基于ARM的嵌入式土壤水分溫定點(diǎn)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用

基于的嵌入式土壤水分、溫度定點(diǎn)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用濕地是人類重要的生存環(huán)境之一。拉姆薩爾《濕地公約》定義濕地是指天然或人造、永久或暫時(shí)之死水或流水、淡水、微威或咸水沼澤地、泥炭地或水域，包括低潮時(shí)水深不超過 的海水區(qū)"同時(shí)又規(guī)定可包括鄰接濕地的河湖延岸、沿海區(qū)域以及濕地范圍的島嶼或低潮時(shí)水深不超過 的區(qū)域川。濕地具有巨大的環(huán)境功能和效益，在涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、調(diào)蓄洪水、控制土壤侵蝕、補(bǔ)充地下水、美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、維持碳循環(huán)和保護(hù)海岸等極為重要的生態(tài)功能等方面有其它系統(tǒng)不可代替的作用，被譽(yù)為地球之腎與森林、海洋一起被稱為地球的大生態(tài)系統(tǒng)。我國是濕地大國，濕地面積位居世界第四、亞洲第一。我國目前的濕地管理已經(jīng)進(jìn)入濕地生態(tài)系統(tǒng)管理階段，建設(shè)濕地生態(tài)環(huán)境遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是首要任務(wù)。濕地土壤水分、溫度定點(diǎn)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境的重要參數(shù)是浙江托普儀器的 ，監(jiān)測(cè)污染等突發(fā)事件和環(huán)境急劇變化所影響的區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，并進(jìn)行準(zhǔn)確、快捷地評(píng)估，為濕地的管理提供準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)保證。因而，本研究以黑龍江省安邦河濕地為試驗(yàn)區(qū)，基于 的嵌入式技術(shù)和元錢局域網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，研究建立嵌入式濕地監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。研究區(qū)概況與方法安邦河濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于黑龍江省集賢縣東北 處，總面積 年建立安邦河縣級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)， 年晉升為市級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)，8年晉升為省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。安邦河濕地自然保護(hù)區(qū)總面積平方米，其中核心區(qū)面積平方米，占保護(hù)區(qū)積的 緩沖區(qū)面積平方米，占保護(hù)區(qū)面積的 實(shí)驗(yàn)區(qū)面積9方米占保護(hù)區(qū)面積的。保護(hù)區(qū)氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，冬季長、寒冷而干燥夏季短、溫?zé)岫嘤?，屬于?nèi)陸濕地和水域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)類型，是三江平原濕地的重要組成部分。濕地監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、指標(biāo)與現(xiàn)狀濕地監(jiān)測(cè)是濕地管理過程的有機(jī)組成部分，是對(duì)濕地保護(hù)區(qū)管理行為的反饋。監(jiān)測(cè)資料庫將使管理者既能跟蹤濕地的環(huán)境狀況，又能跟蹤對(duì)濕地的特殊威脅，并且能方便地利用監(jiān)視資料生成其它數(shù)據(jù)表及報(bào)告。濕地監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括監(jiān)視不同尺度上的生物多樣性監(jiān)視生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況或其完整性監(jiān)測(cè)特殊的威脅或壓力監(jiān)視環(huán)境狀況和人類影響監(jiān)測(cè)便于變化在地區(qū)水平上的反映監(jiān)視游客數(shù)量和財(cái)政收入監(jiān)測(cè)地區(qū)發(fā)展和濕地保護(hù)區(qū)之間的相互作用等。研究者依據(jù)各自不同的研究目的，選擇監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)濕地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的地面監(jiān)視即濕地野外觀測(cè)是定點(diǎn)定時(shí)的人工采樣觀測(cè)，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的地面監(jiān)測(cè)方法在數(shù)據(jù)精度、時(shí)效等方面漸漸不能適應(yīng)現(xiàn)代化的要求了。目前的電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到非常成熟的階段，濕地監(jiān)測(cè)也漸漸地引入了自動(dòng)化連續(xù)觀測(cè)技術(shù)，主要體現(xiàn)在濕地氣象觀測(cè)、濕地水質(zhì)觀測(cè)、濕地面積變化等方面。