類型 TCP(8) AT+ISNSI=串口參數(shù)的設(shè)置，其中

15、波特率設(shè)為 9 600bps，波特率不能設(shè) 置太高，否則容易丟失數(shù)據(jù)。4. 3數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心主要有PC機和操作軟件組成。主要有刪-48M光合作用監(jiān)測儀的操 作軟件(PTM_48Mphotosynthesis and Transpiration Monitor)和虛擬軟件 VSPM 虛擬軟件VSPM勺設(shè)置如圖3所示。虛擬串口選擇了 COM和 PTM 48選擇同樣的串口，210. 27. 94. 176為 數(shù)據(jù)中心(服務(wù)器)的IP地址，6006是映射端口號。VSPM1行在Server模式下。 軟件程序流程圖：數(shù)據(jù)中心流程圖見圖4。終端流程如圖5所示。5結(jié)論采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不僅減少線路敷設(shè)，

16、降低成本。還具有很大的靈活 性?；贕PRSF臺的應(yīng)用現(xiàn)已在國內(nèi)外多個領(lǐng)域出現(xiàn)，且呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài) 勢。本文采用GPRSJ術(shù)設(shè)計的作物水分精確監(jiān)測和遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，目前正在測 試階段，能為農(nóng)業(yè)決策提供有效的依據(jù)。隨著 GPRSJ術(shù)和信息采集技術(shù)的不斷 發(fā)展，本系統(tǒng)將會進一步完善和成熟，且有著廣泛的應(yīng)用前景。版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng&

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