自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性方面能夠達(dá)到比較高的要求，而且自動(dòng)化觀測(cè)具有數(shù)據(jù)精度高、靈敏度強(qiáng)、分辨率好等特點(diǎn)，基于現(xiàn)代電子技術(shù)的自動(dòng)化儀器成本也在逐漸下降，可以在較大的密度和范圍內(nèi)設(shè)置觀測(cè)站點(diǎn)，在空間、時(shí)間上相對(duì)于傳統(tǒng)觀測(cè)方法都是非常高效的。研究方法基于濕地監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)濕地的自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，本研究提出基于 的嵌入式系統(tǒng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，硬件設(shè)備：浙江托普儀器-土壤水分、溫度定點(diǎn)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)BNL-GPRS系列。研究基于 元錢局域網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)用于濕地生態(tài)信息的自動(dòng)化監(jiān)視。相對(duì)于其它濕地監(jiān)視手段， 有如下優(yōu)點(diǎn)①高性能的微處理器可在硬件上實(shí)現(xiàn)高速、高精度的數(shù)據(jù)處理及通信能力②技術(shù)成熟，能提供高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，擺脫了傳統(tǒng)有線監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)布線限制，減少了對(duì)濕地生態(tài)環(huán)境的影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置可以更加靈活③系統(tǒng)成本低，相對(duì)于人工采樣及傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)站等方法，人工和設(shè)備費(fèi)用大大降低。④可實(shí)現(xiàn)密集部署，密集部署多個(gè)監(jiān)視點(diǎn)，可以對(duì)大范圍濕地環(huán)境的每個(gè)小區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。整個(gè)系統(tǒng)包含個(gè)部分濕地嵌入式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以下簡稱 和控制中心信息管理系統(tǒng)以下簡稱 °系統(tǒng)技術(shù)路線見圖。一個(gè)完全封裝了 的模塊，主要應(yīng)用于手機(jī)、 無線電話、、凹、數(shù)碼相機(jī)等，該模塊體積小，僅 ，支持 等多種嵌入式平臺(tái)，支持

g準(zhǔn)。提供 及接口，可以用 連接。本系統(tǒng)采用 方式連接， 有種信號(hào)發(fā)送模式 。位數(shù)據(jù)、位數(shù)據(jù)， 位數(shù)據(jù)和位數(shù)據(jù)接口模式，見表所示。ARM(AdvancedRISCMachines)是一種技術(shù)的名字，是對(duì)一類微處理器的通稱，同時(shí)也是一個(gè)公司的名字。目前，采用技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán) 核的微處理器即通常所說的微處理器已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)。 微處理器具有如下特點(diǎn)體積小、低功耗、低成本、高性能支持nmmb(16位和位雙指令集大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度快尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高山。 是嵌入式系統(tǒng)使用最廣泛的一類微處理器，以此作為主控芯片可在硬件上實(shí)現(xiàn)高速、高精度的數(shù)據(jù)采集處理通信系統(tǒng)。元線局域網(wǎng) 是固定局域網(wǎng)的一種延伸，沒有錢纜限制的網(wǎng)絡(luò)連接，相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)具有較好的靈活性和移動(dòng)性。 是一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，包括、，e、和等。已經(jīng)成為正式標(biāo)準(zhǔn)且廣泛應(yīng)用的有占、。 的工作頻率為 ，使用正交頻率劃分多路復(fù)用的多載波調(diào)制技術(shù)，物理層速率可達(dá)到，傳輸層可達(dá)的載波頻率為，調(diào)制方法采用補(bǔ)償碼鍵控，傳輸速率能夠從自動(dòng)降到，或者根據(jù)直接序列擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)整到和，以保證設(shè)備正常運(yùn)行與穩(wěn)定。優(yōu)勢(shì)在于傳輸速率快最高且受干擾少，但價(jià)格相對(duì)較高的優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格低廉，但速率較低最高是的繼任者,使用與相同的頻段，與相同的正交頻分多路復(fù)用技術(shù)，最高可達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸率，室外最大傳輸距離為左右，在使用高增益天線時(shí)，傳輸距離可達(dá)到幾公里。目前，基于的產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，許多產(chǎn)商都開發(fā)了同時(shí)支持的產(chǎn)品。基于濕地監(jiān)測(cè)一般是遠(yuǎn)距離野外監(jiān)測(cè)和元錢局域網(wǎng)的特點(diǎn)，本文采用基于無線網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)的通信手段。海地戰(zhàn)入式檢測(cè)系統(tǒng)i ; 控制中心信息笆理系統(tǒng)TOC\o"1-5"\h\zJ ］WLA"主程序

及其它模塊，值感器下宋數(shù)據(jù); ;WLA"主程序

及其它模塊j--一.4［一Q_—： "| ?二［］一］|WLA：晨短"K訪5不通情模塊1 II J :—圖I技術(shù)儲(chǔ)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)框架見圖。系統(tǒng)采用的 芯片為核心，這是一款架構(gòu)的 位嵌入式處理器，主要面向手持設(shè)備及高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用。其主要特性有基于內(nèi)核，自帶闊的指令緩存和陽的數(shù)據(jù)緩存以及單元，工作時(shí)鐘頻率最高可達(dá)，擁有豐富的片內(nèi)外設(shè)，如 一個(gè)，一個(gè)、 控制器、 和觸摸屏控制器、個(gè)、、 、、口、口、等，同時(shí)還有豐富的 端口資源，是一款性價(jià)比很高的 核 芯片。系統(tǒng)無線通信模塊采用 公司的3這是數(shù)據(jù)采集模塊使用瑞士 公司推出的基于 技術(shù)的新型溫濕度傳感器 ，系列為插針型溫濕度傳感器芯片，具有以下特性全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出顯度測(cè)量范圍溫度測(cè)量范圍 濕度測(cè)量精度 溫度測(cè)量精度響應(yīng)時(shí)間小于低功耗 0W)；可完全浸沒。該傳感器可直接通過總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，可減少接口電路的硬件成本，簡化接口方式。 的個(gè)針腳功能見表。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控中心止匕外，硬件設(shè)計(jì)部分還包括存儲(chǔ)單元，電源管理，人機(jī)交互單元等。存儲(chǔ)單元采用了 的,的 和的 主要用來存儲(chǔ)程序代碼，主要用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及部分程序代碼。 支持和 種方式啟動(dòng)，可以通過配置的來選擇 的啟動(dòng)方式。電源單元采用模塊化設(shè)計(jì)，輸入 、輸出穩(wěn)定的和 分別供給通信模塊和處理器使用。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中加入了多級(jí)穩(wěn)壓電路和高精度低功耗 線性調(diào)壓電路，使電壓穩(wěn)定。電源管理芯片具有過熱和過流保護(hù)功能，起到電源管理的作用。人機(jī)交互單元包括鍵盤， 顯示等。2.2WEMS托普儀器軟件設(shè)計(jì)2.2WEMS托普儀器軟件設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)本文選用是一種開放源碼的嵌入式版本，是的縮寫。它經(jīng)過各方是一種開放源碼的嵌入式版本，是的縮寫。它經(jīng)過各方面的小型化改造，是一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式 ，雖然它的體積很小，但是仍然保留了的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持，以及標(biāo)準(zhǔn)且豐富的 1關(guān)于編譯開發(fā)環(huán)境的建立，基于以叫一般是由目標(biāo)系統(tǒng)硬件牛開發(fā)板和宿主眈機(jī)所構(gòu)成的。硬件開發(fā)板用于操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的運(yùn)行，而操作系統(tǒng)內(nèi)核的編譯、應(yīng)用軟件的開發(fā)和調(diào)試則需要借助宿主機(jī)來完成。雙方之間一般通過串口建立連接。表】SD!。接口模式4位數(shù)據(jù)漠式1位數(shù)據(jù)模式MDD電源VD&電源VSS地VSS地VSS2地VSS2地CLK時(shí)鐘CLK時(shí)鐘CMD雙向緩:命令與響應(yīng)標(biāo)志雙向線:命令與響應(yīng)標(biāo)志DAT[3]車位傳送的第3位獸C.不連接DAT⑶4位傳送的第2位RW讀/頊可選）DAT[1]4位傳送的第1位IRQ中斷請(qǐng)求DAT[0]4位傳送的第。位i)AT[01$位傳送的第。位系統(tǒng)工作時(shí)的執(zhí)行流程見圖首先，通過供共電單元提供的電源進(jìn)行系統(tǒng)上電接著啟動(dòng)o創(chuàng)叫3ade凡，開始加載aClim的初始化進(jìn)程，在存儲(chǔ)單元準(zhǔn)備就緒后，初始化進(jìn)程的順序?yàn)轱@示單元觸摸屏阿液晶顯示屏、 通用輸入輸出接口和 元線通信模塊如果外設(shè)未初始化成功，將重新進(jìn)行初始化，成功后則準(zhǔn)備接入元錢網(wǎng)絡(luò)開始加載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 、i日載成功后執(zhí)行用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)使用結(jié)束后，關(guān)閉主程序，系統(tǒng)工作執(zhí)行結(jié)束。表25HT7］針腳序號(hào)名稱 描述1234SCK 串行時(shí)鐘輸入VDD 在4-5,5V電源：CND 接地BATA 雙向串行數(shù)據(jù)端口

在普便器TOPInstrument溫馨提示：浙江托普儀器專業(yè)生產(chǎn)土壤（肥料）養(yǎng)分速測(cè)儀，土壤埔情速測(cè)儀，農(nóng)藥殘留速測(cè)儀,病蟲測(cè)報(bào)燈，病蟲調(diào)查統(tǒng)計(jì)器,抱子捕捉儀等農(nóng)業(yè)專用儀器.此項(xiàng)目儀器均為我公司自主研發(fā)生產(chǎn)，多項(xiàng)產(chǎn)品獲得國家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利，已獲得軟件著作權(quán)30多項(xiàng),儀器均通過第三方檢測(cè)，公司已通過IS09001:2008質(zhì)量體系認(rèn)證°高知名度品牌及高端的資質(zhì)配套為客戶選擇放心的產(chǎn)拈和服務(wù)提供有力依據(jù),為經(jīng)銷商投標(biāo)成功提供有力的保障！浙江托普儀器為您提供基層農(nóng)技推廣體系建設(shè)項(xiàng)目一站式服務(wù)！大品牌可信賴、產(chǎn)品質(zhì)量好、供貨周期短、價(jià)格優(yōu)惠。歡迎廣大新老客戶來電咨詢合作！公司名稱：浙江托普儀器有限公司公司地址：杭州市四湖科技園區(qū)西園八路11號(hào)公司電話：0571-8605660986059660868237708605411786055117售后專線:400-672-1817設(shè)計(jì)控制中心信息管理系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，使用 做數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，基于 技術(shù)組建一個(gè) 架構(gòu)的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能包括①數(shù)據(jù)庫建立一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用以保存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)②通信模塊負(fù)責(zé)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行以太網(wǎng)通信，在 協(xié)議基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)通訊內(nèi)容的編、解碼，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收③查詢模塊實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)指標(biāo)的查詢，統(tǒng)計(jì)等功能④管理模塊對(duì)數(shù)據(jù)庫、通信模塊、查詢模塊等進(jìn)行統(tǒng)一管理，維護(hù)各模塊間的聯(lián)系與運(yùn)行。表3實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)時(shí)間4月14日4月15B4月16日4月17日4月13H]4121423。上梵151213152409二臥1614U1723的6cl1615￡5182510例161517202510；珀1716iS2226必]8IS19232611]8IS242612:001817192527t?：3O19IS19252713:00191819252713：30181719252614:001617192626151618262611：00141419262615；油1515172525!6：00弓535IS2525結(jié)果與分析溫度是濕地氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)的基本指標(biāo)，為了測(cè)試系統(tǒng)性能，本研究以溫度指標(biāo)為例進(jìn)行數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)。外業(yè)在內(nèi)選擇個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分別進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將服務(wù)器的設(shè)置為8放置在辦公室內(nèi)，的設(shè)置為8,放置在室外。元線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有類無中心拓?fù)鋵?duì)等式拓?fù)洌?和有中心拓?fù)洌狙芯渴褂玫诜N方法建立元線局域網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)需要一個(gè)元錢訪問節(jié)點(diǎn)充當(dāng)中心站，相當(dāng)于無線路由器，與的距離為1左右，與陽的距離在左右。數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔設(shè)置為次，每采集次溫度后向監(jiān)視中心通信模塊發(fā)送次采集數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)到各個(gè)時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)見表。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)的功能。在實(shí)際應(yīng)用中